在注塑生產(chǎn)過程中，模具溫度是影響部件質(zhì)量高低的一個重要因素。一般而言，設(shè)置較高的模溫通常可獲得較高的部件表面質(zhì)量。冷/熱循環(huán)模具注塑技術(shù)是在注塑循環(huán)過程中，利用熱循環(huán)控制模具溫度的一種方法。該技術(shù)要求模具表面的加熱溫度要在塑料的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度(Tg)之上，以利于注塑，然后快速冷卻模溫，使部件冷固，以便于頂出。
熱/冷循環(huán)模具注塑工藝可極大提高注塑部件的表面質(zhì)量，另外由于減少了上漆、打磨等消除表面瑕疵的二次加工工序，從而降低整個加工成本。在某些情況下，上漆或粉末涂覆皆可省去。熱/冷模注塑還可提高玻纖增強結(jié)構(gòu)性材料的表面光潔度，用在對制品表面有高光澤要求的場合。利用該技術(shù)可獲得的其他優(yōu)點包括：降低模塑應(yīng)力、減少或消除漩紋、熔接縫等缺陷，并提高熔體的流動長度，生產(chǎn)出薄壁制品。
沙伯創(chuàng)新塑料公司(SABIC Innovative Plastics)在日本從事這項技術(shù)的研究工作已有幾年的歷史，其首個應(yīng)用實例是加工一個汽車車頂行李架導(dǎo)軌的支腳，過去采用的是金屬支腳。當(dāng)使用玻纖含量為11%的Xenoy 1760 PC/PBT樹脂進(jìn)行試驗性加工時，表面質(zhì)量效果不理想，原因是出現(xiàn)了漩紋和熔接縫。由于存在玻璃纖維的緣故，部件表面非常粗糙，需要采取打磨拋光二次處理，而不是上漆修飾。利用熱/冷模注塑可消除這些制品表面缺陷，并省去打磨處理工序。
對于聚碳酸酯、PC/ABS混料、PC/PBT混料而言，利用熱/冷循環(huán)模具進(jìn)行注射加工非常成功，應(yīng)用于加工電視機(jī)外殼、聚光板、車載音響部件、筆記本電腦外蓋等都達(dá)到了表面質(zhì)量問題最少化。
1工作原理
傳統(tǒng)注塑機(jī)也可以利用熱/冷循環(huán)模具注塑工藝，首先，需要安裝一個特殊的輔助系統(tǒng)裝置，以實現(xiàn)模具表面的快速加熱和冷卻。需要用到過熱水和蒸汽，有部分系統(tǒng)需外置一個鍋爐，以產(chǎn)生蒸汽，另外的一些系統(tǒng)則在控制裝置內(nèi)形成蒸汽。沙伯公司設(shè)在亞太地區(qū)的研發(fā)中心使用了蒸汽，而設(shè)在美國麻省的聚合物加工研發(fā)中心則利用了一個過熱水系統(tǒng)，由德國Single Temperiertechnik公司出品的裝置可提供高達(dá)200℃的過熱水。
為了有效地控制加工過程，必須在緊靠著模具的外表面裝配多個熱電偶，以監(jiān)控溫度。模具、注塑機(jī)、熱/冷控制裝置必須要求智能化連接，從而實現(xiàn)加工過程的穩(wěn)定性。沙伯公司自行研制出了每個部件的智能化控制裝置。
在注塑循環(huán)周期的初始階段，蒸汽或過熱水循環(huán)流動，加熱模具表面，使模溫比樹脂的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度高出10℃～30℃左右。當(dāng)達(dá)到該設(shè)定溫度后，注塑機(jī)獲得信號，將塑料熔體注入模腔內(nèi)。待模腔充滿后即完成注射，冷卻水循環(huán)流入模具，將塑料部件快速冷卻定型，然后頂出制品。設(shè)有一個閥門開關(guān)，輪流轉(zhuǎn)換通入蒸汽或過熱水，或是冷卻水。在部件冷卻之后，打開模具并頂出部件，系統(tǒng)轉(zhuǎn)換開關(guān)重新轉(zhuǎn)為模具加熱階段。
2模具設(shè)計的要點
決定熱/冷循環(huán)模具注塑工藝在整個循環(huán)加工周期內(nèi)能否成功的因素不僅與加工材質(zhì)有關(guān)，同時也與模具的設(shè)計樣式和結(jié)構(gòu)有關(guān)。加熱和冷卻模具所需的時間由鋼材的厚薄而定，對于熱交換循環(huán)來說，最好是將鋼材的厚度最小化。型腔與型芯可采用鑲嵌組裝的方式，優(yōu)于在模板上切割開挖的方式，這樣就能減小模板厚度。為了減小熱量損失和提高熱效率，這些嵌件可以在型腔和型芯的托模板上盡量使用氣隙和隔絕材料進(jìn)行裝配。
除了需減小模具鋼材用量之外，還需考慮模具冷熱交替的影響，模具制造所用的材質(zhì)需有較高的導(dǎo)熱系數(shù)，如銅鈹合金或其他有較高導(dǎo)熱性能的合金材料，以縮短加熱和冷卻模具表面所需的時間。另外，冷卻水通道設(shè)計要靠近模具表面，從而加快響應(yīng)時間。然而，在大多數(shù)情況下，這點會受到塑料制品幾何形狀的制約。設(shè)計采用保型冷卻的方式就非常合理有效，即冷卻水管道的布置根據(jù)塑料部件的表面形狀而設(shè)計。
保型冷卻有幾種不同的工藝技術(shù)，如激光燒結(jié)、金屬直接鍍覆等等。沙伯公司與Fast4M制模公司合作，開發(fā)了一種層壓制模工藝，該工藝名為Fast-Form。這項模具制造技術(shù)是利用一疊鋼材薄片，分別用激光切割和粘結(jié)上銅材而成。這種工藝具有成本低、方便綜合采用保型技術(shù)和貫通冷卻水管道、設(shè)計大面積的排氣區(qū)域等特點。
3技術(shù)優(yōu)點
熱/冷循環(huán)模具注塑技術(shù)可極大地改善注塑部件的外觀質(zhì)感，最具突出效果的是采用無定型樹脂加工的部件，包括的樹脂種類有：PC樹脂、PC/ABS混料、PC/PBT混料。當(dāng)模具表面溫度高于某種無定型樹脂的Tg之后，在注射階段，樹脂熔體不會結(jié)成一層皮，并且熔體可自由移動。其結(jié)果是：當(dāng)熔體碰到模具表面時不會凍結(jié)，這點與傳統(tǒng)的注塑工藝有所區(qū)別。
在充模時，有一層薄薄的聚合物熔體逸出，留在墊模板的外表面，由此增加了部件的光澤度、降低表面粗糙度。研究結(jié)果顯示，如果部件的光澤度提高50%～90%，對于玻纖增強材料來說，表面粗糙度指數(shù)-Rmax可提高70%，相對于未填充材料的指數(shù)還要提高20%。
熱/冷模具注塑工藝對改善熔接痕的寬度和可見度有著積極的影響。曾經(jīng)在同一模具上進(jìn)行了3種不同材料的加工對比測試，結(jié)果顯示，采用傳統(tǒng)注塑工藝加工而成的制品，其表面的熔接痕寬度大約在6～13微米之間，在熱/冷模具上注塑得到的制品完全看不見熔接痕，而且檢測不出其寬度。這個巨大的優(yōu)點可省卻上漆等二次加工工序，特別適用某些特殊場合。
制品內(nèi)殘存的注塑內(nèi)應(yīng)力可引起部件翹曲，甚至縮短部件的使用壽命。傳統(tǒng)注塑的部件存在的內(nèi)應(yīng)力很高。四氯化碳屬于一種已知的可引起塑料部件產(chǎn)生應(yīng)力開裂的溶劑。采用熱/冷循環(huán)模具加工的塑料部件內(nèi)應(yīng)力較低，使用這種溶劑也不會造成部件應(yīng)力開裂，從而可省去部件使用前需進(jìn)行的退火處理工序。