壹、收縮率
熱塑性塑料成型收縮的形式和計算如上所述,影響熱塑性塑料成型收縮的因素如下:
1.1塑料品種熱塑性塑料在成型過程中,還存在結晶引起的體積變化、內應力強、塑料件中凍結的殘余應力大、分子取向強等因素。,所以與熱固性塑料相比,收縮率更大,收縮率範圍廣,方向性明顯。此外,成型、退火或調濕處理後的收縮率壹般大於熱固性塑料。
1.2塑料零件的特性成型時,與型腔表面接觸的外層熔融材料立即冷卻,形成低密度的固體外殼。由於塑料導熱性差,塑料件內層冷卻緩慢,形成高密度固體層,收縮量大。所以壁厚、緩冷、高密度層厚度會大幅度收縮。另外,鑲件的有無、鑲件的布局和數量直接影響材料流動方向、密度分布和抗收縮能力,所以塑件的特性對收縮的大小和方向性有很大的影響。
1.3進料口的形式、大小和分布直接影響物料流向、密度分布、保壓和進料功能以及成型時間。直進氣道和大截面(尤其是厚截面)進氣道收縮小但方向性大,短寬長進氣道方向性小。靠近進料口或平行於物料流動方向,收縮率大。
1.4的成型條件是模具溫度高,熔融材料冷卻慢,密度高,收縮率大,尤其是結晶材料,由於其結晶度高,體積變化大,收縮率更大。模具溫度分布還與塑件的內外冷卻和密度均勻性有關,直接影響各部分的收縮率和方向性。此外,保壓壓力和時間對收縮率也有很大影響,壓力高、時間長時收縮率小但有方向性。註射壓力高,熔融材料粘度差小,層間剪切應力小,脫模後彈性回彈大,所以收縮率也可以適當降低,材料溫度高,收縮率大,但方向性小。因此,調整模具溫度、壓力、註射速度和冷卻時間也可以適當改變塑件的收縮率。
模具設計時,根據各種塑料的收縮範圍、塑件的壁厚和形狀、進料口的大小和分布,根據經驗確定塑件各部分的收縮率,然後計算型腔尺寸。對於高精度的塑料零件,收縮率很難掌握,壹般應采用以下方法設計模具:
(1)塑件外徑取較小的收縮率,內徑取較大的收縮率,以便試模後留有修正的余地。
(2)嘗試確定澆註系統的形式、尺寸和成型條件。
(3)待後處理的塑料件應進行後處理,以確定尺寸變化(必須在脫模後24小時後進行測量)。
④根據實際收縮量校正模具。
⑤重新試模,適當改變工藝條件,稍微修正收縮值,以滿足塑件要求。
第二,流動性
2.1熱塑性塑料的流動性壹般可以從分子量、熔融指數、阿基米德螺線流動長度、表觀粘度、流動比(流動長度/塑料件壁厚)等壹系列指標來分析。分子量小,分子量分布寬,分子結構規整性差,熔融指數高,螺桿流動長度長,表觀粘度低,流動比大,使同名塑料具有良好的流動性。對於同名塑料,必須核對規格,確定其流動性是否適合註塑。根據模具設計的要求,常用塑料的流動性大致可分為三類:
①流動性好的PA、PE、PS、PP、CA、聚(4)甲基苯乙烯;
(2)中等流動性的聚苯乙烯系列樹脂(如ABS、AS)、PMMA、POM、聚苯醚;
③流動性差的PC、硬PVC、聚苯醚、聚碸、聚芳碸、氟塑料。
2.2各種塑料的流動性也因各種成型因素而變化,主要影響因素如下:
①溫度越高,流動性越高,但不同的塑料也不同。PS(特別是耐沖擊性和MFR值高的)、PP、PA、PMMA、改性聚苯乙烯(如ABS、as)、PC、CA等塑料的流動性隨溫度變化很大。對於PE和POM,溫度的升高或降低對其流動性影響不大。所以前者要調節溫度,控制成型時的流動性。
②隨著註射壓力的增加,熔體會受到較大的剪切,流動性增加,尤其是PE和POM更為敏感,所以在成型時應調整註射壓力,控制其流動性。
③模具結構澆註系統的形式、尺寸、布局、冷卻系統設計,以及熔融材料的流動阻力(如模具表面的光滑程度、流道截面的厚度、型腔的形狀、排氣系統等)都直接影響著熔融材料在型腔中的實際流動性。如果熔融材料的溫度降低,流動阻力增加,流動性就會降低。模具設計要根據所用塑料的流動性,選擇合理的結構。在成型過程中,還可以控制材料溫度、模具溫度、註射壓力、註射速度等因素,以適當調整填充情況,滿足成型需要。
第三,結晶度
根據熱塑性塑料在冷凝過程中不會結晶的事實,可將其分為結晶塑料和無定形(也稱為非晶)塑料。
所謂結晶現象,就是分子從塑料的熔融狀態獨立運動到凝聚狀態,完全無序,變成分子停止自由運動並壓在稍固定的位置,有使分子排列成正常模式的趨勢。
作為判斷這兩種塑料外觀的標準,要看厚壁塑料件的透明度。壹般來說,結晶材料是不透明或半透明的(如POM),非晶材料是透明的(如PMMA)。但也有壹些例外,如聚(4)甲基苯乙烯是壹種透明性很高的結晶塑料,ABS是壹種非晶材料但不透明。
在設計模具和選擇註塑機時,要註意結晶塑料的以下要求和註意事項:
(1)物料溫度升至成型溫度所需熱量高,應使用塑化能力大的設備。
(2)冷卻回收時釋放大量熱量,要充分冷卻。
③熔融態和固態比重差大,成型收縮大,容易產生縮孔和疏松。
④冷卻快,結晶度低,收縮率小,透明度高。結晶度與塑件壁厚有關,壁厚冷卻慢,結晶度高,收縮大,物理性能好。因此,必須按要求控制結晶材料的模具溫度。
⑤各向異性顯著,內應力大。脫模後,未結晶的分子有繼續結晶的趨勢,處於能量不平衡狀態,容易變形翹曲。
⑥結晶溫度範圍窄,容易將未熔化的粉末註入模具或堵塞進料口。
第四,熱敏塑料和易水解塑料
4.1熱敏性是指某些塑料對熱敏感的傾向,在高溫下長時間加熱或入口截面過小、剪切作用大時,材料溫度升高,容易變色、降解、分解。具有這種特性的塑料被稱為熱敏塑料。例如硬PVC、聚偏二氯乙烯、醋酸乙烯* * *聚合物、POM、聚三氯乙烯等。熱敏塑料分解時會產生副產物,如單體、氣體、固體等。特別是壹些分解氣體對人體、設備和模具有刺激性、腐蝕性或毒性。因此,應註意模具設計、註塑機的選擇和成型。選用螺桿註塑機,澆註系統截面要大,模具和機筒要鍍鉻,不能有*角滯後。必須嚴格控制成型溫度,並在塑料中加入穩定劑以減弱其熱敏性。
4.2有些塑料(如PC)即使含有少量水分,在高溫高壓下也會分解。這種性質稱為水解性,必須預先加熱幹燥。
五、應力開裂和熔體破裂
5.1有些塑料對應力比較敏感,在成型過程中容易產生內應力且易碎易裂。塑料件在外力或溶劑的作用下會開裂。因此,除了在原料中加入添加劑提高抗裂性外,還應註意幹燥原料,合理選擇成型條件,以降低內應力,增加抗裂性。應選擇合理的塑件形狀,不得采取設置鑲件等措施,盡量減少應力集中。模具設計時,應加大脫模斜度,選擇合理的進、頂出機構,成型時適當調整材料溫度、模具溫度、註射壓力和冷卻時間,避免塑件過冷、過脆時脫模。成型後,塑料件還應進行後處理,以提高抗裂性,消除內應力,並禁止與溶劑接觸。
5.2當具有壹定熔體流動速率的聚合物熔體在恒溫下通過噴孔,且其流動速率超過壹定值時,熔體表面出現明顯的橫向裂紋稱為熔體破裂,對塑料件的外觀和物理性能不利。因此,在選擇高熔體流動速率的聚合物時,應增大噴嘴、流道和入口的截面,降低註射速度,提高進料溫度。
六、熱性能和冷卻速度
6.1各種塑料具有不同的比熱、導熱系數、熱變形溫度等熱性質。高比熱塑化需要大量的熱量,所以要選擇塑化能力大的註塑機。熱變形溫度高的塑料冷卻時間可以短,脫模可以早,但脫模後要防止冷卻變形。導熱系數低的塑料冷卻速度慢(如離子聚合物等。),所以必須充分冷卻,加強模具的冷卻效果。熱流道模具適用於低比熱、高導熱的塑料。比熱高、導熱系數低、熱變形溫度低、冷卻速度慢的塑料不利於高速成型,需要選擇合適的註塑機,加強模具冷卻。
6.2要求各種塑料根據其類型、特性和形狀保持適當的冷卻速度。因此,模具必須根據成型要求配備加熱和冷卻系統,以保持壹定的模具溫度。當材料溫度升高模具溫度時,應進行冷卻,防止塑件脫模後變形,縮短成型周期,降低結晶度。當塑料的余熱不足以使模具保持壹定溫度時,應在模具上安裝加熱系統,使模具保持壹定溫度,以控制冷卻速度,保證流動性,改善填充條件或控制塑件緩慢冷卻,防止厚壁塑件內外冷卻不均勻,提高結晶度。對於流動性好、成型面積大、材料溫度不均勻的,有時需要根據塑件的成型情況,交替使用加熱或冷卻或局部加熱和冷卻並用。因此,模具應配備相應的冷卻或加熱系統。
七、吸濕性
由於塑料中有各種添加劑,它們對水有不同程度的親和力,所以塑料大致可以分為吸濕、粘水和不吸水兩種,材料中的含水量必須控制在允許的範圍內,否則水在高溫高壓下會變成氣體或水解,使樹脂發泡,流動性降低,外觀和機械性能較差。因此,吸濕塑料必須按要求采用適當的加熱方法和規格進行預熱,以防止使用時再次吸濕。