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塑料制品收缩原因及部分改性及注塑优化方案

发布时间: 2023-11-24 栏目:行业新闻

  塑料收缩率是指塑料制件在成型温度下尺寸与从模具中取出冷却至室温后尺寸之差的百分比,目前降低塑料成型收缩率的方法主要有配方体系设计、成型工艺等。

  影响塑料制品尺寸稳定的原因很复杂(塑料品种、成型条件、模具结构等),因此,结合产生收缩问题的各种原理,制定科学的方案,才能提高加工质量和产品附加值。大家都知道,结晶性塑料更容易收缩,所以本文主要介绍结晶性塑料。

  (1)冷热收缩:塑料熔体从料筒进入到成型模具中,温度迅速下降引起热胀冷缩,这部分收缩为冷热收缩。塑料的冷热收缩量与材料的线胀系数和加工中温差变化幅度有关。冷热收缩量计算公式如下:

  (2)结晶收缩:对于结晶性塑料而言,因为结晶相变而引起的收缩最大,比冷热收缩大得多,一般可占整个收缩率的90% 以上。结晶性树脂在制品从熔融状态冷却固化时,随着大分子的结晶化,比体积减小而引起收缩。制品的结晶度越高,结晶引起的收缩就越大。另一方面,结晶度高的材料制品密实度(非密度)增大,其线膨胀系数减小,后收缩率降低。

  (3)取向收缩:在塑料成型的过程中,流动方向上将产生剪切应力,迫使分子链取向;注射速度越高,则分子取向作用越强。这种流动方向上强行的拉伸取向,在冷却时被冻结下来,但同时大分子又有重新恢复卷曲的趋势,因而在取向方向上要产生收缩。这种由于分子取向逐步消失所引起的收缩与内部应力大小有关,应力越大则取向收缩就越大。

  塑料的取向收缩造成在物料流动方向与垂直方向的收缩率之差;取向程度越高,收缩率之差越大;一般流动方向的收缩率要大于垂直方向的收缩率。

  (4)负收缩:指制品在脱模后因模具型腔压力突然消失而产生的体积膨胀。塑料种类、成型温度、注射压力、保压压力和模腔压力等均会不同程度的影响负收缩的大小。

  (5)后收缩:主要是制品脱模后由于内应力的松弛作用及结晶的逐渐完善而引起的二次收缩。

  结晶性塑料(PP、PA、PET等)成型收缩率大于无定形塑料(PC、ABS、PVC等)。

  (1)模具的温度:模具的温度过低,会造成冷却加快,易使冷却不均匀而引起收缩上的较大差异。模具的温度不断升高,冷却速率变慢,结晶更趋于完善,成型收缩率也会变大。 选择一个适合的模具的温度很重要,由此流动方向与垂直于流动方向的收缩率的差值最小,翘曲也更不易发生。

  (2)喷嘴温度:喷嘴温度上升,成型收缩率有下降趋势,但两个方向上收缩率的差值却在不断增大,上涨的趋势显而易见,即喷嘴温度越高,制品越易发生翘曲变形。

  (3)注射速率:注射速率快,剪切加剧,收缩也跟着增大。但加快注射速率,充模时间变短,补料时间更长,制品会更密实,不易发生翘曲。

  (4)保压压力:高压虽然能使制品整体收缩变小,但流动方向和垂直方向收缩率之差相差过大,导致翘曲变形,是因为熔体在高压下冷凝会在制品中产生较大的内应力和大分子取向。所以过高保压压力并不会改善制品翘曲,反而加剧。

  (5)保压时间:延长保压时间有利于减少熔体向浇口倒流,增强补缩作用,使制品越密实,成型收缩率越小 。但在浇口冻结以后再延长保压时间,只会延长成型周期,起不到补缩作用。

  结论:快速充模,适当降低喷嘴温度和模具的温度,避免过高的保压压力和过长的保压时间,皆可减小制品的翘曲,提高制品的质量。

  弹性体(POE)阻碍树脂结晶并不是影响成型收缩率的根本原因,共混体系中的分散相尺寸和形态才是降低成型收缩率的主要影响因素。分散相形态越复杂,尺寸分布越宽,对于降低成型收缩率越有效。

  以PA6为例,加氯化钙可以大幅度降低结晶度,其原理是与聚酰胺发生络合反应,发生缠结,阻碍PA6分子链的规整排列。虽然加入氯化钙可以大幅度降低PA6的结晶度,但树脂的流动性大幅度降低,力学性能也一下子就下降,还也许会出现欠注、鼓包等注塑工艺缺陷。

  矿物填料作为物理成核剂能提高结晶速率、抑制大球晶形成的同时减小再次结晶,从而大大降低成型收缩率。但添加量过大,力学性能直线下降明显。

  合适的复合体系可以大大降低成型收缩率 ,如PP/PE,PE添加量为60%(w)时,高分子熔体冷却时球晶相互干扰的程度达到最大,即球晶分割与细化的程度达到极限,因此导致成型收缩率达到极小值。

  902是有机成核剂,成核剂会加快结晶速率,增加结晶度,从而成型收缩率变大。但加入成核剂可让树脂在更高温度下结晶,因结晶收缩腾出的空间仍能借助保压作用注射更多的熔体(这一点很重要),熔体的补缩作用提高。制品脱模后的结晶度趋于完善,也就是提前定形,后收缩会更小。902还可以使熔体流动方向和垂直方向收缩率之差更小,即耐翘曲变形力更优。

  R-5009是多功能改性剂,比表面积大、表面吸附性强、分散性好,会占据聚合物分子链的空隙,防止收缩变形。单加成核剂效果有限,0.2%902复配0.3%R-5009是一个成熟应用的抗收缩方案,加工性能好,物性影响小。

  一般情况下,成熟的产品订单客户一般不让改变塑件结构和模具结构,在这基础上把物性和尺寸精度做到接近或超越客户目前用的改性料才有机会抢到订单。对于新项目,有先发优势,设计优化合适的结构也能更好的抗翘曲变形,例如厚壁制件比薄壁制件收缩大、塑件上带嵌件比不带嵌件收缩率小(嵌件的材质选择也有讲究,需选择和塑胶热膨胀系数接近的嵌件)、内孔收缩率大,外形收缩率小等等...

  结晶性塑料制品抗翘曲变形是一门重要的工艺,影响收缩的因素极其复杂,不单单只靠工艺或者助剂就能解决,只有了解发生翘曲的原因,多管齐下,才可以更好的对症下药,提升产品加工精度。

  备注:配方实际效果一定要考虑各种各样的因素,比如设备、生产的基本工艺、配方其他组分等,本文内容只作参考,最终以生产实际为准!

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