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(jìn)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(jì)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(qiáng)， 凍結(jié)在塑件內(nèi)的殘余應(yīng)力大，分子取向性強(qiáng)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(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(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(duì)收縮大小、方向性影響較大。
　1.3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(bǔ)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。
　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(duì)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(shí)間對(duì)收縮也影響較大，壓力大、時(shí) 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(shí)調(diào)整模溫、 壓力、注塑速度及冷卻時(shí)間等諸因素也可適當(dāng)改變塑件收縮情況。
　　模具設(shè)計(jì)時(shí)根據(jù)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(yàn)確定塑件各部位的收縮率，再來計(jì)算型腔尺寸。對(duì)高精度塑件及難以掌握收 縮率時(shí)，一般宜用如下方法設(shè)計(jì)模具：
　　　①對(duì)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(shí)必須在脫模后24小時(shí)以后）。
　　�、馨磳�(shí)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(dòng)性

　2.1熱塑性塑料流動(dòng)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(dòng)長 度、表現(xiàn)粘度及流動(dòng)比（流程長度/塑件壁厚）等一系列指數(shù)進(jìn)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(dòng)長度長、表現(xiàn)粘度小，流動(dòng)比大的則流 動(dòng)性就好，對(duì)同一品名的塑料必須檢查其說明書判斷其流動(dòng)性是否適用于注塑成型。按模 具設(shè)計(jì)要求大致可將常用塑料的流動(dòng)性分為三類：
　　�、倭鲃�(dòng)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�(dòng)性中等 聚苯乙烯系列樹脂（如ABS、AS）、有機(jī)玻璃、聚甲醛、聚苯醚；
　　�、哿鲃�(dòng)性差 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(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，聚苯乙烯（尤其耐沖擊 型及MFR值較高的）、聚丙烯、尼龍、有機(jī)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(dòng)性隨溫度變化較大。對(duì)聚乙烯、聚甲醛、則溫度增減對(duì)其流動(dòng)性影響 較小。所以前者在成型時(shí)宜調(diào)節(jié)溫度來控制流動(dòng)性。
　　�、趬毫ψ⑺軌毫υ龃髣t熔融料受剪切作用大，流動(dòng)性也增大，特別是聚乙烯、聚 甲醛較為敏感，所以成型時(shí)宜調(diào)節(jié)注塑壓力來控制流動(dòng)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(jì)，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(tǒng)）等因素都直接影響到熔融料在型腔內(nèi)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(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)根據(jù)所用塑料的流動(dòng)性，選用合理的結(jié)構(gòu)。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(shí)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(shí)，分子由獨(dú)立移動(dòng)，完全處于無次序 狀態(tài)，變成分子停止自由運(yùn)動(dòng)，按略微固定的位置，并有一個(gè)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(jī)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(jì)及選擇注塑機(jī)時(shí)應(yīng)注意對(duì)結(jié)晶型塑料有下列要求及注意事項(xiàng)：
　　　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(shè)備。
　　�、诶鋮s回化時(shí)放出熱量大，要充分冷卻。
　　�、廴廴趹B(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。
　　　⑤各向異性顯著，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。
　　　⑥結(jié)晶化溫度范圍窄，易發(fā)生未熔粉末注入模具或堵塞進(jìn)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(duì)熱較為敏感，在高溫下受熱時(shí)間較長或進(jìn)料口截面 過小，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 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(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(duì)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(jì)、選擇注塑機(jī)及成型時(shí)都應(yīng)注意，應(yīng)選 用螺桿式注塑機(jī)，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(huì)發(fā)生分解， 這種性能稱為易水解性，對(duì)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(duì)應(yīng)力敏感，成型時(shí)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(duì)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(jì)時(shí)應(yīng)增大脫模斜度，選用合理的進(jìn)料口及頂 出機(jī)構(gòu)，成型時(shí)應(yīng)適當(dāng)?shù)恼{(diào)節(jié)料溫、模溫、注塑壓力及冷卻時(shí)間，盡量避免塑件過于冷脆 時(shí)脫模，成型后塑件還宜進(jìn)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(dòng)速率的聚合物熔體，在恒溫下通過噴嘴孔時(shí)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(dòng)速率高的聚 合物等，應(yīng)增大噴嘴、澆道、進(jìn)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(shí)需要 熱量大，應(yīng)選用塑化能力大的注塑機(jī)。熱變形溫度高塑料的冷卻時(shí)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(qiáng)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(jī)及加 強(qiáng)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(shí)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(shí)，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(dòng)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(duì)流動(dòng)性好，成型面積大、料溫不勻的則按塑件成型情況有時(shí)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(shí)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(duì)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(dòng)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(jìn)行預(yù)熱，在使用時(shí)還 需用紅外線輻照以防止再吸濕。