住友化学电子材事业部

LCP的射出成型机 - 金属模具设计

射出成型机的选择

SUMIKASUPER LCP，能够用通常的螺杆射出成型机和柱塞(预给料)射出成型机来进行成型。E7000系列、E6000系列、E4000系列、由于成型温度<400℃，普通射出成型机的加热装置即可满足要求。E5000系列的成形温度最高达420℃，需要使用高温规格的(450℃规格)的射出成型机。

螺杆、料管
	SUMIKASUPER LCP含有大量填充玻璃纤维，所以螺杆、料管需要使用耐摩性的材料制造。
	螺杆设计应使用标准的通用型。如果使用附有辅助飞行的螺杆或高混练螺杆，由于计量时间较长，不太适合。
	对螺杆头部，推荐使用具有逆流防止构造的结构。
	由于SUMIKASUPER LCP的流动性对温度很敏感，需要使用控制性良好的PID控制方式对料管进行温度控制。
射嘴
	根据螺杆和料管选择材料质量。
	推荐使用开放型射嘴。因为封闭型射嘴死角多，树脂容易滞留。
	射嘴加热装置需要使用独立的温度控制器，及控制性能良好的PID控制方式。
	如果使用加长型射嘴，要充分考虑温度分布的均一性。
射出部分及其控制系统
	SUMIKASUPER LCP，可以使用一般的开路控制和闭路控制的成型机。
	在制造薄壁的成型品时，由于SUMIKASUPER LCP溶融粘度对剪切速度的依赖性很大且固化速度快，所以需要采用对射出瞬间响应能力出色的成型机。
成型机容量
	一般来说，最好选择计量值为成型机容量的1/3～3/4的成型机。如果计量值过小的话会造成树脂滞留，产生各种成型问题。

樹脂温度管理

一般来说，包括SUMIKASUPER LCP在内，LCP的机械物性和溶融粘度等各种物理特性对温度的依赖性很大，除非温度能得到精确控制，否则无法获得所需性能。对普通树脂，虽然射出成型机的料管内的树脂温度被认为和树脂成型温度(～300℃)比较接近,但在SUMIKASUPER LCP的成型温度领域(320～400℃)，设定温度和树脂温度还是会有一定差异。
根据上述理由，要使SUMIKASUPER LCP达到所要求的性能，把握料管内的树脂温度，并精确到每种等级树脂的最佳成型温度是十分必要的。
上述树脂温度的测量，可使用微小面积(树脂流直径以下)温度测量的球点型非接触红外线辐射温度计。

高速射出的成形技术

SUMIKASUPER LCP因为成型溶融粘度低、固化速度快、所以具有低毛边的特征。但在超薄型产品(0.2mmt)成型时，在薄壁部分会发生树脂固化无法获得足够的流动长。这种情况下可采用对射出初期反应灵敏的成型装置(如配备累加器的成型机)

图1　无毛边时的最大流动长度(0.2mmt)

油压射出成型机：

电动射出成型机：

UH-1000［日精树脂工业株式会社］SG系列［住友重机械工业株式会社］
ROBOSHOT α-C系列［FANUC LTD.］PanajectionSHOT PJ-30［松下电产株式会社］

图2　射出速度波形的比较

（和通用成型机比较，高速成型机的起始射出速度快，能在设定的的射出速度下完成成型。）

成型温度：	360℃ 使用等级：E6008
高速成型机：	日精树脂工业 UH-1000 射出速度 100mm/sec V-P切换压力 60MPa
通用成型机：	日精树脂工业 PS-40E5ASE 射出速度 90％　射出压力 90MPa

金属模具设计

SUMIKASUPER LCP射出成型时在剪切力作用下分子易沿着流动方向取向，具有出色的流动性并能获得高强度和高弹性，但是同时也会产生各向异性。
在金属模具设计时，需要充分考虑腔内的流动模式和各向异性。

主流道

●

主流道的倾斜度1～2度(一侧)最为恰当。

●

为了除去冷渣，在主流道末端设置冷渣井(4～5mmφ×5mm以上)。

●

为了更好地清除主流道，设置主流道锁定装置。

分流道

●

可以使用通常的圆形、半圆、梯形断面形状的分流道，但是从压力损失和加工性方面考虑，还是推荐使用圆形或者梯形分流道。

SUMIKASUPER LCP有出色的流动性，故分流道直径可很小。
标准分流道直径:2～5mmφ
分流道直径:PPS，PBT的2/3～1/2(最小2mmφ)

图3 测量薄壁流动长的金属模具

产品厚度：0.3mm 流动长：4腔平均值

图4 薄壁流动长

●	对于多腔模具，推荐给每个空腔同时填充树脂保持架桥平衡。
●	架桥末端也设置冷渣井
浇口
SUMIKASUPER LCP的熔接强度比其他的工程塑料低，为了尽可能减少熔接，浇口数量应尽量限制在1-2个，并充分考虑浇口位置。
●	侧浇口导向边长度1mm以下，宽度5mm以下恰当。导向边厚度以0.7×成型品厚度为基准，最小0.2mm。
●	点浇口浇口直径0.3～1.5mm，导向边长度1mm以下。如果浇口直径过粗，会引起螺纹和浇口变形。
●	潜伏浇口浇口直径0.3～1.0mm。

●	也可采用膜状浇口和轮辐浇口,不过LCP一般不太使用
脱模锥度
●	当成型品较薄时采用0.5°(1/90)～1°(1/60)角，较厚时采用1°(1/60)～2°(1/30)角。
●	易脱模(MR)等级与普通等级相比，脱模阻抗约1/2,不过，当成型品较厚时，需要加大锥度。
排气装置(排气)
●	SUMIKASUPER LCP的成型，高速射出的情况较多，为了有效地排除模腔内的空气，推荐使用排气装置。
●	对薄壁产品及流动末端产生熔接时，易发生短射，需设置排气装置。
●	SUMIKASUPER LCP的熔融粘度低，流动性好,但因为固化速度非常快，即使设置排气装置也不会产生毛边。
●	排气装置的厚度的推荐值为0.005～0.02mm。
各向异性(成型收缩率)
●	LCP的成型收缩率，由于流体流动方向(MD)和垂直流动方向(TD)的差异(各向异性)很大，以MD和TD的平均值为基准，在修正方向上设定成型收缩率。
●	对薄壁小型产品，在流动方向上的收缩率，建议设计为0%。

表1 各向异性

单位

E5008L

E5008

E4008

E6008

E6006L

E7008

E7008L

成型收缩率	3mmtMD
	TD
	1mmtMD
	TD

0.05

0.08

0.1

0.18

0.19

0.17

0.14

0.81

1.25

1.32

1.16

0.74

1.05

0.79

0.13

0.05

0.06

0.09

0.1

0.09

0.06

0.43

0.7

0.78

0.8

0.49

0.71

0.65

弯曲强度	3mmtMD
	TD

MPa

137

130

138

136

156

141

150

MPa

弯曲弹性率	3mmtMD
	TD

GPa

13.4

12.6

12.7

12.2

11.4

12.5

12.2

GPa

3.7

3.3

4.4

4.7

4.3

图5 E6008成型收缩率

图6 E5008成型收缩率

金属模具材质
●	因为SUMIKASUPER LCP的标准等级大都填充了玻璃纤维，对尺寸精度要求高的模具或批量生产时，推荐使用硬度为HRC55～62SKD11的同等品(HPM31，PD613，RIGOR等)或者更硬的钢材。
●	由于SUMIKASUPER LCP几乎不产生腐蚀性气体，不腐蚀金属模具，所以可使用一般材质的金属模具。

热流道的使用

关于SUMIKASUPER LCP的热流道化，需要注意以下几点:
在长期连续成型时通常树脂容易在成型机的死角部滞留，滞留树脂易老化，变色。熔融粘度极低的液晶性聚合物LCP易发生此现象。。
因此对LCP推荐使用充分考虑以上因素的热流道，特别注意会由树脂滞留而产生的黑点和冷渣问题。

对SUMIKASUPER LCP热流道的使用注意点

●

可高温加热的系统内温度分布需保持均一。
最好使用加热一体型的热流道，注意支管和射嘴的温度不要设定过高。
热流道和模具的接触部位(浇口)要保持高温。

	热流道的温度(MAX)
E7000系列 E6000系列 E4000系列 E5000系列	～350℃ ～380℃ ～400℃ ～420℃

●

采用不易产生流路死角的构造。
(需要注意由于树脂滞留而产生的黑点)
与内部加热方式相比，外部加热方式更合适。推荐采用窄流路。

●

采用具有防止冷渣混入的设计
(需要注意产品冷渣混入)
开放浇口最好考虑设置副架桥。

针对SUMIKASUPER LCP采用热流道

下列列举了针对SUMIKASUPER LCP采用热流道的例子

	架桥		浇口			对SUMIKASUPER LCP 的应用		备注
	内部加热	外部加热	均衡加热	每次发射加热 ON,OFF	每次发射加热 ON,OFF	完全热流道	少渣成型
(株)十王 614系统		○		○			○	φ4 电磁感应加热
明星金属(株) 微型流道		○				-	◎	*1
世纪工业(株) Spear System B类型(以前) EH类型	○	○		○ ○		× ×	× ○	*2
Mold Master(株) Master Shot		○	○			×	△～○
齐藤工机(株) Plagate System		○			○	×	△

◎:有针对SUMIKASUPER LCP的应用例。
○:可对SUMIKASUPER LCP应用
△:无针对SUMIKASUPER LCP的应用例。
×:不可对SUMIKASUPER LCP应用

*1:	如果采用多点浇口并使用微型流道的加长射嘴，建议对各个射嘴进行温度控制。另外，对成型温度较高的E5000系列产品也推荐针对每个射嘴采用个别温度控制。
*2:	顶端部为内部加热方式