塑料品種熱塑性塑料成型過(guò)程中由于還存在結晶化形起的體積變化,內應力強,凍結在塑件內的殘余應力大,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、退火或調濕處理后的收縮率一般也都比熱固性塑料大。
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。由于塑料的導熱性差,使塑件內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。
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(cháng)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。
成型條件模具溫度高,熔融料冷卻慢、密度高、收縮大,尤其對結晶料則因結晶度高,體積變化大,故收縮更大。模溫分布與塑件內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)間對收縮也影響較大,壓力大、時(shí)間長(cháng)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)調整模溫、壓力、注塑速度及冷卻時(shí)間等諸因素也可適當改變塑件收縮情況。
模具設計時(shí)根據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)驗確定塑件各部位的收縮率,再來(lái)計算型腔尺寸。對高精度塑件及難以掌握收縮率時(shí),一般宜用如下方法設計模具:
①試模確定澆注系統形式、尺寸及成型條件。
②要后處理的塑件經(jīng)后處理確定尺寸變化情況(測量時(shí)必須在脫模后24小時(shí)以后。
③按實(shí)際收縮情況修正模具。
④再試模并可適當地改變工藝條件略微修正收縮值以滿(mǎn)足塑件要求。
熱塑性塑料流動(dòng)性大小,一般可從分子量大小、熔融指數、阿基米德螺旋線(xiàn)流動(dòng)長(cháng)度、表現粘度及流動(dòng)比(流程長(cháng)度/塑件壁厚)等一系列指數進(jìn)行分析。
分子量小,分子量分布寬,分子結構規整性差,熔融指數高、螺流動(dòng)長(cháng)度長(cháng)、表現粘度小,流動(dòng)比大的則流動(dòng)性就好,對同一品名的塑料必須檢查其說(shuō)明書(shū)判斷其流動(dòng)性是否適用于注塑成型。按模具設計要求大致可將常用塑料的流動(dòng)性分為三類(lèi):
①流動(dòng)性好PA、PE、PS、PP、CA、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)、PMMA、POM、聚苯醚;
③流動(dòng)性差PC、硬PVC、聚苯醚、聚砜、聚芳砜、氟塑料。
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):
①溫度料溫高則流動(dòng)性增大,但不同塑料也各有差異,PS(尤其耐沖擊型及MFR值較高的)、PP、PA、PMMA、改性聚苯乙烯(如ABS、AS)、PC、CA等塑料的流動(dòng)性隨溫度變化較大。對PE、POM、則溫度增減對其流動(dòng)性影響較小。所以前者在成型時(shí)宜調節溫度來(lái)控制流動(dòng)性。
②壓力注塑壓力增大則熔融料受剪切作用大,流動(dòng)性也增大,特別是PE、POM較為敏感,所以成型時(shí)宜調節注塑壓力來(lái)控制流動(dòng)性。
③模具結構澆注系統的形式,尺寸,布置,冷卻系統設計,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)等因素都直接影響到熔融料在型腔內的實(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。
模具設計時(shí)應根據所用塑料的流動(dòng)性,選用合理的結構。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)適當地調節填充情況以滿(mǎn)足成型需要。
結晶性熱塑性塑料按其冷凝時(shí)無(wú)出現結晶現象可劃分為結晶型塑料與非結晶型(又稱(chēng)無(wú)定形)塑料兩大類(lèi)。所謂結晶現象即為塑料由熔融狀態(tài)到冷凝時(shí),分子由獨立移動(dòng),完全處于無(wú)次序狀態(tài),變成分子停止自由運動(dòng),按略微固定的位置,并有一個(gè)使分子排列成為正規模型的傾向的一種現象。
作為判別這兩類(lèi)塑料的外觀(guān)標準可視塑料的厚壁塑件的透明性而定,一般結晶性料為不透明或半透明(如POM等),無(wú)定形料為透明(如PMMA等)。但也有例外情況,如聚(4)甲基戍烯為結晶型塑料卻有高透明性,ABS為無(wú)定形料但卻并不透明。
在模具設計及選擇注塑機時(shí)應注意對結晶型塑料有下列要求及注意事項:
①料溫上升到成型溫度所需的熱量多,要用塑化能力大的設備。
②冷卻回化時(shí)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。
④冷卻快,結晶度低,收縮小,透明度高。結晶度與塑件壁厚有關(guān),壁厚則冷卻慢,結晶度高,收縮大,物性好。所以結晶性料應按要求必須控制模溫。
⑤各向異性顯著(zhù),內應力大。脫模后未結晶化的分子有繼續結晶化傾向,處于能量不平衡狀態(tài),易發(fā)生變形、翹曲。⑥結晶化溫度范圍窄,易發(fā)生未熔料末注入模具或堵塞進(jìn)料口。
熱敏性系指某些塑料對熱較為敏感,在高溫下受熱時(shí)間較長(cháng)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(chēng)為熱敏性塑料。
如硬PVC、聚偏氯乙烯、醋酸乙烯共聚物,POM,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人體、設備、模具都有刺激、腐蝕作用或毒性。因此,模具設計、選擇注塑機及成型時(shí)都應注意,應選用螺桿式注塑機,澆注系統截面宜大,模具和料筒應鍍鉻,不得有角滯料,必須嚴格控制成型溫度、塑料中加入穩定劑,減弱其熱敏性能。
有的塑料(如PC)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(chēng)為易水解性,對此必須預先加熱干燥。