塑料注射制品缘何总爱变形
http://www.packltd.cn 时间:2015年2月28日 关注数:582 次 |
摘要：根据塑料中树脂的分子结构，塑料可分为两大类：结晶型塑料和非结晶型(也叫无定型)塑料。结晶型塑料和非结晶型塑料的主要区别在于从熔融状态到冷凝时，树脂分子能否形成某种程度的规整排列。如果能形成某种程度的规整排列，称其为结晶型，反之称其为非结晶型所示。
结晶型塑料与非结晶型塑料不但力学性能有显著差异，而且在从粘流态转变到玻璃态时它们的收缩率相差很大，结晶型塑料的收缩率通常是非结晶型塑料收缩率
的210倍。同时，对结晶型塑料来讲，如果冷却时各部分的冷却速度不一致，也会造成制品内各部分的结晶度有差异，结晶度的差异就会在制品内产生内应力，从
而引起制品的变形甚至开裂。因此，对结晶型塑料而言，模具的冷却系统设计是关系到制品变形程度的重要方面。
原料中除了树脂之外， 通常还会加入某些填料以改善塑料的力学、电学、光学和热学等性能，这些填料在注射成形时由于剪切流动会形成分子取向，用Moldflow软件分析给出的纤 维取向分布。取向会使制品在不同方向上的收缩率产生明显差异。例如，对30玻纤增强的PA66，其收缩率在流动方向上为0.4，而在与流动方向垂直的方向 上为1.1，不同方向收缩率的差异使制品内部产生内应力。因此，对玻纤增强塑料制品来讲，填料的非均匀取向往往是导致制品变形的主要原因。生产实践中,为 了改善或消除由此产生的制品变形，人们通常采用改变浇口位置和调整注射速度等措施。
可看出影响注射制品变形有5大因素，分别为：成形原料、成形方法、制品设计、模具设计及注射成形工艺条件。
成形原料
成形原料对制品变形的影响主要是指原料中树脂的分子结构及填料的种类等。
成形方法
目前，在传统注射成形的基础上已发展出了超高速注射成形、气辅成形等多种成形方法。
尤其是气辅成形的应用已从最初的把手、扶手等形状简单的制品，逐步过渡到家电、音响、汽车、办公用品和玩具等行业的复杂制品生产中，用气辅成形生产的制品种类越来越多，形状也越来越复杂。
气辅成形突破了传统注射成形的技术限制，是对传统注射成形技术的革新，它不但具有节省塑料原料、消除制品表面缩痕、缩短成形周期、简化制品设计、降低模 具成本等优点，同时还能降低注射压力，因而减少模内压力差异，从而降低内应力和制品变形。汽车配件保险杠采用传统注射成形时薄板表面变形严重，且是不规则 的S形。采用气辅成形后制件整体不变形，薄板表面是一条圆滑的弧线。
制品设计
制品设计对变形的影响主要集中在制品壁厚、壁厚的均匀性、制品形状和结构刚性等方面。
制品壁厚对变形的影响通常因塑料的种类而异。对非结晶型塑料来讲，壁厚太薄往往取向严重。
因此，对此类塑料制品来讲要想减少变形通常是在设计时适当增加壁厚，目的在于减少分子取向所产生的不利影响，同时适当增加壁厚也在某种程度上增加了制品的刚性，因而降低了制品的变形。
原料中除了树脂之外， 通常还会加入某些填料以改善塑料的力学、电学、光学和热学等性能，这些填料在注射成形时由于剪切流动会形成分子取向，用Moldflow软件分析给出的纤 维取向分布。取向会使制品在不同方向上的收缩率产生明显差异。例如，对30玻纤增强的PA66，其收缩率在流动方向上为0.4，而在与流动方向垂直的方向 上为1.1，不同方向收缩率的差异使制品内部产生内应力。因此，对玻纤增强塑料制品来讲，填料的非均匀取向往往是导致制品变形的主要原因。生产实践中,为 了改善或消除由此产生的制品变形，人们通常采用改变浇口位置和调整注射速度等措施。
可看出影响注射制品变形有5大因素，分别为：成形原料、成形方法、制品设计、模具设计及注射成形工艺条件。
成形原料
成形原料对制品变形的影响主要是指原料中树脂的分子结构及填料的种类等。
成形方法
目前，在传统注射成形的基础上已发展出了超高速注射成形、气辅成形等多种成形方法。
尤其是气辅成形的应用已从最初的把手、扶手等形状简单的制品，逐步过渡到家电、音响、汽车、办公用品和玩具等行业的复杂制品生产中，用气辅成形生产的制品种类越来越多，形状也越来越复杂。
气辅成形突破了传统注射成形的技术限制，是对传统注射成形技术的革新，它不但具有节省塑料原料、消除制品表面缩痕、缩短成形周期、简化制品设计、降低模 具成本等优点，同时还能降低注射压力，因而减少模内压力差异，从而降低内应力和制品变形。汽车配件保险杠采用传统注射成形时薄板表面变形严重，且是不规则 的S形。采用气辅成形后制件整体不变形，薄板表面是一条圆滑的弧线。
制品设计
制品设计对变形的影响主要集中在制品壁厚、壁厚的均匀性、制品形状和结构刚性等方面。
制品壁厚对变形的影响通常因塑料的种类而异。对非结晶型塑料来讲，壁厚太薄往往取向严重。
因此，对此类塑料制品来讲要想减少变形通常是在设计时适当增加壁厚，目的在于减少分子取向所产生的不利影响，同时适当增加壁厚也在某种程度上增加了制品的刚性，因而降低了制品的变形。
而对结晶型塑料制品来讲，设计时降低变形的措施往往是减少壁厚并改善壁厚的均匀性。减少壁厚的原因是结晶型塑料收缩率大，减少壁厚可减少制品体积收缩。 可看出用Moldflow软件分析改善壁厚均匀性的原因是：若壁厚不均，薄壁和厚壁处结晶度有差异，不同部位结晶度的差异使得不同部位收缩有差异，从而产 生内应力，引起制品的变形。
模具设计
合理的浇口位置不但可降低制品不同部位收缩的差异，且可降低不均匀取向所产生的不利影响。
通常浇口开设在制品壁厚较厚的部位，这样有利于塑料熔体流动和补料，避免相反情况下为给远端壁厚处补料而使浇口端薄壁处产生过保压的现象。
流道及浇口尺寸的设计关系到制品注射结束后的保压和塑料填充时受剪切的程度。如流道及浇口尺寸过小，制品可能保压不足;尺寸过大，制品可能保压过度。保压不足和保压过度都会引起制品变形。
冷却系统布置及控制的关键是要使制品各处均匀冷却，因此首先在管路布置时就应考虑使制品能达到均匀冷却的效果。管路布置难以实现时可考虑动、定模采用不同的入水温度，难以开设冷却管路的型芯可考虑采用高热导率材料(如铍铜)制成等措施。
顶出系统设计时必须要保证制品不因推出而变形，因此应仔细分析和计算制品对模具的抱紧力和粘附力的大小，合理地选择推出方式及推出位置。
注射成形工艺条件
模具温度、熔体温度、保压时间和保压压力等成形条件与制品变形都有密切的关系。
模具温度直接影响冷却速率，通常快速冷却可减小制品收缩，但对结晶型塑料制品来讲，应注意快速冷却所造成的负面影响：制品的尺寸稳定性差，制品不同部位 收缩的差异大，翘曲变形大。因此，对结晶型塑料制品可适当提高模温，这样冷却速率虽然慢一点，但可达到均匀冷却的目的。
熔体温度、保压时间和保压压力事关制品的保压程度，前面已经述及保压不足和保压过度都会引起制品变形，因此，合理的工艺选择应使保压适当。
另外，在成形工艺条件中注射时间与制品变形也有一定关系，原因是注射时间会影响取向程度，从而影响到制品变形。
注射塑料制品的变形是成形原料、成形方法、制品设计、模具设计及注射成形工艺条件5种因素综合作用的结果。
解决或减少塑料制品的变形首先应确定所采用的成形方法，针对不同成形方法的要求合理设计制品形状及尺寸，在制品设计和成形方法已确定的情况下要处理好模具与成形工艺的关系，针对具体情况分析确定主要因素并采取合理可行的措施，这样解决制品变形问题才能做到药到病除。
通常浇口开设在制品壁厚较厚的部位，这样有利于塑料熔体流动和补料，避免相反情况下为给远端壁厚处补料而使浇口端薄壁处产生过保压的现象。
流道及浇口尺寸的设计关系到制品注射结束后的保压和塑料填充时受剪切的程度。如流道及浇口尺寸过小，制品可能保压不足;尺寸过大，制品可能保压过度。保压不足和保压过度都会引起制品变形。
冷却系统布置及控制的关键是要使制品各处均匀冷却，因此首先在管路布置时就应考虑使制品能达到均匀冷却的效果。管路布置难以实现时可考虑动、定模采用不同的入水温度，难以开设冷却管路的型芯可考虑采用高热导率材料(如铍铜)制成等措施。
顶出系统设计时必须要保证制品不因推出而变形，因此应仔细分析和计算制品对模具的抱紧力和粘附力的大小，合理地选择推出方式及推出位置。
注射成形工艺条件
模具温度、熔体温度、保压时间和保压压力等成形条件与制品变形都有密切的关系。
模具温度直接影响冷却速率，通常快速冷却可减小制品收缩，但对结晶型塑料制品来讲，应注意快速冷却所造成的负面影响：制品的尺寸稳定性差，制品不同部位 收缩的差异大，翘曲变形大。因此，对结晶型塑料制品可适当提高模温，这样冷却速率虽然慢一点，但可达到均匀冷却的目的。
熔体温度、保压时间和保压压力事关制品的保压程度，前面已经述及保压不足和保压过度都会引起制品变形，因此，合理的工艺选择应使保压适当。
另外，在成形工艺条件中注射时间与制品变形也有一定关系，原因是注射时间会影响取向程度，从而影响到制品变形。
注射塑料制品的变形是成形原料、成形方法、制品设计、模具设计及注射成形工艺条件5种因素综合作用的结果。
解决或减少塑料制品的变形首先应确定所采用的成形方法，针对不同成形方法的要求合理设计制品形状及尺寸，在制品设计和成形方法已确定的情况下要处理好模具与成形工艺的关系，针对具体情况分析确定主要因素并采取合理可行的措施，这样解决制品变形问题才能做到药到病除。
