可控粘度注塑成型，成就精密光学元件

　　可控粘度注塑成型（CVM） 塑料粘度的定义可以表述为分子链之间相互滑动的能力。当塑料处于冷态、高粘度状态时，分子链相互滑动的能力受到限制，因此塑料能够弯曲并利用分子记忆恢复原状。当塑料熔融时，在适用于注塑成型的低粘度状态下，聚合物链会更大程度地相互流动，因此塑料可以根据其注入的模具改变形状。冷却之后，它将保持与模具相同的形状。

　　X2F 公司的CVM 技术与传统注塑成型技术之间的主要区别在于使塑料达到低粘度以及将其转移到注塑模具中的方法不同。这些方法对聚合物分子之间的关系以及执行该工艺所需的模具和机器类型产生了巨大影响。传统的注塑成型侧重于通过压力产生剪切热来使聚合物熔化。聚合物属于石油衍生品。当对石油分子施加压力时，机械力会转化为热能，而这是熔化塑料的主要热源。它发生在挤出/ 注射料筒的准备过程中以及高速注射期间的喷嘴和流道系统中。这个过程是有问题的，因为聚合物熔体是非牛顿流体。当聚合物熔体被装入传统注塑机的注射区并通过嵌入式挤出螺杆/ 止回环组合施加压力时，粘度将在剪切开始之前增加。如果是结晶聚合物，粘度还将增加五倍。如果是用于塑料光学元件的无定型树脂（例如：聚碳酸酯、丙烯酸、苯乙烯和共聚酯共混物等），粘度将在剪切开始之前增加15-25 倍。

　　传统注塑机的注射系统必须在剪切开始和聚合物熔体流入模具之前克服这种粘度峰值。产生剪切热所需的极高压力会对聚合物链施加应力，使其在流动方向上解开并重新排列；这个排列方式对它们来说是不自然的。传统注塑成型使用的压力极高，因此分子链一旦进入模腔就无法松弛并与周围的分子重新缠绕在一起。聚合物链在流动方向上的这种不自然的重新排列是放大的各向异性双折射、各向异性收缩和成型应力的来源。CVM 将电热传导至树脂，使其达到已知粘度而不发生剪切。X2F 的挤出机专为其挤出填充工艺而设计。一旦塑料熔体达到通过温度和实际流动阻力测得的预期粘度，我们将以较低的速度将聚合物熔体挤出到模具中并逐渐达到最终的保压压力。在X2F 的CVM 工艺中，聚合物链紧密缠绕，因此不会遇到传统注塑机通常会出现的各向异性收缩或密度不均匀的问题。

　　用CVM 生产塑料光学元件的优势

　　用X2F 的CVM 工艺生产透镜能够更加准确地复制模具的表面结构，因为浇口打开的时间更长，它能够在聚合物熔体冷却并即将从模芯和模腔壁缩回时施加压力。透镜的中心质量仍保持较低的粘度，并且对浇口施加恒定压力能够获得更有效的模具保压周期。传统注塑机尝试使用相同的工艺，但却不具备X2F 工艺的优势。传统注塑机从螺杆背面施加压力，因为螺杆和止回环发挥着柱塞作用。聚合物熔体是非牛顿流体，施加在螺杆/ 止回环或柱塞上的力会因聚合物熔体对后推的自然反应而迅速减小。通过挤出填充工艺，我们利用螺杆旋转来控制聚合物熔体达到预期的保压压力，克服了对插入力的非牛顿阻力。

　　能够在机器处于静止状态时获得均匀的熔体是一个显著的优势。由于熔体均匀，X2F 工艺可用于生产任何密度较高的塑料部件。通过剪切热获得低粘度聚合物熔体的传统工艺是一种动态工艺，它并没有测量树脂熔体实际温度的方法。传统工艺被广为认可和接受的是，该材料的一小部分被认为远高于其熔体温度并呈现从高温到低温的梯度变化，而且在其通过挤出机、喷嘴、流道系统和模腔运动的过程中，热量通过聚合物扩散，但粘度却是不均匀的。除了材料降解缺陷和密度不良/ 不一致之外，这也是聚合物透镜的模具表面复制问题的一个影响因素。透镜的折射率取决于成型部件密度的均匀性。传统注塑成型工艺的相关研究已经证实，极高的保压压力会增加模腔内流动方向上的密度，但垂直方向上的密度会显著降低，导致透镜折射率的变化增大。这一点在意料之中，因为解开的聚合物分子在浇口延伸出去的流动方向上排列。X2F 工艺无需导致解缠结的压力，因此不会产生这种缺陷。

　　CVM 工艺本身使用的总压力较少，并且精确控制着压力的使用。这样做的最终效果之一是，传统注塑机计划在分型线每平方英寸的投影面积上使用3-6 吨的锁模压力并以此作为注塑机要求的一部分，而CVM 工艺在每平方英寸的投影面积上使用0.25-0.5 吨的锁模压力。这意味着通过上述所有优势生产透镜的 X2F 机器通常是其竞争对手机器尺寸的 10-25%。用于透镜生产的模具总压力较小，并且可以制造得足够坚固来生产精确的透镜，同时尺寸仅为传统注塑机所用模具的一小部分，因此能够降低成本和交货时间。

　　CVM 塑料光学元件实例

　　所用的机器是X2F Model E30V（左），一台锁模压力为4吨的立式锁模注塑机。该工艺的平均注射速度为4 秒。模腔被填充直至测得压力为1,760psi。X2F 成型透镜如上图所示（左中）。X2F 成型的透镜相当于目前公司的市售透镜。该透镜直径为25mm，两面都是凸面，其中一面是非球面，中心厚度为9.3mm，由Zeonex E48R 成型。

　　所购的传统注塑成型的透镜（中）和X2F 透镜（右）被拍作一组交叉偏光镜来评估相对双折射和残余应力。传统注塑成型的透镜具有不均匀的应力，在浇口附近（右侧）、浇口对面以及垂直于流动方向的外围附近都会发生变化。经X2F CVM 加工的透镜仅在右侧仍连接着流道的浇口处出现残余应力。如果周边没有应力，则表明低应力工艺为成型透镜提供了更高、更均匀的密度。

　　联手科思创打造新型导热汽车散热器

　　对于汽车原始设备制造商和加工商来说，导热汽车散热器将是一种独特的传统铸铝散热器替代品——不仅能减重 49%，还更具成本效益。

　　近期，由X2F 和科思创联合开发的用于汽车照明产品的新型导热汽车散热器亮相K 展。

　　该散热器由模克隆聚碳酸酯（PC）成型，是模内组件的一部分，可用于将 LED 模块直接集成到前照灯外壳中，从而消除了与安装支架、螺钉、导热膏脂和粘合剂相关的重量和人力劳动。

　　“这项新计划涉及使用X2F 的控制粘度成型，成功将LED 模块直接连接到导热散热器上，而不用从根本上改变散热器调节器模块的设计。”科思创高级营销经理Paul Platte 表示，“我们对 X2F项目迄今为止取得的进展感到满意。与传统的注塑成型工艺相比较，我们最近看到了热管理性能方面的增强，我们也很期待该技术未来在汽车行业的应用潜力。”

　　X2F 的工艺使敏感的电子设备能够嵌入成型，从而有助于功能集成，热管理，模块化和小型化。“这项创新技术使以前无法成型的热塑性塑料零件的制造成为现实，为我们的客户带来了巨大变化。”X2F 高级项目经理Reza Garaee 解释说。

　　结论

　　CVM 能够在没有传统注塑成型常见压力的情况下制备聚合物熔体，保留了聚合物链的自然缠结。CVM 用未受压的聚合物熔体填充模腔来获得比传统注塑成型更高更均匀的密度。X2F CVM 工艺可用于生产具有很少或没有双折射性和更均匀折射率的透镜。它还能够显著缩短周期时间并提高汽车照明等厚透镜应用的材料产量。独特的工艺使非常规材料的成型成为可能，它为类似于新型 COC 和COP 聚酯合金、PC 合金、PEI 和其他混合物的光学塑料元件打开了大门。X2F CVM 工艺是通过高性价比的小型机器实现的，与传统机器相比，它们使用的模具更小，功率显著降低。X2F 工艺为新一代精密塑料光学元件提供了完善的优质、高效、环保、可行的解决方案。