成型收缩和尺寸稳定性专题

成型收缩和尺寸稳定性专题

编者按:随着塑料在精密仪器制造行业,特别是在电子、电器、仪表等行业中的广泛应用,对注射成型制品的尺寸精确性、尺寸随时间的变化等提出了更加严格的要求。塑料成型收缩率既是决定塑料制品尺寸精确性的主要因素,又是影响塑料制品表面精度的关键问题。因此,注射成型塑料制品的收缩问题已经引起人们的高度重视,尤其在精密注射成型过程中必须对塑料成型收缩率进行深入细致的研究。同时,在挤出成型过程中也存在尺寸不稳定的问题,尤其是电线电缆的挤出成型。论坛里面的很多坛友对注射成型塑料制品的成型收缩以及挤出成型塑料制品的尺寸不稳定性问题进行了深入的讨论,现将一部分帖子整理如下,供读者参考。我刊今后将不定期将“中塑互联,http:// bbs.ourp las.cn”上优秀的帖子整理刊发,敬请读者关注。

1 注射成型塑料制品的成型收缩

问:降低注射成型塑料制品的收缩率和防止其翘曲变形的方法主要有哪些?

答:注射成型塑料制品(简称注塑件)肯定会发生成型收缩,因为从成型温度降到室温的过程中,塑料的密度会发生变化,进而造成成型收缩。整个注塑件和剖面的收缩差异会造成内部残留应力,其效应与外力完全相同。假如残留应力高于注塑件结构的强度,注塑件就会在脱模后发生翘曲,或是受外力而产生破裂。

注塑件从成型温度降到室温,体积收缩率可以高达20%。当结晶材料和半结晶材料冷却到玻璃化转变温度以下,分子呈现比较规则的排列方式,并发生结晶,故而特别容易产生热收缩;无定形材料在发生相变化时并没有发生微结构变化,故而热收缩比较小。

翘曲是注塑件未按照设计的形状成型,发生了表面的扭曲,注塑件翘曲的成因在于不均匀收缩。

影响收缩率大小及翘曲的因素包括:

(1)注塑件内部温度不均匀;

(2)注塑件凝固时,沿着厚度方向的压力和冷却速率存在差异;

(3)注塑件尚未完全冷却就顶出,或是顶出销变形、脱模斜度不当;

(4)注塑件具有弯曲或不对称的几何形状;

(5)填料也会影响收缩率;

(6)流动方向和垂直于流动方向上分子链/纤维取向的差异造成不同的收缩率;

(7)保压压力的差异也会影响收缩率,例如浇口处过度保压,远离浇口处却保压不足。

(问题和解决方案来自“中塑互联,http://bbs. ourp las.cn”网友huasulong、zfn320、hzwzw等)

问:为什么测试收缩率时,平行流动方向上的收缩率要小于垂直流动方向上的收缩率呢?

答:平行于流动方向的熔体流动时受外力作用大,所以分子链排列紧密,后期收缩小;而垂直于流动方向的熔体流动时受力小、分子间隙大,后期冷却时分子链发生一定比例的重排,收缩大。具体的受力分析比较复杂,影响因素也是多种多样。

(问题和解决方案来自“中塑互联,http://bbs. ourp las.cn”网友王峰、hu8340、hapblue、yulihua等)

问:请教一下大家关于模具温度和收缩率的关系。有些书中提到模具温度约为80～105℃,为了减小成型后收缩率可适当提高模具温度;但另外一些资料中提到模具温度高,收缩率增大。为什么同样是提高模具温度,结果却不一样呢?

答:上述问题中提到的两种收缩其实是在不同阶段发生的。先说第二种收缩,也就是说提高模具温度导致收缩率增大,这是制件在顶出冷却后的尺寸相对于模具尺寸的收缩,也就是你可以观察到的收缩率。

第一种收缩是一种后收缩,即在制件刚顶出冷却后的尺寸基础上进一步的收缩,这通常是由半结晶聚合物的特性决定的。升高模具温度有利于提高非完全结晶聚合物的结晶速度,完善其结晶程度,这样模内收缩增大,模后收缩减少。如果控制好,可通过增加注射压力、注塑量和提高温度来减少模内收缩。这样一来,升高模具温度就可以减少制品总收缩。

(问题和解决方案来自“中塑互联,http://bbs. ourp las.cn”网友liusw u、w hd123321、leeken等)

问:塑料制品的收缩率主要受哪些因素的影响?

答:塑料收缩率主要受材料本身的性质、成型工艺、制品本身结构、模具结构的影响。

成型工艺对塑料制品收缩率的影响如下:

(1)成型温度不变,注射压力增大,收缩率减小;

(2)保压压力增大,收缩率减小;

(3)熔体温度提高,收缩率有所降低;

(4)模具温度提高,收缩率增大;

(5)保压时间增加,收缩率减小,但浇口封闭后不影响收缩率;

(6)模内冷却时间增加,收缩率减小;

(7)注射速度提高,收缩率略有增大倾向,但影响较小。

制品本身结构对收缩率的影响如下:

(1)厚壁制件比薄壁制件收缩率大,但大多数塑料1 mm薄壁制件反而比2 mm制件的收缩率大,这是由于熔体在模腔内阻力增大的缘故;

(2)制件上带嵌件比不带嵌件的收缩率小;

(3)形状复杂的制件比形状简单的制件收缩率要小;

(4)制件在高度方向上的收缩率一般比水平方向的收缩率小;

(5)细长制件在长度方向上的收缩率小;

(6)制件在长度方向上的收缩率比厚度方向的收缩率小。

模具结构对塑料制品收缩率的影响如下:

(1)浇口尺寸大,收缩率减小;

(2)垂直浇口方向上的收缩率小,平行浇口方向上的收缩率大;

(3)远离浇口比近浇口的收缩率小。

材料本身的性质对制品收缩率的影响如下:

(1)结晶型塑料的收缩率大于无定形塑料;

(2)流动性好的塑料的收缩率较小;

(3)塑料中加入填料,收缩率明显下降。

(问题和解决方案来自“中塑互联,http://bbs. ourp las.cn”网友rainman、lajoho、tomcat等)

2 挤出成型塑料制品的尺寸不稳定性

问:相同含量的玻璃纤维、滑石粉和碳酸钙填充聚丙烯,挤出成型时哪种材料的收缩率最小?

答:玻璃纤维是针状,滑石粉是片状,这两种材料都是沿流动方向上的收缩小,但垂直于流动方向上的收缩大。碳酸钙是球状,各方向的收缩率较一致。具体到填充聚丙烯材料时,玻璃纤维填充聚丙烯的收缩率最小,碳酸钙填充聚丙烯的收缩率最大,滑石粉填充聚丙烯的收缩率介于二者之间。

但是这样的比较在实际生产中并没有太大的意义。不同的填料对聚丙烯性能的影响方向不同,在某些方面的差异可能是南辕北辙,如玻璃纤维对聚丙烯的拉伸强度和弯曲模量的提升非常大;滑石粉对聚丙烯冲击强度的影响要小于碳酸钙。同时,不同牌号的填料对聚丙烯性能的影响也存在着很大的差异,如中碱玻璃纤维增强聚丙烯的性能要明显低于无碱玻璃纤维,粒径较小的滑石粉填充聚丙烯的性能明显优于粒径较大的滑石粉。对于不同的填料,不同的牌号影响也是很大的,如粒径较小的滑石粉填充聚丙烯的收缩率可能会高于粒径较大的碳酸钙。因此,研究收缩率还是对某一种填料进行比较为好。

(问题和解决方案来自“中塑互联,http://bbs. ourp las.cn”网友lcl404、hansonli、figogreat等)

问:采用PVC料生产软电线,外层塑料总要短一些,这是什么原因造成的?

答:可能的原因和解决方案如下:

(1)PVC料太软,容易造成拉线后收缩,可适当提高PVC料的硬度;

(2)拉线工艺也很重要,如口模大小、是否抽真空等都会影响收缩率;

(3)考虑调整PVC料的外润滑体系,塑料配方中外滑剂适当少添加一些;

(4)挤出电线后引取的张力不要太大;

(5)改进挤出工艺,导体预热,尽可能使导体与塑料结合更紧一些;

(6)加入5份高岭土;

(7)可能发生了挤出物胀大,横向胀大,纵向收缩。提高口模温度、降低挤出速率、添加填料等会有效改善收缩问题;

(8)电线机眼和模的搭配有问题;

(9)要注意内模与外模之前的距离,太近了包不紧,自然会产生收缩。

(问题和解决方案来自“中塑互联,http://bbs. ourp las.cn”网友hzwzw、zhouqiacai、chenxj等)

问:如何在2～3min内消除PVC软制品的收缩率?PVC的硬度在73左右,产品是透明软板材,不能填充,现在产品的收缩率在0.7%左右。

答:可能的原因和解决方案如下:

(1)添加一些高刚性加工助剂,添加量控制在2%～5%左右,对透明度的影响很小;

(2)采用分段水槽,其中第一段的水温要高些,第二段的水温稍低一些。如果直接通入冷水里,势必阻碍了其应力恢复;在前面加一段50～80℃的热水,使其分子在自由状态尽情回复,尽量减少拉伸取向,效果应该会好一些。

(问题和解决方案来自“中塑互联,http://bbs. ourp las.cn”网友阳光、gxb657325885、zfn320等)