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1、1 塑胶成型工艺 热塑性塑料成型 热塑性塑料品种每繁多 即使同一品种 也由于树脂分子及附加物配比不同而使其使 用及工艺特性也有所不同 另外 为了改变原 有品种的特性 常用共聚 交联等各种化学方 法在原有的树脂结构中导入一定百分比量的其 它单体或高分子等 以改变原有树脂的结构成 为具有新的改进物性和加工性的改性产品 例 如 ABS即为在聚苯乙烯分子中导入了丙烯 腈 丁二烯等第二和第三单体后成为改性共聚 物 可看作称改性聚苯乙烯 具有比 聚苯乙烯 优异综合性能 工艺特性 由于热塑性塑料品 种多 性能复杂 即使同一类的塑料也有仅供 注塑用和挤出用之分 故本章节主要介绍各种 注塑用的热塑性塑料 1 收
2、缩率 热塑性塑料成型收缩的形式及计算如前 所述 影响热塑性塑料成型收缩的因素如下 塑料品种热塑性塑料成型过程中由于还存在 结晶化形起的体积变化 内应力强 冻结在塑 2 件内的残余应力大 分子取向性强等因素 因 此与热固性塑料相比则收缩率较大 收缩率范 围宽 方向性明显 另外成型后的收缩 退火 或调湿处理后的收缩率一般也都比热固性塑 料大 塑件特性成型时熔融料与型腔表面接触外层 立即冷却形成低密度的固态外壳 由 于塑料的 导热性差 3 使塑件内层缓慢冷却而形成收缩 大的高密度固态层 所以壁厚 冷却 慢 高密 度层厚的则收缩大 另外 有无嵌件及嵌件布 局 数量都直接影响料流方向 密 度分布及收 缩
3、阻力大小等 所以塑件的特性对收缩大小 方向性影响较大 进料口形式 尺寸 分布这些因素直接影响 料流方向 密度分布 保压补缩作用及成型时 间 直接进料口 进料口截面大 尤其截面较 厚的 则收缩小但方向性大 进 料口宽及长度 短的则方向性小 距进料口近的或与料流方向 平行的则收缩大 成型条件模具温度高 熔融料冷却慢 密度 高 收缩大 尤其对结晶料则因结晶度高 体 积变化大 故收缩更大 模温分布与塑件内外 冷却及密度均匀性也有关 直接影 响到各部分 3 收缩量大小及方向性 另外 保持压力及时间 对收缩也影响较大 压力大 时 间长的则收缩 小但方向性大 注塑压力高 熔融料粘度差小 层间剪切应力小 脱模
4、后弹性回跳大 故收缩 也可适量的减小 料温高 收缩大 但方向性 小 因此在成型时调整模温 压力 注塑速度 及冷却时间等诸因素也可适当改变塑件收缩情 况 模具设计时根据各种塑料的收缩范围 塑 件壁厚 形状 进料口形式尺寸及分布情况 按经验确定塑件各部位的收缩率 再来计算型 腔尺寸 对高精度塑件及难以掌握收缩率时 一般宜用如下方法设计模具 对塑件外径取较小收缩率 内径取较 大收缩率 以留有试模后修正的余地 试模确定浇注系统形式 尺寸及成型 条件 要后处理的塑件经后处理确定尺寸变 化情况 测量时必须在脱模后24 小时以后 按实际收缩情况修正模具 再试模并可适当地改变工艺条件略微 修正收缩值以满足塑件
5、要求 4 2 流动性 热塑性塑料流动性大小 一般可从分子量 大小 熔融指数 阿基米德螺旋线流动长度 表现粘度及流动比 流程长度 塑件壁厚 等一 系列指数进行分析 分子量小 分子量 分布宽 分子结构规整性差 熔融指数高 螺流动长度 长 表现粘度小 流动比大的则流动性就好 对同一品名的塑料必须检查其说明书判断其流 动性是否适用于注塑成型 按模 具设计要求大 致可将常用塑料的流动性分为三类 流动性好 尼龙 聚乙烯 聚苯乙烯 聚丙烯 醋酸纤维素 聚 4 甲基戍烯 流动性中等 聚苯乙烯系列树脂 如 ABS AS 有机玻璃 聚甲醛 聚苯醚 流动性差 聚碳酸酯 硬聚氯乙烯 聚 苯醚 聚砜 聚芳砜 氟塑料 各
6、种塑料的流动性也因各成型因素而变 主 要影响的因素有如下几点 温度料温高则流动性增大 但不同塑 料也各有差异 聚苯乙烯 尤其耐冲击型及 MFR值较高的 聚丙烯 尼龙 有机玻璃 改性聚苯乙烯 如 ABS AS 聚碳酸酯 醋 酸 5 纤维素等塑料的流动性随温度变化较大 对聚 乙烯 聚甲醛 则温度增减对其流动性影响较 小 所以前者在成型时宜调节温度来控制流动 性 压力注塑压力增大则熔融料受剪切作 用大 流动性也增大 特别是聚乙烯 聚 甲醛 较为敏感 所以成型时宜调节注塑压力来控制 流动性 模具结构浇注系统的形式 尺寸 布 置 冷却系统设计 熔融料流动阻力 如 型面 光洁度 料道截面厚度 型腔形状 排
7、气系统 等因素都直接影响到熔融料在型腔内的实际 流动性 凡促使熔融料降低温度 增加流动性 阻力的则流动性就降低 模具设计时应根 据所用塑料的流动性 选用合理的结构 成型 时则也可控制料温 模温及注塑压力 注塑速 度等因素来适当地调节填充情况以满足成型需 要 3 结晶性 热塑性塑料按其冷凝时无出现结晶现象 可划分为结晶型塑料与非结晶型 又称无定 形 塑料两大类 6 所谓结晶现象即为塑料由熔融状态到冷凝 时 分子由独立移动 完全处于无次序状态 变成分子停止自由运动 按略微固定的位置 并有一个使分子排列成为正规模型的倾向的 一种现象 作为判别这两类塑料的外观标准可视塑料 的厚壁塑件的透明性而定 一般
8、结晶性料为不 透明或半透明 如聚甲醛等 无定形料为透 明 如有机玻璃等 但也有例外情况 如聚 4 甲基戍烯为结晶型塑料却有高透明性 ABS 为无定形料但却并不透明 在模具设计及选择注塑机时应注意对结晶 型塑料有下列要求及注意事项 料温上升到成型温度所需的热量多 要用塑化能力大的设备 冷却回化时放出热量大 要充分冷却 熔融态与固态的比重差大 成型收缩 大 易发生缩孔 气孔 冷却快 结晶度低 收缩小 透明度 高 结晶度与塑件壁厚有关 壁厚则冷却慢 结 晶度高 收缩大 物性好 所以结晶性料应按 要求必须控制模温 各向异性显著 内应力大 脱模后未 7 结晶化的分子有继续结晶化倾向 处于 能量不 平衡状
9、态 易发生变形 翘曲 结晶化温度范围窄 易发生未熔粉末 注入模具或堵塞进料口 4 热敏性塑料及易水解塑料 热敏性系指某些塑料对热较为敏感 在高 温下受热时间较长或进料口截面过小 剪切作 用大时 料温增高易发生变色 降解 分解的 倾向 具有这种特性的塑料称为热敏性塑料 如硬聚氯乙烯 聚偏氯乙烯 醋酸乙烯共聚物 聚甲醛 聚三氟氯乙烯等 热敏性塑料在分解 时产生单体 气体 固体等副产物 特别是有 的分解气体对人体 设备 模具都有刺激 腐 蚀作用或毒性 因此 模具设计 选择注塑机 及成型时都应注意 应选 用螺杆式注塑机 浇 注系统截面宜大 模具和料筒应镀铬 不得有 死角滞料 必须严格控制成型温度 塑料
10、中加 入稳定剂 减弱其热敏性能 有的塑料 如聚碳酸酯 即使含有少量水分 但在高温 高压下也会发生分解 这种性能称 为易水解性 对此必须预先加热干燥 5 应力开裂及熔体破裂 8 有的塑料对应力敏感 成型时易产生内应 力并质脆易裂 塑件在外力作用下或在溶剂作 用下即发生开裂现象 为此 除了在原料内加 入添加剂提高开抗裂性外 对原料应注意干 燥 合理的选择成型条件 以减少内应力和增 加抗裂性 并应选择合理的塑件形状 不宜设 置嵌件等措施来尽量减少应力集中 模具设计 时应增大脱模斜度 选用合理的进料口及顶出 机构 成型时应适当的调节料温 模温 注塑 压力及冷却时间 尽量避免塑件过于冷脆时脱 模 成型后
11、塑件还宜进行后处理提高抗开裂性 消除内应力并禁止与溶剂接触 当一定融熔体流动速率的聚合物熔体 在恒 温下通过喷嘴孔时其流速超过某值后 熔 体表 面发生明显横向裂纹称为熔体破裂 有损塑件 外观及物性 故在选用熔体流动速率高的聚合 物等 应增大喷嘴 浇道 进料口截面 减少 注塑速度 提高料温 6 热性能及冷却速度 各种塑料有不同比热 热传导率 热变形 温度等热性能 比热高的塑化时需要热量大 应选用塑化能力大的注塑机 热变形温度高塑 9 料的冷却时间可短 脱模早 但脱模后要防止 冷却变形 热传导率低的塑料冷却速度慢 如 离子聚合物等冷却速度极慢 故必须充分冷 却 要加强模具冷却效果 热浇道模具适用于
12、 比热低 热传导率高的塑料 比热大 热传 导 率低 热变形温度低 冷却速度慢的塑料则不 利于高速成型 必须选用适当的注塑机及加强 模具冷却 各种塑料按其种类特性及塑件形状 要求必 须保持适当的冷却速度 所以模具必须按成型 要求设置加热和冷却系统 以保持一定模温 当料温使模温升高时应予冷却 以防止塑件脱 模后变形 缩短成型周期 降低结晶度 当塑 料余热不足以使模具保持一定温度时 则模具 应设有加热系统 使模具保持在一定温度 以 控制冷却速度 保证流动性 改善填充条件或 用以控制塑件使其缓慢冷却 防止厚壁塑件内 外冷却不匀及提高结晶度等 对流动性好 成 型面积大 料温不匀的则按塑件成型情况有时 需
13、加热或冷却交替使用或局部加热与冷却并 用 为此模具应设有相应的冷却或加热系统 各种塑料成型时要求的模温及热性能见表 1 4 及表 1 5 10 7 吸湿性 塑料中因有各种添加剂 使其对水分有 不同的亲疏程度 所以塑料大致可分为吸湿 粘附水分及不吸水也不易粘附水分的两种 料 中含水量必须控制在允许范围内 不然在高 温 高压下水分变成气体或发生水解作用 使 树脂起泡 流动性下降 外观及力学性能不良 所以吸湿性塑料必须按要求采用适当的加热方 法及规范进行预热 在使用时还需用红外线辐 照以防止再吸湿 增强塑料成型 为了进一步改善热固性及热塑性塑料的 力学性能 常在塑料中加入玻璃纤维 简 称玻 纤 滑石
14、粉 云母 碳酸钙 高岭土 碳纤维 等作为增强材料 以树脂为母体及粘结剂而组 成新型复合材料 称为增强塑料 如环氧树脂 为母体树脂塑料的增强塑料又称为玻璃钢 由于塑料混用玻璃纤维的品种 长度 含 量等不同 其工艺性及物性也各不相同 下面 主要介绍模塑用的热固性增强塑料及注射用的 热塑性增强塑料 11 1 热固性增强塑料 热固性增强塑料是由树脂 增强材料 助剂等组成 其中树脂作为母体和粘结剂 它 要求有良好的流动性 适宜的固化速度 副产 物少 易调节粘度和良好的相溶性 并需满 足 塑件及成型要求 增强材料起骨架作用 其品 种规格繁多 但常用玻璃纤维 一般用量为 60 长度为 15 20 毫米 助剂
15、包括调节粘度 的稀释剂 用以改进玻纤与树脂的粘结 用 以调节树脂 纤维界面状态的玻纤表面处理剂 用以改进流动性 降低收缩 提高光泽度及耐 磨性等用的填料和着色剂等 由于选用的树脂 玻纤的品种规格 长度 直径 无碱或含碱 支数 股数 加捻或无捻 表面处理剂 玻 纤与树脂混制工艺 预混法或预浸法 塑料配 比等不同则其性能也各不相同 加工特性 流动性 增强料的流动性比一般压塑 料差 流动性过大时易产生树脂流失与玻纤分 头聚积 过小则成型压力及温度将显著提高 影响流动性的因素很多 要评定某种料的流动 性 必须按组成作具体分析 影响流动性的因 12 素 收缩率增强塑料的收缩率比一般压塑 料小 它主要由热
16、收缩及化学结构收缩组成 影响收缩的因素首先是塑料类种 一般酚醛比 环氧 环氧酚醛 不饱和聚酯等要大 其中不 饱和聚酯料收缩最小 其它影响收缩的因素是 塑件形状及壁厚 厚壁则收缩大 塑料中含填 料及玻纤量大则收缩小 挥发物含量大则收缩 也大 成型压力大 装料 量大则收缩小 热脱 模比冷脱模的收缩大 固化不足收缩大 当加 压时机及成型温度适当 固化充分而均匀时则 收缩小 同一塑件其不同部位的收缩也各不相 同 尤其对薄壁塑件更为突出 一般收缩率为 0 以 的居多 收缩大小还与模具结 构有关 总 之确定收缩率时应综合考虑各种因 素 压缩比 增强料的比容 压缩比都较一 般压塑料大 预混料则更大 因此在模具设计 时需取较大的装料室 另外向模内装料也较困 难 尤其预混料更为不便 但如采用料坯预成 型工艺则压缩比就可显著减小 装料量一般可预先估算 经试压后再 作调整 估算装料量的方法可由如下四种 13 计算法装料量可按公式 1 1 计 算 A V G 1 3 5 1 1 式中 A 装料量 克 V 塑件体积 厘米 3 G 所用塑料比重 克 厘米 3 3 5 物料挥发物 毛刺 等损耗量补偿值 形状简化计算
