探究塑料模具材料的研制與應用

許瓊方

摘 要：塑料制品在我們的生活中應用廣泛，而塑料模具的材料也是多種多樣，尤其是現代科技推動之下，誕生了很多先進的新型材料。從塑料模具應用的情況來看，性能更穩定、熱情度更好的塑料模具材料更受市場歡迎。目前市場上已有的滲碳型塑料模具鋼大致有12CrNi3A和12Cr2Ni4A鋼、20Cr2Ni4A這幾類，采用該材料制成的磨具具有很長的使用壽命，時間表明即便是長期使用的情況下表面也不會出現凹陷或者表層脫落的現象。本文就來探究這些塑料模具材料的研制及應用情況。

關鍵詞：塑料模具 新型材料 研制 創新 復合材料

中圖分類號：TD327 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2018）08（b）-0102-02

1 我國塑料模具材料的研制情況

1.1 新型材料的研制

1.1.1 鋼模具材料

（1）滲碳型塑料模具鋼。

滲碳型塑料模具鋼的材料中加入了Cr、Ni、Mo和V等元素及少量的碳，這類合成材料具有耐磨性好、韌性好、耐用的特點。其性能參數為退火硬度≤100HBS，表面硬度為58～62HRC，加上具有強韌性，材料中所加的Cr、Ni、Mo和v能夠提高淬透性和滲碳能力，因此常用于冷擠壓成型型腔復雜的塑料模具。

（2）預硬型塑料模具鋼。

預硬型塑料模具鋼中加入了Cr、Ni、Mn、V和S、Ca等元素，是在合金的基礎上材料的新型材料，其中碳含量為0.3%～0.55%，硬度為35～40HRC。這種材料模具的主要特點是有較好的切削性與韌性，其中Ni、Mn、V可以增加其切削性，S、Ca又能在原有的切削性基礎上改善合成剛切削的性能，擴大塑料制作當中切削的范圍。我國預硬型塑料模具鋼的典范是Y55CrNiMn-MoVS（SMI）和8Cr2S鋼，他們都具有良好的綜合性能，能夠完成緊密的切削工作。

（3）時效硬化型塑料模具鋼。

時效硬化型塑料模具鋼中添加了Ni3Mo、Ni3Ti等金屬化合物，其顯著的特點是低鈷、無鈷、低鎳，硬度為28～32HRC。由于這種鋼合成材料的制作工藝較為復雜，其中所添加的金屬化合物價格較高，因此，這種鋼的價格就比較昂貴，在國內的應用范圍也比較小。這類鋼的典范是MASI，具有強焊補性、強韌性與時效性尺寸變化較小的特點。此類鋼在日后的顏料研制中有待進一步改善，尋找同等作用的可替代Ni3Mo、Ni3Ti金屬化合物的其他金屬化合物，以求能降低相應的成本，擴大在市場的應用范圍。

1.1.2 合金模具材料

合金模具材料顧名思義就是由不同合金符合而成，常見的合金模具材料有銅基合金磨具材料、鋁基合金磨具材料、鋅基合金磨具材料等，它們的成分中含有銅、鋁、鋅、錳等不同元素，其中按照相應的成分的多少命名。合金模具材料做大的特點是耐腐蝕性、耐磨性、高耐熱性與抗疲勞強度，其次是使用生命周期長、材料價格采購便宜，因此只塑料模具材料中市場占有率最高。在實際的塑料制模應用中這些合金的熔點都較低，制模條件與較低，很多廠家都是以合金模具材料的制造為主。

1.2 材料表面處理技術的創新

為了提高塑料模具表面的耐磨性和耐腐蝕性，在制模時對塑料模具材料表面進行技術處理，其中以稀土表面技術與納米表面處理技術為研究的主要方向。在塑料模具表面增加一層耐腐蝕、耐磨的鍍層，鍍層材料中稀土元素的加入就是一種新的創新。利用納米技術對表面鍍層進行處理，讓鍍層保持較高的自潤性，可以提高鍍層的耐磨性與耐腐蝕性，這項技術的創新為飼料模具材料的應用提供了更多的可能性。實踐表明，增加鍍層的塑料模具材料的使用壽命要比為增加鍍層的長，并且模具的綜合性能要顯著高于不加鍍層的模具。

2 塑料模具表面新型復合鍍層技術的應用

2.1 制備工藝應用

塑料模具表面增加度增加鍍層就是為了讓表面的耐磨性、耐蝕性和耐熱性，采用制備工藝將稀土表面技術與納米表面技術相結合，就可以開發出綜合綜合性能更高和性價比更好的表面新型復合鍍層。在這一設想中，解決金屬基納米復合材料的制造工藝和涂鍍技術成為核心工藝。在制備工藝的研究上采用高能球磨技術，首先制備出納米CeO2顆粒，然后將其均勻的灑在Zn基體中的復合粉末中，運用粉末冶金工藝燒結備制出納米氧化鈰和鋅基復合材料。此時納米氧化鈰固溶于鋅基中，材料中的晶體經過新工藝制備晶體得到細化，復合鍍層中晶格間的腐蝕力被提高了，因此制備出來的鍍層組織結構緊密、光滑、勻稱，具有更強的抗腐蝕性、耐磨性和高硬度等，各項性能都的到來優化。最新研究表明，在制備工藝中，符合材料的納米CeO2最佳含量為1%，此時制備出來的新型復合鍍層性能最佳，表面形態和組織結構內部更加趨于穩定與緊密，因此仿佛性、耐磨性和抗壓性更好。相信這一技術在塑料模具材料中的應用能夠為塑料模具的發展打開新天地，創造更好的市場。

2.2 溶劑法熱浸鍍應用

溶劑法熱浸鍍應用于塑料模具材料表面鍍層的過程中，首先是加熱熔融制備材料的溫度應該控制在450℃～460℃之間，熔融完全后撈去其中的熔渣，將塑料模具表面完全進入熔融好的毒液中，時間為3～4s，在將模具快速取出吹干，然后等到自然冷卻。整個熱浸鍍的過程雖然簡單，但是對于溫度的控制和浸鍍的時間把控相當關鍵，溫度不夠或者過高，浸鍍的時間過長或者過短都達不到最佳的浸鍍狀態。當浸鍍結束后我們在分析塑料模具鍍層表面的含量元素，就會發現Ce元素的存在，就是因為納米氧化鈰被融入復合材料中鍍到塑料模具材料的表面。鍍層中Ce元素的加入使塑料模具材料表面的鍍層更抗腐蝕、抗耐磨和抗擠壓，自然就延長了塑料模具的使用壽命。

3 塑料磨具材料研制的總結

3.1 耐熱性能

現代流水生產中塑料志平加工的速度較快，因此加工時的溫度較高，塑料模具材料的研制首要需要考慮的就是材料的耐熱性能，這樣才能在較短的時間內是塑料在流動的情況下更好成型。在塑料交工的這個過程匯總，塑料模具材料表面通常短時內回出現高達400℃的時候，因此為了保證模具在高溫下不變形，就要保證模具的耐高溫最低程度在450℃以上，在新型材料及模具鍍層材料的研制中一定要注意這一點。

3.2 耐磨性

為了提高塑料制品的可塑性，在制造過程中給原料加上玻璃纖維等材料，這些材料會導致塑料模具表面受損，因此塑料模具的材料的研制應該考慮硬度大于玻璃纖維，才能保證塑料模具的使用壽命。

3.3 耐腐蝕性

有些塑料制品的加工工藝較為復雜，加工過程中會受熱分解出腐蝕性物質，會對塑料模具造成腐蝕，縮短塑料模具的使用壽命。因此研制塑料模具材料是應該優先考慮耐腐蝕性的合金材料，考慮材料性能的穩定性。

4 結語

綜上所述，塑料模具材料的研制應該首先考慮塑料模具在加工塑料中所受的影響，評估這些影響提高塑料模具的耐熱性能、耐磨性與耐腐蝕性，然后考慮材料的生產成本和加工工藝，綜合各種因素之后研制出制備所需原料較為廣泛、成本較低、綜合性能更優的材料新型材料。我國在塑料模具材料的研制的技術與工藝上已經有了溶劑法熱浸鍍等技術可供參考，新型復合材料中復合鋼和合金材料的應用市場也發展較好，相信以后還會研制出性能更優的新型復合塑料模具材料。

參考文獻

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