塑膠成型工藝
塑膠成型工藝 ※　熱塑性塑料成型 　　熱塑性塑料品種每繁多，即使同一品種也由于樹(shù)脂分子及附加物配比不同而使其 使 用及工藝特性也有所不同。另外，為了改變?cè)衅贩N的特性，常用共聚、交聯(lián)等各種化 學(xué) 方法在原有的樹(shù)脂結(jié)構(gòu)中導(dǎo)入一定百分比量的其它單體或高分子等，以改變?cè)?有樹(shù)脂的結(jié)構(gòu)成為具有新的改進(jìn)物性和加工性的改性產(chǎn)品。例如，ABS即為在聚苯乙烯分 子 中導(dǎo)入了丙烯腈、丁二烯等第二和第三單體后成為改性共聚物，可看作稱改性聚苯乙烯 ，具有比 聚苯乙烯優(yōu)異綜合性能，工藝特性。由于熱塑性塑料品種多、性能復(fù)雜，即使同一類的 塑料 也有僅供注塑用和擠出用之分，故本章節(jié)主要介紹各種注塑用的熱塑性塑料。 1、收縮率 　　熱塑性塑料成型收縮的形式及計(jì)算如前所述，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成型過(guò)程中由于還存在結(jié)晶化形起的體積變化，內(nèi)應(yīng)力強(qiáng)， 凍結(jié)在塑件內(nèi)的殘余應(yīng)力大，分子取向性強(qiáng)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(diào)濕處理后的收縮率一般也都 比熱 固性塑料大。 　1.2塑件特性成型時(shí)熔融料與型腔表面接觸外層立即冷卻形成低密度的固態(tài)外殼。由 于塑料的導(dǎo)熱性差，使塑件內(nèi)層緩慢冷卻而形成收縮大的高密度固態(tài)層。所以壁厚、冷 卻 慢、高密度層厚的則收縮大。另外，有無(wú)嵌件及嵌件布局、數(shù)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(duì)收縮大小、方向性影響較大。 　1.3進(jìn)料口形式、尺寸、分布這些因素直接影響料流方向、密度分布、保壓補(bǔ)縮作 用及成型時(shí)間。直接進(jìn)料口、進(jìn)料口截面大（尤其截面較厚的）則收縮小但方向性大， 進(jìn) 料口寬及長(zhǎng)度短的則方向性小。距進(jìn)料口近的或與料流方向平行的則收縮大。 　1.4成型條件模具溫度高，熔融料冷卻慢、密度高、收縮大，尤其對(duì)結(jié)晶料則因結(jié)晶 度高，體積變化大，故收縮更大。模溫分布與塑件內(nèi)外冷卻及密度均勻性也有關(guān)，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(shí)間對(duì)收縮也影響較大，壓力大、 時(shí) 間長(zhǎng)的則收縮小但方向性大。注塑壓力高，熔融料粘度差小，層間剪切應(yīng)力小，脫模后 彈性 回跳大，故收縮也可適量的減小，料溫高、收縮大，但方向性小。因此在成型時(shí)調(diào)整模 溫、 壓力、注塑速度及冷卻時(shí)間等諸因素也可適當(dāng)改變塑件收縮情況。 　　模具設(shè)計(jì)時(shí)根據(jù)各種塑料的收縮范圍，塑件壁厚、形狀，進(jìn)料口形式尺寸及分布 情況，按經(jīng)驗(yàn)確定塑件各部位的收縮率，再來(lái)計(jì)算型腔尺寸。對(duì)高精度塑件及難以掌握 收 縮率時(shí)，一般宜用如下方法設(shè)計(jì)模具： 　　　①對(duì)塑件外徑取較小收縮率，內(nèi)徑取較大收縮率，以留有試模后修正的余地。 　　?、谠嚹４_定澆注系統(tǒng)形式、尺寸及成型條件。 　　?、垡筇幚淼乃芗?jīng)后處理確定尺寸變化情況（測(cè)量時(shí)必須在脫模后24小時(shí)以后） 。 　　?、馨磳?shí)際收縮情況修正模具。 　　?、菰僭嚹２⒖蛇m當(dāng)?shù)馗淖児に嚄l件略微修正收縮值以滿足塑件要求。 2、流動(dòng)性 　2.1熱塑性塑料流動(dòng)性大小，一般可從分子量大小、熔融指數(shù)、阿基米德螺旋線流 動(dòng)長(zhǎng) 度、表現(xiàn)粘度及流動(dòng)比（流程長(zhǎng)度/塑件壁厚）等一系列指數(shù)進(jìn)行分析。分子量小，分子 量 分布寬，分子結(jié)構(gòu)規(guī)整性差，熔融指數(shù)高、螺流動(dòng)長(zhǎng)度長(zhǎng)、表現(xiàn)粘度小，流動(dòng)比大的則 流 動(dòng)性就好，對(duì)同一品名的塑料必須檢查其說(shuō)明書判斷其流動(dòng)性是否適用于注塑成型。按 模 具設(shè)計(jì)要求大致可將常用塑料的流動(dòng)性分為三類： 　　　①流動(dòng)性好 尼龍、聚乙烯、聚苯乙烯、聚丙烯、醋酸纖維素、聚（4）甲基戍烯； 　　　②流動(dòng)性中等 聚苯乙烯系列樹(shù)脂（如ABS、AS）、有機(jī)玻璃、聚甲醛、聚苯醚； 　　　③流動(dòng)性差 聚碳酸酯、硬聚氯乙烯、聚苯醚、聚砜、聚芳砜、氟塑料。 　2.2各種塑料的流動(dòng)性也因各成型因素而變，主要影響的因素有如下幾點(diǎn)： 　　?、贉囟攘蠝馗邉t流動(dòng)性增大，但不同塑料也各有差異，聚苯乙烯（尤其耐沖擊 型及MFR值較高的）、聚丙烯、尼龍、有機(jī)玻璃、改性聚苯乙烯（如ABS、AS）、聚碳酸 酯、醋 酸纖維素等塑料的流動(dòng)性隨溫度變化較大。對(duì)聚乙烯、聚甲醛、則溫度增減對(duì)其流動(dòng)性 影響 較小。所以前者在成型時(shí)宜調(diào)節(jié)溫度來(lái)控制流動(dòng)性。 　　?、趬毫ψ⑺軌毫υ龃髣t熔融料受剪切作用大，流動(dòng)性也增大，特別是聚乙烯、聚 甲醛較為敏感，所以成型時(shí)宜調(diào)節(jié)注塑壓力來(lái)控制流動(dòng)性。 　　　③模具結(jié)構(gòu)澆注系統(tǒng)的形式，尺寸，布置，冷卻系統(tǒng)設(shè)計(jì)，熔融料流動(dòng)阻力（如 型面光潔度，料道截面厚度，型腔形狀，排氣系統(tǒng)）等因素都直接影響到熔融料在型腔 內(nèi)的 實(shí)際流動(dòng)性，凡促使熔融料降低溫度，增加流動(dòng)性阻力的則流動(dòng)性就降低。　　模具設(shè) 計(jì)時(shí)應(yīng)根據(jù)所用塑料的流動(dòng)性，選用合理的結(jié)構(gòu)。成型時(shí)則也可控制料溫，模溫及注塑 壓力、注塑速度等因素來(lái)適當(dāng)?shù)卣{(diào)節(jié)填充情況以滿足成型需要。 3、結(jié)晶性 　　熱塑性塑料按其冷凝時(shí)無(wú)出現(xiàn)結(jié)晶現(xiàn)象可劃分為結(jié)晶型塑料與非結(jié)晶型（又稱無(wú) 定形）塑料兩大類。 　　所謂結(jié)晶現(xiàn)象即為塑料由熔融狀態(tài)到冷凝時(shí)，分子由獨(dú)立移動(dòng)，完全處于無(wú)次序 狀態(tài)，變成分子停止自由運(yùn)動(dòng)，按略微固定的位置，并有一個(gè)使分子排列成為正規(guī)模型 的 傾向的一種現(xiàn)象。 　　作為判別這兩類塑料的外觀標(biāo)準(zhǔn)可視塑料的厚壁塑件的透明性而定，一般結(jié)晶性 料為不透明或半透明（如聚甲醛等），無(wú)定形料為透明（如有機(jī)玻璃等）。但也有例外 情 況，如聚(4)甲基戍烯為結(jié)晶型塑料卻有高透明性，ABS為無(wú)定形料但卻并不透明。 　　在模具設(shè)計(jì)及選擇注塑機(jī)時(shí)應(yīng)注意對(duì)結(jié)晶型塑料有下列要求及注意事項(xiàng)： 　　?、倭蠝厣仙匠尚蜏囟人璧臒崃慷?，要用塑化能力大的設(shè)備。 　　?、诶鋮s回化時(shí)放出熱量大，要充分冷卻。 　　?、廴廴趹B(tài)與固態(tài)的比重差大，成型收縮大，易發(fā)生縮孔、氣孔。 　　?、芾鋮s快，結(jié)晶度低，收縮小，透明度高。結(jié)晶度與塑件壁厚有關(guān)，壁厚則冷卻慢 ， 結(jié)晶度高，收縮大，物性好。所以結(jié)晶性料應(yīng)按要求必須控制模溫。 　　?、莞飨虍愋燥@著，內(nèi)應(yīng)力大。脫模后未結(jié)晶化的分子有繼續(xù)結(jié)晶化傾向，處于 能量不平衡狀態(tài)，易發(fā)生變形、翹曲。 　　?、藿Y(jié)晶化溫度范圍窄，易發(fā)生未熔粉末注入模具或堵塞進(jìn)料口。 4、熱敏性塑料及易水解塑料 　4.1熱敏性系指某些塑料對(duì)熱較為敏感，在高溫下受熱時(shí)間較長(zhǎng)或進(jìn)料口截面 過(guò)小，剪切作用大時(shí)，料溫增高易發(fā)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。 熱敏性塑料在分解時(shí)產(chǎn)生單體、氣體、固體等副產(chǎn)物，特別是有的分解氣體對(duì)人體、設(shè) 備、 模具都有刺激、腐蝕作用或毒性。因此，模具設(shè)計(jì)、選擇注塑機(jī)及成型時(shí)都應(yīng)注意，應(yīng) 選 用螺桿式注塑機(jī)，澆注系統(tǒng)截面宜大，模具和料筒應(yīng)鍍鉻，不得有死角滯料，必須嚴(yán)格 控 制成型溫度、塑料中加入穩(wěn)定劑，減弱其熱敏性能。 　4.2有的塑料（如聚碳酸酯）即使含有少量水分，但在高溫、高壓下也會(huì)發(fā)生分解， 這種性能稱為易水解性，對(duì)此必須預(yù)先加熱干燥。 5、應(yīng)力開(kāi)裂及熔體破裂 　5.1有的塑料對(duì)應(yīng)力敏感，成型時(shí)易產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力并質(zhì)脆易裂，塑件在外力作用下或 在溶劑作用下即發(fā)生開(kāi)裂現(xiàn)象。為此，除了在原料內(nèi)加入添加劑提高開(kāi)抗裂性外，對(duì)原 料應(yīng) 注意干燥，合理的選擇成型條件，以減少內(nèi)應(yīng)力和增加抗裂性。并應(yīng)選擇合理的塑件形 狀， 不宜設(shè)置嵌件等措施來(lái)盡量減少應(yīng)力集中。模具設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)增大脫模斜度，選用合理的進(jìn) 料口及頂 出機(jī)構(gòu)，成型時(shí)應(yīng)適當(dāng)?shù)恼{(diào)節(jié)料溫、模溫、注塑壓力及冷卻時(shí)間，盡量避免塑件過(guò)于冷 脆 時(shí)脫模，成型后塑件還宜進(jìn)行后處理提高抗開(kāi)裂性，消除內(nèi)應(yīng)力并禁止與溶劑接觸。 　5.2當(dāng)一定融熔體流動(dòng)速率的聚合物熔體，在恒溫下通過(guò)噴嘴孔時(shí)其流速超過(guò)某值后， 熔 體表面發(fā)生明顯橫向裂紋稱為熔體破裂，有損塑件外觀及物性。故在選用熔體流動(dòng)速率 高的聚 合物等，應(yīng)增大噴嘴、澆道、進(jìn)料口截面，減少注塑速度，提高料溫。 6、熱性能及冷卻速度 　6.1各種塑料有不同比熱、熱傳導(dǎo)率、熱變形溫度等熱性能。比熱高的塑化時(shí)需要 熱量大，應(yīng)選用塑化能力大的注塑機(jī)。熱變形溫度高塑料的冷卻時(shí)間可短，脫模早，但 脫模后 要防止冷卻變形。熱傳導(dǎo)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(qiáng)模具冷卻效果。熱澆道模具適用于比熱低，熱傳導(dǎo)率高的塑料。比熱大、熱 傳 導(dǎo)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(dāng)?shù)淖⑺軝C(jī) 及加 強(qiáng)模具冷卻。 　6.2各種塑料按其種類特性及塑件形狀，要求必須保持適當(dāng)?shù)睦鋮s速度。所以模具 必須按成型要求設(shè)置加熱和冷卻系統(tǒng)，以保持一定模溫。當(dāng)料溫使模溫升高時(shí)應(yīng)予冷卻 ， 以防止塑件脫模后變形，縮短成型周期，降低結(jié)晶度。當(dāng)塑料余熱不足以使模具保持一 定 溫度時(shí)，則模具應(yīng)設(shè)有加熱系統(tǒng)，使模具保持在一定溫度，以控制冷卻速度，保證流動(dòng) 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(nèi)外冷卻不勻及提高結(jié)晶度 等。 對(duì)流動(dòng)性好，成型面積大、料溫不勻的則按塑件成型情況有時(shí)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(yīng)設(shè)有相應(yīng)的冷卻或加熱系統(tǒng)。各種塑料成型時(shí)要求的模 溫 及熱性能見(jiàn)表1-4及表1-5。 7、吸濕性 　　塑料中因有各種添加劑，使其對(duì)水分有不同的親疏程度，所以塑料大致可分為 吸濕、粘附水分及不吸水也不易粘附水分的兩種，料中含水量必須控制在允許范圍內(nèi)， 不 然在高溫、高壓下水分變成氣體或發(fā)生水解作用，使樹(shù)脂起泡、流動(dòng)性下降、外觀及力 學(xué) 性能不良。所以吸濕性塑料必須按要求采用適當(dāng)?shù)募訜岱椒耙?guī)范進(jìn)行預(yù)熱，在使用時(shí) 還 需用紅外線輻照以防止再吸濕。 ※　增強(qiáng)塑料成型 　　為了進(jìn)一步改善熱固性及熱塑性塑料的力學(xué)性能。常在塑料中加入玻璃纖維(簡(jiǎn) 稱玻纖)，滑石粉、云母、碳酸鈣、高嶺土、碳纖維等作為增強(qiáng)材料，以樹(shù)脂為母體及 粘結(jié)劑而組成新型復(fù)合材料，稱為增強(qiáng)塑料（如環(huán)氧樹(shù)脂為母體樹(shù)脂 塑料的增強(qiáng)塑料又稱為玻璃鋼）。 　　由于塑料混用玻璃纖維的品種、長(zhǎng)度、含量等不同，其工藝性及物性也各 不相同。下面主要介紹模塑用的熱固性增強(qiáng)塑料及注射用的熱塑性增強(qiáng)塑料。 1、熱固性增強(qiáng)塑料 　　熱固性增強(qiáng)塑料是由樹(shù)脂、增強(qiáng)材料、助劑等組成。其中樹(shù)脂作為母體和粘結(jié)劑 ，它 要求有良好的流動(dòng)性、適宜的固化速度、副產(chǎn)物少，易調(diào)節(jié)粘度和良好的相溶性，并需 滿 足塑件及成型要求。增強(qiáng)材料起骨架作用，其品種規(guī)格繁多，但常用玻璃纖維，一般用 量為 60%、長(zhǎng)度為15～20毫米。助劑包括調(diào)節(jié)粘度的稀釋劑（用以改進(jìn)玻纖與樹(shù)脂的粘結(jié)）、 用以調(diào)節(jié)樹(shù)脂- 纖維界面狀態(tài)的玻纖表面處理劑、用以改進(jìn)流動(dòng)性，降低收縮，提高光澤 度及耐磨性等用的填料和著色劑等。由于選用的樹(shù)脂，玻纖的品種規(guī)格（長(zhǎng)度、直徑， 無(wú)堿或含堿，支數(shù)，股數(shù)，加捻或無(wú)捻），表面處理劑，玻纖與樹(shù)脂混制工藝（預(yù)混法 或 預(yù)浸法，塑料配比等不同則其性能也各不相同。 　　1.1加工特性 　　?、帕鲃?dòng)性 增強(qiáng)料的流動(dòng)性比一般壓塑料差，流動(dòng)性過(guò)大時(shí)易產(chǎn)生樹(shù)脂流失與玻 纖分頭聚積。過(guò)小則成型壓力及溫度將顯著提高。影響流動(dòng)性的因素很多，要評(píng)定某種 料 的流動(dòng)性，必須按組成作具體分析。影響流動(dòng)性的因素 　　?、剖湛s率增強(qiáng)塑料的收縮率比一般壓塑料小，它主要由 熱收縮及化學(xué)結(jié)構(gòu)收縮 組成。影響收縮的因素首先是塑料類種。一般酚醛比環(huán)氧、環(huán)氧酚醛、不飽和聚酯等 要大，其中不飽和聚酯料收縮最小。其它影響收縮的因素是塑件形狀及壁厚，厚壁則收 縮 大，塑料中含填料及玻纖量大則收縮小，揮發(fā)物含量大則收縮也大，成型壓力大，裝料 量大則收縮小，熱脫模比冷脫模的收縮大，固化不足收縮大，當(dāng)加壓時(shí)機(jī)及成型溫度適 當(dāng)， 固化充分而均勻時(shí)則收縮小。同一塑件其不同部位的收縮也各不相同，尤其對(duì)薄壁塑件 更 為突出。一般收縮率為0～0.3%，以0.1%～0.2%的居多，收縮大小還與模具結(jié)構(gòu)有關(guān)，總 之確定收縮率時(shí)應(yīng)綜合考慮各種因素。 　　?、菈嚎s比 增強(qiáng)料的比容，壓縮比都較一般壓塑料大，預(yù)混料則更大，因此在模 具設(shè)計(jì)時(shí)需取較大的裝料室，另外向模內(nèi)裝料也較困難，尤其預(yù)混料更為不便，但如采 用 料坯預(yù)成型工藝則壓縮比就可顯著減小。 　　　　裝料量一般可預(yù)先估算，經(jīng)試壓后再作調(diào)整。估算裝料量的方法可由如下四種 ： 　　　　?、儆?jì)算法裝料量可按公式（1-1）計(jì)算： 　　　　　　　A = V × G[1+(3%～5%)] （1-1） 　　　　　　式中:A--裝料量（克）； 　　　　　　　　V--塑件體積（厘米3）； 　　　　　　　　G--所用塑料比重（克/厘米3）； 　...
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