热塑性塑料注射成型收缩率研究进展.pdf

毛明忠,等:热塑性塑料注射成型收缩率硏究进展
热塑性塑料注射成型收缩率硏究进展
毛明忠盛仲夷谢松桂周雪琴
(杭州鸿雁电器有限公司,杭州310023)
摘要介绍了塑料的收縮机理,从塑料种类、政性方法、模具结构、工艺条件等4个方面较为全面地分析了影响
塑籵成型收缩率的因素,最后总结了预测塑料成型收缩率的实验方法和计算机辅助エ程方法。
关键词热塑性塑料收缩率杌理影响因索预测
目前,在注塑模具的设计与制造中,对收缩率取值问题流动方向取向,同时大分子有恢复卷曲的趋势,因而在取向
的处理比较简单。模具设计者拿到注塑制品的图纸后,往往方向上发生收缩。
在塑料供应商所提供的收缩率波动范围内选取中间值,或者
4负收缩
选取图纸上所给的收缩率数值,然后对所有的尺寸按照选定
塑料有一定的可压缩性,在高压下,会因比容积减小而
的收缩率值一律进行放大,得到模具的成型尺寸。这就意味收缩。同时塑料还具有弹性恢复作用,当塑料制品从注射模
着无论塑料制品是什么形状、模具有几个浇凵及浇口的位置中脱出后,塑料制品体积因弹性恢复作用而使收缩减小。
在哪里,无论采取怎样的工艺条件,塑料制品上各点的收缩2影响塑料成型收缩率的因素
率都相同1。由于一般塑料制品的允许公差都较大,因2.1塑料种类
此,对此类模具的成功率没有影响。但对于大型塑料注射模
无定形聚合物如聚苯乙烯(PS)、(丙烯腈/丁二烯/苯乙
和精密塑料注射模来说,塑料的收缩波动成为影响尺寸精度烯)共聚物(ABS)、聚碳酸酯(PC)等的大分子链处于无序状
的主要因素,若模具设计人员选取的制品收缩率与实际情况态,如图1所示。在半结晶型聚合物中,晶区与非晶区互相
有较大偏差,那么即使模具的公差规定得非常严格,模具的穿插,同时存在,晶区中分子链互相平行排列形成规整的结
尺寸加工极其精确,由这副模具所成型的塑料制品也很难合构,如图2所示,品区的存在增加了聚合物的收缩率。结
格-8。合理选用和控制塑料成型收缩率,不但可以缔短模晶型聚合物包括聚丙烯(P)、尼龙(PA)、聚甲醛(POM)等。
具制造周期和减少模具制造成本,而且对制得精良的塑料件
也有重要意义。
影响塑料成型收缩率的因素很多,主要有塑料特性、注
塑工艺条件和模具结构三个方面。事实上,由于模具结构的
复杂性,使得塑料制品各处的成型收缩率都不相同。为了较
准确地预测成型收缩率,必须考虑模具成型结构对塑料制品
收缩率的影响,而模具成型结构是千变万化的,无法只依靠
图1无定形聚合物结构模型
对几种模具成型结构的实验数据拟合出各种模具成型结构
与塑料制品各处收缩率之间的定量关系。利用计算机对注
射成型过程进行数学模拟的研究日益增多,成为聚合物加工
科学中发展很快的前沿研究领域?。笔者介绍了近年来
在塑料收缩机理、塑料成型收缩率的影响因素和注射成型收
缩率的预測等方面的研究现状。
1塑料的收缩机理-1
1.1热收缩
图2半结晶型聚合物结构模型
高温塑料熔体在注射模内冷却成型时,塑料遵循热胀冷2.2塑料改性方法
缩的物理规律,因此产生的收缩称为热收缩。
碳酸钙、滑石粉、云母粉、玻璃纤维(CF)等填料或增强
1.2结晶收缩
材料"3-?ー方面本身的收缩率小,从材料构成上降低了P
结晶型塑料熔体在注射成型的冷却过程中会产生结晶。的收缔性;另一方面在成型时能限制PP的收缩,特别是P
结晶将使聚合物大分子之间由完全无序状态变为互相平行在CF纵向的收缩受到较大限制,使材料在平行于纤维方向
排列的规整结构,因此塑料件的体积将会产生收缩。
的收缩率小于垂直于纤维方向的收缩率。
取向收缩
塑料熔体在一定压力和速度下注入模腔时,大分子会沿
收稿日期:2010-07-02
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工程塑料应用
2010年,第38卷,第9期
A.J. Pontes s等?研究了CF对PP流动方向和垂直流动分子取向结构的松弛程度增加收缩增加;嫆体温度高,熔体
方向成型收缩率的影响。结果表明,GF的加入增加了材料带入模腔的热量多,结晶型材料停留在高结晶速率温度范国
的各向异性,当GF的体积分数为25%时,流动方向的成型内的时间长,结晶较为充分,结晶度提高,收缩増加。另一方
收缩率从纯P的1.3%减小到0.2%,而垂直于流动方向的面,熔体温度升高则熔体粘度减小,传递到模腔内的压力提
成型收缩率变化不大。
高,熔体密度增加;同时浇口处熔体温度的提高延长了浇口
赵文聘等在PP中添加(乙烯/辛烯)共聚物(POE)、冻结所需要的时间,有利于补料,从而降低收缩-2,2-3。
(乙烯/丙烯/二烯)共聚物(EPDM)等热塑性弹性体,降低了由上述分析可知,熔体温度对于成型收缩率的影珦取决于热
PP的结晶度,进而减小了材料的成型收缩率。
收缩、结晶收缩、取向收缩和保压补缩的相互关系,如果前面
S. Shigeru等”研究了多种有机颜料对P2和高密度聚三种收缩的影响比较大,塑料件最终表现出的收缩率将随着
乙烯(HDPE)成型收缩率的影响。结果表明,结品温度越熔体的温度升高而增大;相反,保压补缩作用较大时,收缩率
高,结品速率越大,材料的成型收缩率越大,他们认为这是山将会随着温度升高而减小。
于有机颜料起到成核剂的作用。林诗钦0的研究成果也证
徐亚君等到研究了熔体温度对共聚P成型收缩率的
实了有机颜料的核剂效应及核剂效应与成型收缩率存在明影响,发现随着温度升高,制品收缩率减小;但当熔体温度升
显的关系。
高到一定值后,热收缩、结晶收缩和取向收缩受温度的影响
K. Prasharutha等l)研究了多壁碳纳米管对PP成型收较大,与保压过程对收缩的影响基本抵消,塑料制品的收缩
缩和翘曲的影响。结果表明,添加质量分数为2%的碳纳米率变化不明显。杨其等研究了熔体温度对ABS、聚对
管能明显降低PP的成型收缩率和翘曲,相对于纯PP、前者苯二甲酸丁二酯(PBT)成型收缩率的影响,发现当熔体温度
的成型收缩率(流动方向)减小了48%,翘曲减小了超过升高到一定值后,材料的成型收缩率有回升的趋势。
55%。
(2)模具温度
2.3模具结构
铰高的模其温度使得浇口冻结时间延长,而注塑压力和
1)塑料糾品结构
保压压力的影响能够増强,补缩作用和负收缩量均会增大。
塑料制品的形状、尺寸、壁厚、有无嵌件、嵌件数量及其浇门冻结后,非结晶型聚合物将产生热收缩,收缩的大小取
分布对收缩率有较大的影响。一般来说,塑料制品的形状复决于模具温度高低。对结晶型聚合物来说,模具温度主要是
杂、尺寸较小、壁薄、有嵌件、嵌件数量多且对称分布,其收缩通过结晶度对收缩率产生影响。模具温度高,熔体冷却慢
率较小。
分子有更多的松弛时间,结晶焰于完全,结晶度高,使收缩率
(2)嵌件设计
加大。
注期制品中的金属嵌件使制品在脱模前一直处于非自
冉茂杰的研究表明,在模具温度较低时,ABS树脂的
由收缩状态,对注塑制品的收缩有阻碍作用,存在模内限定热收缩居于次要地位,因而随着模具温度的升高,塑料制品
效应,而且嵌件本身的温度也较低。因此,在注射成型过程的成型收缩率减小;而在较高的模具温度下,热收缩成为主
中,有嵌件的制品比一般塑料制品的收缩率小。另外,如果要影响因素,此时,随着模具温度的提高,塑料件的成型收缩
设计形状过于复杂或尺寸过大的嵌件,还会造成整个塑料制率増大。S.Han等的研究表明,提高模