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        注塑工藝設定考慮的七個因素

        來源:塑料注塑成型機

        導讀: “一、收縮率熱塑性塑料成型收縮的形式及計算如前所述,影響熱塑性塑料成型收縮的因素如下:① 塑料品種熱塑性塑料成型過程中由于還存在結晶化形式的體積變化,內應力強,凍結在塑件內的殘余應力大,分子取向性等因 ...




        一、收縮率熱塑性塑料成型收縮的形式及計算如前所述,影響熱塑性塑料成型收縮的因素如下:


        ① 塑料品種
        熱塑性塑料成型過程中由于還存在結晶化形式的體積變化,內應力強,凍結在塑件內的殘余應力大,分子取向性等因素,因此與熱固性塑料相比則收縮率較大,收縮率范圍寬、方向性明顯,另外成型后的收縮、退火或調濕處理后的收縮率一般也都比熱固性塑料大。


        ② 塑件特性
        成型時熔融料與型腔表面接觸外層立即冷卻形成低密度的固態外殼。由于塑料的導熱性差,使塑料內層緩慢冷卻而形成收縮大的高密度固態層。所以壁厚、冷卻慢、高密度層厚的則收縮大。另外,有無嵌件及嵌件布局、數量都直接影響料流方向、密度分布及收縮阻力大小等,所以塑件的特性對收縮大小、方向性影響較大。


        ③ 進料口形式、尺寸、分布
        這些因素直接影響料流方向、分布密度、保壓補縮作用及成型時間。直接進料口、進料口截面大(尤其截面較厚的)則收縮小,但方向性大,進料口寬及長度短的則方向性小。距進料口近的或與料流方向平行的則收縮大。


        ④ 成型條件
        模具溫度高,熔融料冷卻慢、密度高、收縮大,尤其對晶體料則因結晶度高,體積變化大,故收縮更大。

        模溫分布與塑件內外冷卻及密度均勻性也有關,直接影響到各部分收縮量大小及方向性。另外,保持壓力及時間對收縮也影響較大,壓力大、時間長的則收縮小,但方向性大。

        注塑壓力高,熔融料黏度差小,層間剪切應力小,脫模后彈性回跳大,故收縮也可適量地減小,料溫高、收縮大,但方向性小。因此在成型時調整模溫、壓力、注塑速度及冷卻時間等諸因素也可適當改變塑料收縮情況。

        模具設計時根據各種塑料的收縮范圍,塑件壁厚、形狀、進料口形式尺寸及分布情況,按經驗確定塑件各部位的收縮率,再來計算型腔尺寸。

        對高精度塑件及難以掌握收縮率時,一般宜用如下方法設計模具:
        ①對塑件外徑取較小收縮率,內經取較大收縮率,以留有試模后修正的余地。

        ②試模確定澆注系統形式、尺寸及成型條件。

        ③要后處理的塑件徑后處理確定尺寸變化情況(測量時必須在脫模24h 以后)。

        ④按實際收縮情況修正模具。

        ⑤再試模并可適當地改變工藝條件,略微修正收縮值以滿足塑件要求。



        二、流動性
        熱塑性塑料流動性大小,一般可從分子量大小、熔融指數、阿基米德螺旋線流動長度、表觀黏度及流動比(流程長度/塑件壁厚)等一系列指數進行分析。

        分子量小,分子量分布寬,分子結構規整性差;熔融指數高、螺流動長度長、表觀黏度小,流動比大的則流動性就好。

        對同一品名的塑料必須檢查其說明書判斷其流動性是否適用于注塑成型。按模具設計要求大致可將常用塑料的流動性分為三類:

        ①流動性好PA、PE、PS、PP、CA、聚4 甲基戊烯。

        ②流動性中等聚苯乙烯系列數值(如ABS、AS)、PMMA、POM、聚苯醚。

        ③流動性差PC、硬PVC、聚苯醚、聚砜、聚芳砜、氟塑料。

        各種塑料的流動性也因各成型因素而變,主要影響的因素有如下幾點:

        ①溫度

        料溫度高則流動性增大,但不同塑料也各有差異,P S(尤其耐沖擊型及MFR 值較高的)、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較大。

        對PE、POM,則溫度增減對其流動性影響較小。所以前者在成型時宜調節溫度來控制流動性。

        ②壓力

        注塑壓力增大則熔融料受剪切作用大,流動性也增大,特別是PE、POM 較為敏感,所以成型時宜調節注塑機壓力來控制流動性。

        ③模具結構

        澆注系統的形式、尺寸、布置、冷卻系統設計、熔融料流動阻力(如型面光潔度、料道截面厚度、型腔形狀、排氣系統)等因素都直接影響到熔融料在型腔內的實際流動性,凡促使熔融料降低溫度,增加流動性阻力的則流動性就降低。

        模具設計時應根據所用塑料的流動性,選用合理的結構。成型時則也可控制料溫、模溫及注塑壓力、注塑速度等因素來適當地調節填充情況以滿足成型需要。


        三、結晶性
        熱塑性塑料按其冷凝時是否出現結晶現象可劃分為結晶型塑料與非結晶型(又稱無定形)塑料兩大類。

        所謂結晶現象即為塑料由熔融狀態到冷凝時,分子由自由移動(完全處于無次序狀態)變成停止自由運動,按略微固定的位置,并有使分子排列成為正規模型傾向的一種現象。

        作為判別這兩類塑料的外觀標準可視塑料的厚壁、塑件的透明性而定,一般結晶型塑料為不透明或半透明(如POM 等),無定形塑料為透明(如PMMA 等)。

        在模具設計及選擇注塑機時應注意對結晶型塑料有下列要求及注意事項。

        ①料溫上升到成型溫度所需的熱量多,要用塑化能力大的設備。

        ②冷卻回化時放出熱量大,要充分冷卻。

        ③熔融態與固態的密度差大,成型收縮大,易發生縮孔、氣孔。

        ④冷卻快,結晶度低,收縮小,透明度高。結晶度與塑件壁厚有關,壁厚則冷卻慢,結晶度高,收縮大,物性好。所以結晶型塑料應按要求必須控制模溫。

        ⑤各向異性顯著,內應力大。脫模后未結晶化的分子有繼續結晶化的傾向,處于能量不平衡狀態,易發生變形、翹曲。

        ⑥結晶化溫度范圍窄,易發生未熔料未注入模具或堵塞進料口。


        四、熱敏性塑料及易水解塑料
        熱敏性是指某些塑料對熱較為敏感,在高溫下受熱時間較長,或進料口截面過小,剪切作用大時,料溫增高易發生變色、降解、分解的傾向,具有這種特性的塑料稱為熱敏性塑料。

        如硬PVC、聚偏氯乙烯、醋酸乙烯共聚物、POM、聚三氟氯乙烯等。熱敏性塑料在分解時產生單體、氣體、固體等副產物,特別是有的分解氣體對人體、設備、模具都有刺激、腐蝕作用或毒性。

        因此,模具設計選擇注塑機及成型時都應注意,應選用螺桿式注塑機,澆注系統截面宜大,模具和料筒應鍍鉻,不得有滯料,必須嚴格控制成型溫度,也可在塑料中加入穩定劑,減弱其熱敏性能。

        有的塑料(如PC)即使含有少量水分,但在高溫、高壓下也會發生分解,這種性能稱為易水解性,對此必須預先加熱干燥。


        五、應力開裂及熔體破裂
        有的塑料對應力敏感,成型時易產生內應力并質脆易裂,塑件在外力作用下或在溶劑作用下即發生開裂現象。

        為此,除了在原料內加入添加劑提高抗開裂性外,對原料應注意干燥,合理地選擇成型條件,以減少內應力和增加抗裂性。

        并應選擇合理的塑件形狀,不宜設置嵌件等措施來盡量減少應力集中。

        模具設計時應增大脫模斜度,選用合理的進料口及頂出機構,成型時應適當地調節料溫、模溫、注塑壓力及冷卻時間,盡量避免塑件過與冷脆時脫模,成型后塑件還宜進行后處理提高抗開裂性,消除內應力并禁止與溶劑接觸。

        當一定流動速率的聚合物熔體,在恒溫下通過噴嘴孔時其流速超過某值后,熔體表面發生明顯橫向的裂紋稱為熔體破裂,有損塑件外觀及物性。

        故在選用熔體流動速率高的聚合物時,應增大噴嘴、澆道、進料口截面,減少注塑速度,提高料溫。


        六、熱性能及冷卻速度
        各種塑料有不同的比熱容、熱導率、熱變形溫度等熱性能。比熱容高的塑化時需要熱量大,應選用塑化能力大的注塑機。

        熱變形溫度高,塑料的冷卻時間短,脫模早,但脫模后要防止冷卻變形。

        熱導率低的塑料冷卻速度慢(如離子聚合物等冷卻速度極慢),故必須充分冷卻,要加強模具冷卻效果。熱澆道模具適用于比熱容低、導熱率高的塑料。比熱容大、導熱率低、熱變形溫度低、冷卻速度慢的塑料則不利于高速成型,必須選用適當的注塑機及加強模具冷卻。

        各種塑料按其種類特性及塑件形狀要求,必須保持適當的冷卻速度。所以模具必須按成型要求設置加熱和冷卻系統,以保持一定模溫。當模溫升高時應予以冷卻,以防止塑件脫模后變形,縮短成型周期,降低結晶度。

        當塑料余熱不足以使模具保持一定溫度時,則模具應設有加熱系統,使模具保持在一定溫度,以控制冷卻速度,保證流動性,改善填充條件,或用以控制塑件使其緩慢冷卻,防止厚壁塑件內外冷卻不均勻及提高結晶度等。

        對流動性好、成型面積大、料溫不均的則按塑件成型情況,有時需加熱或冷卻交替使用或局部加熱與冷卻并用。為此模具應設有相應的冷卻或加熱系統。


        七、吸濕性
        塑料中因有各種添加劑,使其對水分有不同的親疏程度
        所以塑料大致可分為吸濕、黏附水分及不吸水也不易黏附水分兩種,料中含水量必須控制在允許范圍內,否則在高溫、高壓下水分變成氣體或發生水解作用,使樹脂起泡、流動性下降、外觀及力學性能不良。所以吸濕性塑料必須按要求采用適當的加熱方法及規范進行預熱,在使用時防止再吸濕。


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