如何分析塑胶镜头的透镜在注射成型后的状态？

注射成型是目前生产塑胶镜头的主要手段，注射模具的科学设计及注射工艺参数正确选择是保证塑胶镜头的透镜精度和质量的关键。光学塑胶在模具型腔内流动、相变、固化和冷却的过程涉及三维流动相迁移理论和不稳传热理论等,迄今为止尚无完整的数学模型对这一过程进行描述。目前正在进行的塑胶镜头的透镜加工及其工艺大多是根据实验及经验积累而摸索出来的。

光学塑胶在模具中的状态。导致塑胶镜头的透镜质量问题的关键往往在于注塑零件总是存在一定的产品收缩现象，就高精度的光学表面来说很可能就成为导致产品失败和品质不良的根结所在。对透镜来说，其面形精度均在微米数量级上。常用的光学塑胶聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)的常规收缩率为0.5%~0.7%。若按常规注塑方法对于有2mm厚度差的光学产品，就会因不同的厚度收缩导致10~14um的面形误差。这在光学元件中是不可出现的。

收缩现象的形成原因在于高分子聚合物的比容V是一个随温度变化的函数。当聚合物在模具腔内由熔融温度降低到模具温度乃至常温状态时,其比容会减少,由此而产生收缩现象。研究表明，熔融聚合物的比容同时也与外压力成一定的函数关系。

由斯潘塞(Spencer)和吉尔摩(Gilmor)的状态方程可知,绝对温度T和聚合物外加压力p与聚合物比容之间可表达为(p+π)(V-ω)=R'T。

式中:为外加压力(N/cm)为内压力(N/cm)V为比容(cm/g)，ω为在绝对温度时的比容(em/g),为修正的气体常数(N·cm/em·g·k)T为绝对温度(K)

当p恒定时,光学塑胶的比容与温度T成正比,即温度的升高将导致比容的线性增长而当温度T一定时，光学塑胶的比容V与外加压力p成反比，即外加压力的增加将使比客减小。由此可以通过对光学塑胶施加较大的外部压力来补偿由于温度变化而导致比容减小的方法。

以PMMA为例，当熔融光学塑胶以220~240℃的温度进入并充满模具型腔时,应立即给熔融料施以高压，尽可能使其比容接近常温常态时的比容V理论上此时需要14500~16000N/cm的充模力型腔压力)随着熔融料在型腔内温度的降低为保持比容的恒定，外部压力也随之降低。当温度降到接近180℃时，在模具进料口处的熔融光学塑胶将首先固结。当进料口固结以后注塑机的注射压力将不能够传递到处于模具型腔中的光学塑胶上。因此在进料口固结前以及固结过程中必须使熔融塑胶得到保压使其比容稳定在V。左右此时需要的理论外部压力为11500~12000N/m。在温度降低的同时压力也同时降低以持比容为V。

(2) 注塑流道与压力损失。根据非牛顿体的流动理论流道的比表面y(流道表面积与体积之比)与流道内熔融体的压力和能量的损耗存在一定的函数关系。比表面越小，对减少压力和热量的损失就越有利。假设三种流道的横截面积相等,则存在关系D=√2dt=xd/8。

由此可知圆形的比表面最小,因而热散失及压力损失也最小，因此在塑胶光学模具中必须采用圆形通道。

对于注射容量在100g以上的卧式注塑机来说,其注射最大压力通常可以达到14000~17000N/cm。怎样将注塑机的压力有效地传递到模具型腔内,是保证熔融光学塑胶在型腔内比容的关键,这与模具浇铸系统的设计有着密切的关系。