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注塑成型收縮率影響因素的分析
  瀏覽次數(shù)：3322  發(fā)布時(shí)間：2015年08月18日 11:29:12
[導(dǎo)讀] 注塑成型周期：塑料由固體顆粒被加熱熔融充滿模具型腔后,又冷卻成型的全過程。成型收縮：冷卻至室溫的制品體積總是小于成型模具在常溫下的模腔體積。


       注塑成型周期：塑料由固體顆粒被加熱熔融充滿模具型腔后,又冷卻成型的全過程。成型收縮：冷卻至室溫的制品體積總是小于成型模具在常溫下的模腔體積。常用收縮率表示。目前,模具設(shè)計(jì)者普遍采用平均收縮率或極值法來計(jì)算注塑制件的收縮值。  

 1 注塑材料特性對收縮率的影響     

（1）塑料種類對收縮率的影響

不同樹脂材料的收縮率大小不同,即使同一品種的樹脂材料,不同廠家生產(chǎn)或同一廠家生產(chǎn)不同批號的同一種材料,其收縮率都不一樣。而且,由于樹脂本身固有的特性,收縮率范圍有寬有窄。  

（2）玻纖含量對收縮率的影響

 同樣品種的塑料收縮情況因玻纖含量不同而變化。當(dāng)玻璃纖維含量增加時(shí),收縮率則減小,

 一般在熱塑性樹脂中加入質(zhì)量分?jǐn)?shù)為20%～40%的玻纖,其收縮率可降低1/4～1/2。

 但是從注塑成型實(shí)踐中得出,在料流流動(dòng)方向上,這種情況幾乎不受塑件壁厚的影響。而在與料流呈垂直方向上,在壁厚不變的情況下,收縮率隨著玻纖含量的增加而減小;在薄壁的情況下,塑件的收縮率幾乎不受玻纖含量的影響。

2 模具結(jié)構(gòu)特征對收縮率的影響

      （1）分型面及澆口

模具的分型面、澆口形式及尺寸等因素直接影響料流方向、密度分布、保壓補(bǔ)縮作用及成型時(shí)間。 

采用直接澆口或大截面澆口可減少收縮,但各向異性大,沿料流方向收縮小,沿垂直料流方向收縮大;反之,當(dāng)澆口厚度較小時(shí),澆口部分會(huì)過早凝結(jié)硬化,型腔內(nèi)的塑料收縮后得不到及時(shí)補(bǔ)充,收縮較大。

點(diǎn)澆口凝封快,在制件條件允許的情況下,可設(shè)多點(diǎn)澆口,可有效地延長保壓時(shí)間和增大型腔壓力,使收縮率減小。

（2）塑件結(jié)構(gòu)

塑件的形狀、尺寸、壁厚、有無嵌件、嵌件數(shù)量及其分布對收縮率的大小都有很大影響。一般來說,塑件的形狀復(fù)雜、尺寸較小、壁薄、有嵌件、嵌件數(shù)量多且對稱分布,其收縮率較小。

（3）嵌件設(shè)計(jì)

注塑制品中的金屬嵌件雖然能夠滿足局部的功能要求，但對注塑制品的收縮有阻礙作用,使制品在脫模前一直處于非自由收縮狀態(tài),存在模內(nèi)限定效應(yīng),在嵌件周圍,不僅阻礙料流的流動(dòng)方向、密度分布及收縮等,而且嵌件本身的溫度也較低。

因此,在注射成型過程中,有嵌件的制品比一般塑件的收縮率小; 

而且,如果設(shè)計(jì)形狀過于復(fù)雜或尺寸過大的嵌件,還會(huì)造成整個(gè)塑件不同結(jié)構(gòu)之間收縮率的波動(dòng)。由于各個(gè)結(jié)構(gòu)間相互限定作用,結(jié)構(gòu)復(fù)雜的塑件一般要比結(jié)構(gòu)簡單的塑件收縮率小。 

（4）冷卻系統(tǒng)

模具冷卻回路的分布影響型腔表面的溫度,從而影響注塑制品各點(diǎn)的冷卻速度與收縮過程。 

模腔表面距離模具冷卻回路較近的地方,受冷卻介質(zhì)的影響較強(qiáng),使此處的塑料熔體冷卻得快,一方面縮短了溫度變化的作用時(shí)間,使塑料的實(shí)際比容值與平衡狀態(tài)下的比容值之間的差距增大;另一方面,當(dāng)進(jìn)入模內(nèi)收縮階段時(shí),此處的注塑成型制品表面溫度已經(jīng)很低,所以能夠發(fā)生的收縮程度很小。

模具冷卻通道布置與尺寸設(shè)計(jì)直接影響著模具溫度分布和塑件的冷卻過程,其設(shè)計(jì)不當(dāng)也會(huì)影響成型收縮率的波動(dòng),冷卻快的地方,收縮率增大。由于塑件形狀復(fù)雜,壁厚不一致,充模順序先后不同,常出現(xiàn)冷卻不均勻的情況,造成較大的收縮率波動(dòng)。

為改善這一狀況,可將冷卻水先通過較高溫度的地方;甚至在冷卻快的地方通溫水,慢的地方通冷水。這樣可減小收縮率的波動(dòng),避免塑件產(chǎn)生變形開裂。 

3 注塑工藝條件對收率的影響

（1）壓力

注射成型中壓力包括注射壓力、保壓壓力和模腔壓力等。這些因素均對塑件收縮行為有明顯的影響。   

提高注射壓力能夠降低制品的收縮率。這是因?yàn)閴毫υ龃?使注射速度提高,充模過程加快后,一方面因塑料熔體的剪切發(fā)熱而提高了熔體溫度、減小了流動(dòng)阻力;另一方面還可以在熔體溫度尚高、流動(dòng)阻力較小的狀態(tài)下較早進(jìn)入保壓補(bǔ)料階段。尤其對于薄壁塑件和小澆口塑件,由于冷卻速度快,更應(yīng)該盡量縮短充模過程。  

較高的保壓壓力和模腔壓力使型腔內(nèi)制品密實(shí),收縮減小,尤其是保壓階段的壓力對制品的收縮率產(chǎn)生影響更大。這可解釋為熔融樹脂在成型壓力作用下受到壓縮,壓力越高,發(fā)生的壓縮量越大,壓力解除后的彈性恢復(fù)也越大,使得塑件塑件尺寸更加接近型腔尺寸,因此收縮量越小。 

可是,即使是對于同一制品來說,模腔內(nèi)樹脂的壓力在各部分并不一致;在注射壓力難以作用的部位和容易作用的部位,所受注射壓力也不一樣。此外,多型腔模具的各模腔所受壓力應(yīng)設(shè)計(jì)均勻,否則就會(huì)產(chǎn)生各模腔的制品收縮率不一致。

（2）溫度

料溫：溫度對高聚物熔體粘度有重大影響。

在粘流溫度以上,高聚物的粘度與溫度的關(guān)系與低分子液體一樣,隨著溫度的升高,熔體的自由體積增加,分子間的互相作用力減弱,使高聚物的流動(dòng)性增加,熔體的粘度隨著溫度升高以指數(shù)方式降低,因在高聚物注塑加工中,提高熔體的充模能力,溫度是粘度調(diào)節(jié)的首要手段。

無論從聚合物的結(jié)晶和取向的機(jī)理方面或是根據(jù)熱脹冷縮之原理都很容易認(rèn)為:制品在保壓和冷卻定型階段的收縮應(yīng)該隨溫度升高而增加,但一些實(shí)驗(yàn)卻得到剛好相反的結(jié)論。 

這種情況可解釋為:料溫升高以后熔體粘度將會(huì)減小,若此時(shí)注射壓力和保壓壓力保持不變,則澆口凍結(jié)速度將會(huì)減慢,預(yù)示保壓時(shí)間延長,補(bǔ)縮作用增大,密度也隨著提高,所以收縮率降低。 

由上述分析可知,料溫對于成型收縮的影響是熱收縮、結(jié)晶收縮、取向收縮和保壓收縮綜合作用的結(jié)果,如果前面三種收縮的影響比較大,制品最終表現(xiàn)出的收縮率將隨著熔體的溫度升高而增大;相反,保壓補(bǔ)縮作用較大時(shí),收縮率將會(huì)隨著溫度升高而減小。

模具溫度

熱塑性塑料熔體注入型腔后,釋放大量的熱量而凝固,不同的塑料品種,需要模腔維持在一適當(dāng)溫度。在此溫度下,將最有利于塑件的成型,塑件成型效率最高,內(nèi)應(yīng)力和翹曲變形最小。

模具溫度是控制制品冷卻定型的主要因素,它對成型收縮率的影響主要表現(xiàn)在澆口凍結(jié)后制品脫模之前這段過程。而在澆口凍結(jié)之前,模溫升高雖有增大熱收縮的趨勢,但也正是較高的模溫使得澆口凍結(jié)時(shí)間延長,導(dǎo)致注射壓力和保壓力的影響增強(qiáng),補(bǔ)縮作用和負(fù)收縮量均會(huì)增大。

所以,總收縮是兩種反向收縮綜合作用的結(jié)果,

其數(shù)值不一定隨著模溫的升高而增大。如果澆口發(fā)生凍結(jié),注射壓力和保壓壓力的影響將會(huì)消失,隨著模溫的升高,冷卻定型時(shí)間亦將延長,故脫模后制品收縮率一般都會(huì)增大。  

（3）時(shí)間

成型時(shí)間：指螺桿在前進(jìn)中壓縮熔體物料、充滿模腔以及維持此壓縮的保壓時(shí)間在內(nèi)的這段時(shí)間。注射時(shí)間：指注射螺桿連續(xù)推進(jìn),對熔料連續(xù)壓縮所持續(xù)的時(shí)間。   

在澆口封閉前,注射時(shí)間越短,收縮率越大,而且收縮率的變化幅度也越大;當(dāng)注射時(shí)間達(dá)到或超過澆口的凝固時(shí)間時(shí),即使再延長注射時(shí)間,制品質(zhì)量和收縮率也不再發(fā)生變化,注射時(shí)間控制與所設(shè)計(jì)的澆口厚度關(guān)系密切,澆口厚度能夠在很大程度上左右澆口封閉時(shí)間。 

當(dāng)澆口凝封后,再延長注射時(shí)間不但不再起作用,反而使生產(chǎn)效率降低,甚至可能在澆口附近產(chǎn)生裂紋等缺陷。對于同一塑件,注射時(shí)間由注射速度決定的。  

保壓時(shí)間越長有利于熔體補(bǔ)塑壓實(shí),塑件密度越大,收縮率越小。

當(dāng)澆口凝封后,保壓對制品收縮的減小不再起作用,過長的保壓時(shí)間會(huì)延長成型周期。

在熱塑性塑料注射成型中,成型制品在模腔內(nèi)的冷卻時(shí)間對制品成型收縮率的影響因樹脂種類、制品厚度、熔體溫度、模內(nèi)溫度和結(jié)晶方式等不同。  

模具內(nèi)冷卻時(shí)間長能使收縮率減小。對于非結(jié)晶性樹脂來說,冷卻時(shí)間對制品收縮的影響不大;然而對于結(jié)晶性樹脂,若冷卻時(shí)間過長,結(jié)晶得到充分進(jìn)行,結(jié)晶度高,成型收縮就會(huì)增大。但一般來說,冷卻時(shí)間過長,冷卻可以均勻進(jìn)行,模具內(nèi)的物料得以充分固化,從模內(nèi)脫出的制品尺寸與模腔尺寸接近,因而成型收縮率小。