塑料注射制品緣何總愛(ài)變形
http://www.sxbltgs.net 時(shí)間:2015年2月28日 關(guān)注數(shù):645 次 |
摘要：根據(jù)塑料中樹(shù)脂的分子結(jié)構(gòu)，塑料可分為兩大類：結(jié)晶型塑料和非結(jié)晶型(也叫無(wú)定型)塑料。結(jié)晶型塑料和非結(jié)晶型塑料的主要區(qū)別在于從熔融狀態(tài)到冷凝時(shí)，樹(shù)脂分子能否形成某種程度的規(guī)整排列。如果能形成某種程度的規(guī)整排列，稱其為結(jié)晶型，反之稱其為非結(jié)晶型所示。
結(jié)晶型塑料與非結(jié)晶型塑料不但力學(xué)性能有顯著差異，而且在從粘流態(tài)轉(zhuǎn)變到玻璃態(tài)時(shí)它們的收縮率相差很大，結(jié)晶型塑料的收縮率通常是非結(jié)晶型塑料收縮率
的210倍。同時(shí)，對(duì)結(jié)晶型塑料來(lái)講，如果冷卻時(shí)各部分的冷卻速度不一致，也會(huì)造成制品內(nèi)各部分的結(jié)晶度有差異，結(jié)晶度的差異就會(huì)在制品內(nèi)產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力，從
而引起制品的變形甚至開(kāi)裂。因此，對(duì)結(jié)晶型塑料而言，模具的冷卻系統(tǒng)設(shè)計(jì)是關(guān)系到制品變形程度的重要方面。
原料中除了樹(shù)脂之外， 通常還會(huì)加入某些填料以改善塑料的力學(xué)、電學(xué)、光學(xué)和熱學(xué)等性能，這些填料在注射成形時(shí)由于剪切流動(dòng)會(huì)形成分子取向，用Moldflow軟件分析給出的纖 維取向分布。取向會(huì)使制品在不同方向上的收縮率產(chǎn)生明顯差異。例如，對(duì)30玻纖增強(qiáng)的PA66，其收縮率在流動(dòng)方向上為0.4，而在與流動(dòng)方向垂直的方向 上為1.1，不同方向收縮率的差異使制品內(nèi)部產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力。因此，對(duì)玻纖增強(qiáng)塑料制品來(lái)講，填料的非均勻取向往往是導(dǎo)致制品變形的主要原因。生產(chǎn)實(shí)踐中,為 了改善或消除由此產(chǎn)生的制品變形，人們通常采用改變澆口位置和調(diào)整注射速度等措施。
可看出影響注射制品變形有5大因素，分別為：成形原料、成形方法、制品設(shè)計(jì)、模具設(shè)計(jì)及注射成形工藝條件。
成形原料
成形原料對(duì)制品變形的影響主要是指原料中樹(shù)脂的分子結(jié)構(gòu)及填料的種類等。
成形方法
目前，在傳統(tǒng)注射成形的基礎(chǔ)上已發(fā)展出了超高速注射成形、氣輔成形等多種成形方法。
尤其是氣輔成形的應(yīng)用已從最初的把手、扶手等形狀簡(jiǎn)單的制品，逐步過(guò)渡到家電、音響、汽車、辦公用品和玩具等行業(yè)的復(fù)雜制品生產(chǎn)中，用氣輔成形生產(chǎn)的制品種類越來(lái)越多，形狀也越來(lái)越復(fù)雜。
氣輔成形突破了傳統(tǒng)注射成形的技術(shù)限制，是對(duì)傳統(tǒng)注射成形技術(shù)的革新，它不但具有節(jié)省塑料原料、消除制品表面縮痕、縮短成形周期、簡(jiǎn)化制品設(shè)計(jì)、降低模 具成本等優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)還能降低注射壓力，因而減少模內(nèi)壓力差異，從而降低內(nèi)應(yīng)力和制品變形。汽車配件保險(xiǎn)杠采用傳統(tǒng)注射成形時(shí)薄板表面變形嚴(yán)重，且是不規(guī)則 的S形。采用氣輔成形后制件整體不變形，薄板表面是一條圓滑的弧線。
制品設(shè)計(jì)
制品設(shè)計(jì)對(duì)變形的影響主要集中在制品壁厚、壁厚的均勻性、制品形狀和結(jié)構(gòu)剛性等方面。
制品壁厚對(duì)變形的影響通常因塑料的種類而異。對(duì)非結(jié)晶型塑料來(lái)講，壁厚太薄往往取向嚴(yán)重。
因此，對(duì)此類塑料制品來(lái)講要想減少變形通常是在設(shè)計(jì)時(shí)適當(dāng)增加壁厚，目的在于減少分子取向所產(chǎn)生的不利影響，同時(shí)適當(dāng)增加壁厚也在某種程度上增加了制品的剛性，因而降低了制品的變形。
原料中除了樹(shù)脂之外， 通常還會(huì)加入某些填料以改善塑料的力學(xué)、電學(xué)、光學(xué)和熱學(xué)等性能，這些填料在注射成形時(shí)由于剪切流動(dòng)會(huì)形成分子取向，用Moldflow軟件分析給出的纖 維取向分布。取向會(huì)使制品在不同方向上的收縮率產(chǎn)生明顯差異。例如，對(duì)30玻纖增強(qiáng)的PA66，其收縮率在流動(dòng)方向上為0.4，而在與流動(dòng)方向垂直的方向 上為1.1，不同方向收縮率的差異使制品內(nèi)部產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力。因此，對(duì)玻纖增強(qiáng)塑料制品來(lái)講，填料的非均勻取向往往是導(dǎo)致制品變形的主要原因。生產(chǎn)實(shí)踐中,為 了改善或消除由此產(chǎn)生的制品變形，人們通常采用改變澆口位置和調(diào)整注射速度等措施。
可看出影響注射制品變形有5大因素，分別為：成形原料、成形方法、制品設(shè)計(jì)、模具設(shè)計(jì)及注射成形工藝條件。
成形原料
成形原料對(duì)制品變形的影響主要是指原料中樹(shù)脂的分子結(jié)構(gòu)及填料的種類等。
成形方法
目前，在傳統(tǒng)注射成形的基礎(chǔ)上已發(fā)展出了超高速注射成形、氣輔成形等多種成形方法。
尤其是氣輔成形的應(yīng)用已從最初的把手、扶手等形狀簡(jiǎn)單的制品，逐步過(guò)渡到家電、音響、汽車、辦公用品和玩具等行業(yè)的復(fù)雜制品生產(chǎn)中，用氣輔成形生產(chǎn)的制品種類越來(lái)越多，形狀也越來(lái)越復(fù)雜。
氣輔成形突破了傳統(tǒng)注射成形的技術(shù)限制，是對(duì)傳統(tǒng)注射成形技術(shù)的革新，它不但具有節(jié)省塑料原料、消除制品表面縮痕、縮短成形周期、簡(jiǎn)化制品設(shè)計(jì)、降低模 具成本等優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)還能降低注射壓力，因而減少模內(nèi)壓力差異，從而降低內(nèi)應(yīng)力和制品變形。汽車配件保險(xiǎn)杠采用傳統(tǒng)注射成形時(shí)薄板表面變形嚴(yán)重，且是不規(guī)則 的S形。采用氣輔成形后制件整體不變形，薄板表面是一條圓滑的弧線。
制品設(shè)計(jì)
制品設(shè)計(jì)對(duì)變形的影響主要集中在制品壁厚、壁厚的均勻性、制品形狀和結(jié)構(gòu)剛性等方面。
制品壁厚對(duì)變形的影響通常因塑料的種類而異。對(duì)非結(jié)晶型塑料來(lái)講，壁厚太薄往往取向嚴(yán)重。
因此，對(duì)此類塑料制品來(lái)講要想減少變形通常是在設(shè)計(jì)時(shí)適當(dāng)增加壁厚，目的在于減少分子取向所產(chǎn)生的不利影響，同時(shí)適當(dāng)增加壁厚也在某種程度上增加了制品的剛性，因而降低了制品的變形。
而對(duì)結(jié)晶型塑料制品來(lái)講，設(shè)計(jì)時(shí)降低變形的措施往往是減少壁厚并改善壁厚的均勻性。減少壁厚的原因是結(jié)晶型塑料收縮率大，減少壁厚可減少制品體積收縮。 可看出用Moldflow軟件分析改善壁厚均勻性的原因是：若壁厚不均，薄壁和厚壁處結(jié)晶度有差異，不同部位結(jié)晶度的差異使得不同部位收縮有差異，從而產(chǎn) 生內(nèi)應(yīng)力，引起制品的變形。
模具設(shè)計(jì)
合理的澆口位置不但可降低制品不同部位收縮的差異，且可降低不均勻取向所產(chǎn)生的不利影響。
通常澆口開(kāi)設(shè)在制品壁厚較厚的部位，這樣有利于塑料熔體流動(dòng)和補(bǔ)料，避免相反情況下為給遠(yuǎn)端壁厚處補(bǔ)料而使?jié)部诙吮”谔幃a(chǎn)生過(guò)保壓的現(xiàn)象。
流道及澆口尺寸的設(shè)計(jì)關(guān)系到制品注射結(jié)束后的保壓和塑料填充時(shí)受剪切的程度。如流道及澆口尺寸過(guò)小，制品可能保壓不足;尺寸過(guò)大，制品可能保壓過(guò)度。保壓不足和保壓過(guò)度都會(huì)引起制品變形。
冷卻系統(tǒng)布置及控制的關(guān)鍵是要使制品各處均勻冷卻，因此首先在管路布置時(shí)就應(yīng)考慮使制品能達(dá)到均勻冷卻的效果。管路布置難以實(shí)現(xiàn)時(shí)可考慮動(dòng)、定模采用不同的入水溫度，難以開(kāi)設(shè)冷卻管路的型芯可考慮采用高熱導(dǎo)率材料(如鈹銅)制成等措施。
頂出系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)必須要保證制品不因推出而變形，因此應(yīng)仔細(xì)分析和計(jì)算制品對(duì)模具的抱緊力和粘附力的大小，合理地選擇推出方式及推出位置。
注射成形工藝條件
模具溫度、熔體溫度、保壓時(shí)間和保壓壓力等成形條件與制品變形都有密切的關(guān)系。
模具溫度直接影響冷卻速率，通�？焖倮鋮s可減小制品收縮，但對(duì)結(jié)晶型塑料制品來(lái)講，應(yīng)注意快速冷卻所造成的負(fù)面影響：制品的尺寸穩(wěn)定性差，制品不同部位 收縮的差異大，翹曲變形大。因此，對(duì)結(jié)晶型塑料制品可適當(dāng)提高模溫，這樣冷卻速率雖然慢一點(diǎn)，但可達(dá)到均勻冷卻的目的。
熔體溫度、保壓時(shí)間和保壓壓力事關(guān)制品的保壓程度，前面已經(jīng)述及保壓不足和保壓過(guò)度都會(huì)引起制品變形，因此，合理的工藝選擇應(yīng)使保壓適當(dāng)。
另外，在成形工藝條件中注射時(shí)間與制品變形也有一定關(guān)系，原因是注射時(shí)間會(huì)影響取向程度，從而影響到制品變形。
注射塑料制品的變形是成形原料、成形方法、制品設(shè)計(jì)、模具設(shè)計(jì)及注射成形工藝條件5種因素綜合作用的結(jié)果。
解決或減少塑料制品的變形首先應(yīng)確定所采用的成形方法，針對(duì)不同成形方法的要求合理設(shè)計(jì)制品形狀及尺寸，在制品設(shè)計(jì)和成形方法已確定的情況下要處理好模具與成形工藝的關(guān)系，針對(duì)具體情況分析確定主要因素并采取合理可行的措施，這樣解決制品變形問(wèn)題才能做到藥到病除。
通常澆口開(kāi)設(shè)在制品壁厚較厚的部位，這樣有利于塑料熔體流動(dòng)和補(bǔ)料，避免相反情況下為給遠(yuǎn)端壁厚處補(bǔ)料而使?jié)部诙吮”谔幃a(chǎn)生過(guò)保壓的現(xiàn)象。
流道及澆口尺寸的設(shè)計(jì)關(guān)系到制品注射結(jié)束后的保壓和塑料填充時(shí)受剪切的程度。如流道及澆口尺寸過(guò)小，制品可能保壓不足;尺寸過(guò)大，制品可能保壓過(guò)度。保壓不足和保壓過(guò)度都會(huì)引起制品變形。
冷卻系統(tǒng)布置及控制的關(guān)鍵是要使制品各處均勻冷卻，因此首先在管路布置時(shí)就應(yīng)考慮使制品能達(dá)到均勻冷卻的效果。管路布置難以實(shí)現(xiàn)時(shí)可考慮動(dòng)、定模采用不同的入水溫度，難以開(kāi)設(shè)冷卻管路的型芯可考慮采用高熱導(dǎo)率材料(如鈹銅)制成等措施。
頂出系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)必須要保證制品不因推出而變形，因此應(yīng)仔細(xì)分析和計(jì)算制品對(duì)模具的抱緊力和粘附力的大小，合理地選擇推出方式及推出位置。
注射成形工藝條件
模具溫度、熔體溫度、保壓時(shí)間和保壓壓力等成形條件與制品變形都有密切的關(guān)系。
模具溫度直接影響冷卻速率，通�？焖倮鋮s可減小制品收縮，但對(duì)結(jié)晶型塑料制品來(lái)講，應(yīng)注意快速冷卻所造成的負(fù)面影響：制品的尺寸穩(wěn)定性差，制品不同部位 收縮的差異大，翹曲變形大。因此，對(duì)結(jié)晶型塑料制品可適當(dāng)提高模溫，這樣冷卻速率雖然慢一點(diǎn)，但可達(dá)到均勻冷卻的目的。
熔體溫度、保壓時(shí)間和保壓壓力事關(guān)制品的保壓程度，前面已經(jīng)述及保壓不足和保壓過(guò)度都會(huì)引起制品變形，因此，合理的工藝選擇應(yīng)使保壓適當(dāng)。
另外，在成形工藝條件中注射時(shí)間與制品變形也有一定關(guān)系，原因是注射時(shí)間會(huì)影響取向程度，從而影響到制品變形。
注射塑料制品的變形是成形原料、成形方法、制品設(shè)計(jì)、模具設(shè)計(jì)及注射成形工藝條件5種因素綜合作用的結(jié)果。
解決或減少塑料制品的變形首先應(yīng)確定所采用的成形方法，針對(duì)不同成形方法的要求合理設(shè)計(jì)制品形狀及尺寸，在制品設(shè)計(jì)和成形方法已確定的情況下要處理好模具與成形工藝的關(guān)系，針對(duì)具體情況分析確定主要因素并采取合理可行的措施，這樣解決制品變形問(wèn)題才能做到藥到病除。
