探究塑料模具材料的研制与应用

许琼方

摘 要：塑料制品在我们的生活中应用广泛，而塑料模具的材料也是多种多样，尤其是现代科技推动之下，诞生了很多先进的新型材料。从塑料模具应用的情况来看，性能更稳定、热情度更好的塑料模具材料更受市场欢迎。目前市场上已有的渗碳型塑料模具钢大致有12CrNi3A和12Cr2Ni4A钢、20Cr2Ni4A这几类，采用该材料制成的磨具具有很长的使用寿命，时间表明即便是长期使用的情况下表面也不会出现凹陷或者表层脱落的现象。本文就来探究这些塑料模具材料的研制及应用情况。

关键词：塑料模具 新型材料 研制 创新 复合材料

中图分类号：TD327 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2018）08（b）-0102-02

1 我国塑料模具材料的研制情况

1.1 新型材料的研制

1.1.1 钢模具材料

（1）渗碳型塑料模具钢。

渗碳型塑料模具钢的材料中加入了Cr、Ni、Mo和V等元素及少量的碳，这类合成材料具有耐磨性好、韧性好、耐用的特点。其性能参数为退火硬度≤100HBS，表面硬度为58～62HRC，加上具有强韧性，材料中所加的Cr、Ni、Mo和v能够提高淬透性和渗碳能力，因此常用于冷挤压成型型腔复杂的塑料模具。

（2）预硬型塑料模具钢。

预硬型塑料模具钢中加入了Cr、Ni、Mn、V和S、Ca等元素，是在合金的基础上材料的新型材料，其中碳含量为0.3%～0.55%，硬度为35～40HRC。这种材料模具的主要特点是有较好的切削性与韧性，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础上改善合成刚切削的性能，扩大塑料制作当中切削的范围。我国预硬型塑料模具钢的典范是Y55CrNiMn-MoVS（SMI）和8Cr2S钢，他们都具有良好的综合性能，能够完成紧密的切削工作。

（3）时效硬化型塑料模具钢。

时效硬化型塑料模具钢中添加了Ni3Mo、Ni3Ti等金属化合物，其显著的特点是低钴、无钴、低镍，硬度为28～32HRC。由于这种钢合成材料的制作工艺较为复杂，其中所添加的金属化合物价格较高，因此，这种钢的价格就比较昂贵，在国内的应用范围也比较小。这类钢的典范是MASI，具有强焊补性、强韧性与时效性尺寸变化较小的特点。此类钢在日后的颜料研制中有待进一步改善，寻找同等作用的可替代Ni3Mo、Ni3Ti金属化合物的其他金属化合物，以求能降低相应的成本，扩大在市场的应用范围。

1.1.2 合金模具材料

合金模具材料顾名思义就是由不同合金符合而成，常见的合金模具材料有铜基合金磨具材料、铝基合金磨具材料、锌基合金磨具材料等，它们的成分中含有铜、铝、锌、锰等不同元素，其中按照相应的成分的多少命名。合金模具材料做大的特点是耐腐蚀性、耐磨性、高耐热性与抗疲劳强度，其次是使用生命周期长、材料价格采购便宜，因此只塑料模具材料中市场占有率最高。在实际的塑料制模应用中这些合金的熔点都较低，制模条件与较低，很多厂家都是以合金模具材料的制造为主。

1.2 材料表面处理技术的创新

为了提高塑料模具表面的耐磨性和耐腐蚀性，在制模时对塑料模具材料表面进行技术处理，其中以稀土表面技术与纳米表面处理技术为研究的主要方向。在塑料模具表面增加一层耐腐蚀、耐磨的镀层，镀层材料中稀土元素的加入就是一种新的创新。利用纳米技术对表面镀层进行处理，让镀层保持较高的自润性，可以提高镀层的耐磨性与耐腐蚀性，这项技术的创新为饲料模具材料的应用提供了更多的可能性。实践表明，增加镀层的塑料模具材料的使用寿命要比为增加镀层的长，并且模具的综合性能要显著高于不加镀层的模具。

2 塑料模具表面新型复合镀层技术的应用

2.1 制备工艺应用

塑料模具表面增加度增加镀层就是为了让表面的耐磨性、耐蚀性和耐热性，采用制备工艺将稀土表面技术与纳米表面技术相结合，就可以开发出综合综合性能更高和性价比更好的表面新型复合镀层。在这一设想中，解决金属基纳米复合材料的制造工艺和涂镀技术成为核心工艺。在制备工艺的研究上采用高能球磨技术，首先制备出纳米CeO2颗粒，然后将其均匀的洒在Zn基体中的复合粉末中，运用粉末冶金工艺烧结备制出纳米氧化铈和锌基复合材料。此时纳米氧化铈固溶于锌基中，材料中的晶体经过新工艺制备晶体得到细化，复合镀层中晶格间的腐蚀力被提高了，因此制备出来的镀层组织结构紧密、光滑、匀称，具有更强的抗腐蚀性、耐磨性和高硬度等，各项性能都的到来优化。最新研究表明，在制备工艺中，符合材料的纳米CeO2最佳含量为1%，此时制备出来的新型复合镀层性能最佳，表面形态和组织结构内部更加趋于稳定与紧密，因此仿佛性、耐磨性和抗压性更好。相信这一技术在塑料模具材料中的应用能够为塑料模具的发展打开新天地，创造更好的市场。

2.2 溶剂法热浸镀应用

溶剂法热浸镀应用于塑料模具材料表面镀层的过程中，首先是加热熔融制备材料的温度应该控制在450℃～460℃之间，熔融完全后捞去其中的熔渣，将塑料模具表面完全进入熔融好的毒液中，时间为3～4s，在将模具快速取出吹干，然后等到自然冷却。整个热浸镀的过程虽然简单，但是对于温度的控制和浸镀的时间把控相当关键，温度不够或者过高，浸镀的时间过长或者过短都达不到最佳的浸镀状态。当浸镀结束后我们在分析塑料模具镀层表面的含量元素，就会发现Ce元素的存在，就是因为纳米氧化铈被融入复合材料中镀到塑料模具材料的表面。镀层中Ce元素的加入使塑料模具材料表面的镀层更抗腐蚀、抗耐磨和抗挤压，自然就延长了塑料模具的使用寿命。

3 塑料磨具材料研制的总结

3.1 耐热性能

現代流水生产中塑料志平加工的速度较快，因此加工时的温度较高，塑料模具材料的研制首要需要考虑的就是材料的耐热性能，这样才能在较短的时间内是塑料在流动的情况下更好成型。在塑料交工的这个过程汇总，塑料模具材料表面通常短时内回出现高达400℃的时候，因此为了保证模具在高温下不变形，就要保证模具的耐高温最低程度在450℃以上，在新型材料及模具镀层材料的研制中一定要注意这一点。

3.2 耐磨性

为了提高塑料制品的可塑性，在制造过程中给原料加上玻璃纤维等材料，这些材料会导致塑料模具表面受损，因此塑料模具的材料的研制应该考虑硬度大于玻璃纤维，才能保证塑料模具的使用寿命。

3.3 耐腐蚀性

有些塑料制品的加工工艺较为复杂，加工过程中会受热分解出腐蚀性物质，会对塑料模具造成腐蚀，缩短塑料模具的使用寿命。因此研制塑料模具材料是应该优先考虑耐腐蚀性的合金材料，考虑材料性能的稳定性。

4 结语

综上所述，塑料模具材料的研制应该首先考虑塑料模具在加工塑料中所受的影响，评估这些影响提高塑料模具的耐热性能、耐磨性与耐腐蚀性，然后考虑材料的生产成本和加工工艺，综合各种因素之后研制出制备所需原料较为广泛、成本较低、综合性能更优的材料新型材料。我国在塑料模具材料的研制的技术与工艺上已经有了溶剂法热浸镀等技术可供参考，新型复合材料中复合钢和合金材料的应用市场也发展较好，相信以后还会研制出性能更优的新型复合塑料模具材料。

参考文献

[1] 潘振鹏，冯颖璋.塑料模具材料的研制与应用[J].金属热处理，2015（1）：24-27.

[2] 王晨.塑料模具设计中常见问题分析[J].中国设备工程，2018（15）：149-150.

[3] 李庆云.新型塑料模具材料的发展应用[J].南方农机，2018，49（6）：71.