成型收縮和尺寸穩(wěn)定性專題

編者按:隨著塑料在精密儀器制造行業(yè),特別是在電子、電器、儀表等行業(yè)中的廣泛應用,對注射成型制品的尺寸精確性、尺寸隨時間的變化等提出了更加嚴格的要求。塑料成型收縮率既是決定塑料制品尺寸精確性的主要因素,又是影響塑料制品表面精度的關鍵問題。因此,注射成型塑料制品的收縮問題已經(jīng)引起人們的高度重視,尤其在精密注射成型過程中必須對塑料成型收縮率進行深入細致的研究。同時,在擠出成型過程中也存在尺寸不穩(wěn)定的問題,尤其是電線電纜的擠出成型。論壇里面的很多壇友對注射成型塑料制品的成型收縮以及擠出成型塑料制品的尺寸不穩(wěn)定性問題進行了深入的討論,現(xiàn)將一部分帖子整理如下,供讀者參考。我刊今后將不定期將“中塑互聯(lián),http:// bbs.ourp las.cn”上優(yōu)秀的帖子整理刊發(fā),敬請讀者關注。

1 注射成型塑料制品的成型收縮

問:降低注射成型塑料制品的收縮率和防止其翹曲變形的方法主要有哪些?

答:注射成型塑料制品(簡稱注塑件)肯定會發(fā)生成型收縮,因為從成型溫度降到室溫的過程中,塑料的密度會發(fā)生變化,進而造成成型收縮。整個注塑件和剖面的收縮差異會造成內(nèi)部殘留應力,其效應與外力完全相同。假如殘留應力高于注塑件結構的強度,注塑件就會在脫模后發(fā)生翹曲,或是受外力而產(chǎn)生破裂。

注塑件從成型溫度降到室溫,體積收縮率可以高達20%。當結晶材料和半結晶材料冷卻到玻璃化轉變溫度以下,分子呈現(xiàn)比較規(guī)則的排列方式,并發(fā)生結晶,故而特別容易產(chǎn)生熱收縮;無定形材料在發(fā)生相變化時并沒有發(fā)生微結構變化,故而熱收縮比較小。

翹曲是注塑件未按照設計的形狀成型,發(fā)生了表面的扭曲,注塑件翹曲的成因在于不均勻收縮。

影響收縮率大小及翹曲的因素包括:

(1)注塑件內(nèi)部溫度不均勻;

(2)注塑件凝固時,沿著厚度方向的壓力和冷卻速率存在差異;

(3)注塑件尚未完全冷卻就頂出,或是頂出銷變形、脫模斜度不當;

(4)注塑件具有彎曲或不對稱的幾何形狀;

(5)填料也會影響收縮率;

(6)流動方向和垂直于流動方向上分子鏈/纖維取向的差異造成不同的收縮率;

(7)保壓壓力的差異也會影響收縮率,例如澆口處過度保壓,遠離澆口處卻保壓不足。

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問:為什么測試收縮率時,平行流動方向上的收縮率要小于垂直流動方向上的收縮率呢?

答:平行于流動方向的熔體流動時受外力作用大,所以分子鏈排列緊密,后期收縮小;而垂直于流動方向的熔體流動時受力小、分子間隙大,后期冷卻時分子鏈發(fā)生一定比例的重排,收縮大。具體的受力分析比較復雜,影響因素也是多種多樣。

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問:請教一下大家關于模具溫度和收縮率的關系。有些書中提到模具溫度約為80～105℃,為了減小成型后收縮率可適當提高模具溫度;但另外一些資料中提到模具溫度高,收縮率增大。為什么同樣是提高模具溫度,結果卻不一樣呢?

答:上述問題中提到的兩種收縮其實是在不同階段發(fā)生的。先說第二種收縮,也就是說提高模具溫度導致收縮率增大,這是制件在頂出冷卻后的尺寸相對于模具尺寸的收縮,也就是你可以觀察到的收縮率。

第一種收縮是一種后收縮,即在制件剛頂出冷卻后的尺寸基礎上進一步的收縮,這通常是由半結晶聚合物的特性決定的。升高模具溫度有利于提高非完全結晶聚合物的結晶速度,完善其結晶程度,這樣模內(nèi)收縮增大,模后收縮減少。如果控制好,可通過增加注射壓力、注塑量和提高溫度來減少模內(nèi)收縮。這樣一來,升高模具溫度就可以減少制品總收縮。

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問:塑料制品的收縮率主要受哪些因素的影響?

答:塑料收縮率主要受材料本身的性質、成型工藝、制品本身結構、模具結構的影響。

成型工藝對塑料制品收縮率的影響如下:

(1)成型溫度不變,注射壓力增大,收縮率減小;

(2)保壓壓力增大,收縮率減小;

(3)熔體溫度提高,收縮率有所降低;

(4)模具溫度提高,收縮率增大;

(5)保壓時間增加,收縮率減小,但澆口封閉后不影響收縮率;

(6)模內(nèi)冷卻時間增加,收縮率減小;

(7)注射速度提高,收縮率略有增大傾向,但影響較小。

制品本身結構對收縮率的影響如下:

(1)厚壁制件比薄壁制件收縮率大,但大多數(shù)塑料1 mm薄壁制件反而比2 mm制件的收縮率大,這是由于熔體在模腔內(nèi)阻力增大的緣故;

(2)制件上帶嵌件比不帶嵌件的收縮率小;

(3)形狀復雜的制件比形狀簡單的制件收縮率要小;

(4)制件在高度方向上的收縮率一般比水平方向的收縮率小;

(5)細長制件在長度方向上的收縮率小;

(6)制件在長度方向上的收縮率比厚度方向的收縮率小。

模具結構對塑料制品收縮率的影響如下:

(1)澆口尺寸大,收縮率減小;

(2)垂直澆口方向上的收縮率小,平行澆口方向上的收縮率大;

(3)遠離澆口比近澆口的收縮率小。

材料本身的性質對制品收縮率的影響如下:

(1)結晶型塑料的收縮率大于無定形塑料;

(2)流動性好的塑料的收縮率較小;

(3)塑料中加入填料,收縮率明顯下降。

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2 擠出成型塑料制品的尺寸不穩(wěn)定性

問:相同含量的玻璃纖維、滑石粉和碳酸鈣填充聚丙烯,擠出成型時哪種材料的收縮率最小?

答:玻璃纖維是針狀,滑石粉是片狀,這兩種材料都是沿流動方向上的收縮小,但垂直于流動方向上的收縮大。碳酸鈣是球狀,各方向的收縮率較一致。具體到填充聚丙烯材料時,玻璃纖維填充聚丙烯的收縮率最小,碳酸鈣填充聚丙烯的收縮率最大,滑石粉填充聚丙烯的收縮率介于二者之間。

但是這樣的比較在實際生產(chǎn)中并沒有太大的意義。不同的填料對聚丙烯性能的影響方向不同,在某些方面的差異可能是南轅北轍,如玻璃纖維對聚丙烯的拉伸強度和彎曲模量的提升非常大;滑石粉對聚丙烯沖擊強度的影響要小于碳酸鈣。同時,不同牌號的填料對聚丙烯性能的影響也存在著很大的差異,如中堿玻璃纖維增強聚丙烯的性能要明顯低于無堿玻璃纖維,粒徑較小的滑石粉填充聚丙烯的性能明顯優(yōu)于粒徑較大的滑石粉。對于不同的填料,不同的牌號影響也是很大的,如粒徑較小的滑石粉填充聚丙烯的收縮率可能會高于粒徑較大的碳酸鈣。因此,研究收縮率還是對某一種填料進行比較為好。

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問:采用PVC料生產(chǎn)軟電線,外層塑料總要短一些,這是什么原因造成的?

答:可能的原因和解決方案如下:

(1)PVC料太軟,容易造成拉線后收縮,可適當提高PVC料的硬度;

(2)拉線工藝也很重要,如口模大小、是否抽真空等都會影響收縮率;

(3)考慮調(diào)整PVC料的外潤滑體系,塑料配方中外滑劑適當少添加一些;

(4)擠出電線后引取的張力不要太大;

(5)改進擠出工藝,導體預熱,盡可能使導體與塑料結合更緊一些;

(6)加入5份高嶺土;

(7)可能發(fā)生了擠出物脹大,橫向脹大,縱向收縮。提高口模溫度、降低擠出速率、添加填料等會有效改善收縮問題;

(8)電線機眼和模的搭配有問題;

(9)要注意內(nèi)模與外模之前的距離,太近了包不緊,自然會產(chǎn)生收縮。

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問:如何在2～3min內(nèi)消除PVC軟制品的收縮率?PVC的硬度在73左右,產(chǎn)品是透明軟板材,不能填充,現(xiàn)在產(chǎn)品的收縮率在0.7%左右。

答:可能的原因和解決方案如下:

(1)添加一些高剛性加工助劑,添加量控制在2%～5%左右,對透明度的影響很小;

(2)采用分段水槽,其中第一段的水溫要高些,第二段的水溫稍低一些。如果直接通入冷水里,勢必阻礙了其應力恢復;在前面加一段50～80℃的熱水,使其分子在自由狀態(tài)盡情回復,盡量減少拉伸取向,效果應該會好一些。

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