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，為了改變原有品種的特性，常用共聚、交聯(lián)等各種化學(xué) 方法在原有的樹脂結(jié)構(gòu)中導(dǎo)入一定百分比量的其它單體或高分子等，以改變原 有樹脂的結(jié)構(gòu)成為具有新的改進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程中由于還存在結(jié)晶化形起的體積變化，內(nèi)應(yīng)力強， 凍結(jié)在塑件內(nèi)的殘余應(yīng)力大，分子取向性強等因素，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，所以塑件的特性對收縮大小、方向性影響較大。
　1.3進料口形式、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。
　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。因此在成型時調(diào)整模溫、 壓力、注塑速度及冷卻時間等諸因素也可適當(dāng)改變塑件收縮情況。
　　模具設(shè)計時根據(jù)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(jīng)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(shè)計模具：
　　　①對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。
　　　③要后處理的塑件經(jīng)后處理確定尺寸變化情況（測量時必須在脫模后24小時以后）。
　　　④按實際收縮情況修正模具。
　　　⑤再試模并可適當(dāng)?shù)馗淖児に嚄l件略微修正收縮值以滿足塑件要求。

2、流動性

　2.1熱塑性塑料流動性大小，一般可從分子量大小、熔融指數(shù)、阿基米德螺旋線流動長 度、表現(xiàn)粘度及流動比（流程長度/塑件壁厚）等一系列指數(shù)進行分析。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、螺流動長度長、表現(xiàn)粘度小，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(shè)計要求大致可將常用塑料的流動性分為三類：
　　　①流動性好 尼龍、聚乙烯、聚苯乙烯、聚丙烯、醋酸纖維素、聚（4）甲基戍烯；
　　�、诹鲃有灾械� 聚苯乙烯系列樹脂（如ABS、AS）、有機玻璃、聚甲醛、聚苯醚；
　　�、哿鲃有圆� 聚碳酸酯、硬聚氯乙烯、聚苯醚、聚砜、聚芳砜、氟塑料。
　2.2各種塑料的流動性也因各成型因素而變，主要影響的因素有如下幾點：
　　�、贉囟攘蠝馗邉t流動性增大，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性隨溫度變化較大。對聚乙烯、聚甲醛、則溫度增減對其流動性影響 較小。所以前者在成型時宜調(diào)節(jié)溫度來控制流動性。
　　�、趬毫ψ⑺軌毫υ龃髣t熔融料受剪切作用大，流動性也增大，特別是聚乙烯、聚 甲醛較為敏感，所以成型時宜調(diào)節(jié)注塑壓力來控制流動性。
　　�、勰＞呓Y(jié)構(gòu)澆注系統(tǒng)的形式，尺寸，布置，冷卻系統(tǒng)設(shè)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(tǒng)）等因素都直接影響到熔融料在型腔內(nèi)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�！　∧＞咴O(shè)計時應(yīng)根據(jù)所用塑料的流動性，選用合理的結(jié)構(gòu)。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(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無出現(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 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，分子由獨立移動，完全處于無次序 狀態(tài)，變成分子停止自由運動，按略微固定的位置，并有一個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），無定形料為透明（如有機玻璃等）。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為無定形料但卻并不透明。
　　在模具設(shè)計及選擇注塑機時應(yīng)注意對結(jié)晶型塑料有下列要求及注意事項：
　　�、倭蠝厣仙�到成型溫度所需的熱量多，要用塑化能力大的設(shè)備。
　　　②冷卻回化時放出熱量大，要充分冷卻。
　　　③熔融態(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(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產(chǎn)生單體、氣體、固體等副產(chǎn)物，特別是有的分解氣體對人體、設(shè)備、 模具都有刺激、腐蝕作用或毒性。因此，模具設(shè)計、選擇注塑機及成型時都應(yīng)注意，應(yīng)選 用螺桿式注塑機，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、高壓下也會發(fā)生分解， 這種性能稱為易水解性，對此必須預(yù)先加熱干燥。

5、應(yīng)力開裂及熔體破裂

　5.1有的塑料對應(yīng)力敏感，成型時易產(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)生開裂現(xiàn)象。為此，除了在原料內(nèi)加入添加劑提高開抗裂性外，對原料應(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)置嵌件等措施來盡量減少應(yīng)力集中。模具設(shè)計時應(yīng)增大脫模斜度，選用合理的進料口及頂 出機構(gòu)，成型時應(yīng)適當(dāng)?shù)恼{(diào)節(jié)料溫、模溫、注塑壓力及冷卻時間，盡量避免塑件過于冷脆 時脫模，成型后塑件還宜進行后處理提高抗開裂性，消除內(nèi)應(yīng)力并禁止與溶劑接觸。
　5.2當(dāng)一定融熔體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(fā)生明顯橫向裂紋稱為熔體破裂，有損塑件外觀及物性。故在選用熔體流動速率高的聚 合物等，應(yīng)增大噴嘴、澆道、進料口截面，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。比熱高的塑化時需要 熱量大，應(yīng)選用塑化能力大的注塑機。熱變形溫度高塑料的冷卻時間可短，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及加 強模具冷卻。
　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，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。 對流動性好，成型面積大、料溫不勻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(yīng)設(shè)有相應(yīng)的冷卻或加熱系統(tǒng)。各種塑料成型時要求的模溫 及熱性能見表1-4及表1-5。

7、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、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，使樹脂起泡、流動性下降、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�及�?guī)范進行預(yù)熱，在使用時還 需用紅外線輻照以防止再吸濕。