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注塑机知识

影响注塑制品内部质量的因素有哪些?

发布时间:2016-11-25 12:07:00 点击:
1.内应力
(1)内应力产生
在注塑制品中,各局部应力状态是不同的,制品变形程度将决定于应力分布。如果制品在冷却时,存在温度梯度,则这类应力会发展,所以这类力称为“成型应力”。


注塑制品的内应力包括两种:一种是注塑制品成型应力,另一种是温度应力。当熔体进入温度较低的模具时,靠进模腔壁的熔体迅速地冷却而固化,于是分子链段被“冻结”。


由于凝固的聚合物层,导热性很差,在制品厚度方向上将产生较大的温度梯度,而制品心部却凝固得相当缓慢,以致于当浇口封闭时,熔体单元还未凝固,如果注塑机又停止对冷却收收缩进行补料时,由于制品内部收缩作用与硬皮层作用方向是相反的,则心部会处于静态拉伸而表层则处于静态压缩。


在熔体充模流动时,除了有体积收缩效应引起的应力外,还有因流道,浇口出口的膨胀效应而引起的应力;前一种效应引起的应力与熔体流动方向有关,后者由于出口膨胀效应将引起垂直于流动方向的应力作用。


对于半结晶型聚合物还要注意另外一种效应,即当超过玻璃化温度时,结晶单元之间所保留的一些非结晶相的分子链段将开始活动,但却被结晶相所限位,阻止拉伸链的返回,于是形成内应力。对结晶型聚合物,还有一种形变-诱导应力;当给结晶型高聚物熔体施加的应力超过弹性形变极限时,晶格将沿滑动面流动,产生塑性形变的位移,而取代了一部分弹性变形。


在总形变不变的应力松弛条件下,应力逐渐下降到不等于零的某一最低值,这个保留值就是“形变-诱导”。对于这种情况的解释还可设想结晶型聚合物有一种结晶模型,结晶过程中形成堆积式位移,使晶格在滑动面上进一步堆积发生困难,于是产生了反应力,其大小等于保持晶格位移结构所需的应力,而且这种晶格位移结构是在没有应力的非平衡状态下形成的。这就是对“形变-诱导内应力”位移机理的解释,但它不适用非结晶聚合物。


(2)内应力与制品质量的关系
制品中内应力的存在会严重影响制品的力学性质和使用性能;由于制品内应力的存在和分布不均,制品在使用过程中发生裂纹,在玻璃化温度以下使用使用时,常发生不规则的变形或翘曲,还会引起制品表面“泛白”、浑浊、光学性能变坏。


内应力降低制品对光、热以及腐蚀介质的抵抗能力,在环境作用下,发生应力开裂或出现“龟裂”,因此,减小或均化制品的内应力具有重要意义。但内应力也有可利用的一面,例如可以利用取向内应力产生各向异性的力学特点,使在受力方向上产生较高的强度,在应用中有选择地使用制品,例如生产拉伸薄膜和编织带等。但对注塑制品希望内应力小而均匀分布。


降低浇口处温度,增加缓冷时间,有利于改善制品中应力不均的状况,使机械性能均一。对结晶型聚合物,拉伸强度都表现出各向异性的特点。


熔体温度的提高,不论对结晶型还是非结晶型聚合物都会导致拉伸强度的降低,但二者机理却不一样:前者是由于结晶度降低而影响的;后者是通过取向作用而影响。
 
2.冲击强度
注塑制品的冲击强度表现出更突出的各向异性。冲击强度除与聚合物的分子结构和注塑工艺条件有关外,还与制品结构形状、浇口和位置、数目、分布及排列形式有关。这是因为冲击强度,主要由聚合物加工过程形成的内应力(取向应力、温度应力、形变-诱导应力)所决定。
 
3.制品收缩


(1)收缩过程
注塑制品在成型过程的收缩可分3个阶段。
第一阶段是在浇口凝固前的保压阶段。制品的收缩很大程度上取决于熔体的补偿程度。由于模具温度低,熔体温度在不断地下降,熔体密度和黏度在不断地提高。因此,这时熔体的补偿能力主要取决于保压压力的大小和维持向模内传递的时间。


第二阶段是从浇口凝固开始至脱模的冷却阶段。这个阶段再无熔体进入模腔内,制品的重量不会再改变,但制品的密度或比容将发生变化。


第三阶段是从脱模开始至使用阶段的收缩。这是属于自由收缩。


(2)收缩率的控制
① 注塑工艺方面
a.模具温度不要太高。例如对聚甲醛制品。当模具温度80℃+40℃时,则收缩率为+5%。


b.料筒温度不要太高。例如聚甲醛制品,当熔体温度为190℃+10℃时,则收缩率为+2.5%。


c.注射压力可适当提高。例如,对聚甲醛制品,当注射压力为78Mpa+9.8Mpa时,则收缩率为+5%。


d.适当提高注射速率。
e.保压时间要设定长些。
f.适当地增加冷却时间。
g.控制模具的冷却速度。


② 材料方面
a.选择颗粒均匀的物料,使料粒受热均匀,各处温度一致,使冷却速度均一。
b.要选择分子量大小和熔体指数适宜,分子量分布均匀的材料,使工艺条件易于控制,充摸流动稳定,有利于减少收缩。


c.对于结晶型聚合物提供减少结晶度和稳定结晶度的条件,对非结晶型聚合物要创造减少解取向的因素。


d.选择吸湿性小的聚合物,通过干燥、降低水分,可减少收缩。
e.选用流动性好,熔体指数低的聚合物。
f.选用有增强填料的复合材料,可减少收缩。


③ 在模具方面
a.根据模具收缩率,把模具型腔尺寸公差设计合理,选择膨胀系数小的模具材料。


b.浇口截面积适当加大,有助于减少收缩。例如对聚甲醛当浇口截面积为1mm2±0.2mm2时,则收缩率变化。
c.缩短内流道,减少流长比,有利于补缩。
d.金属嵌件使用要合理,尺寸大的嵌件要预热。
e.模具中冷却水孔的分布要均匀,冷却效率要高。


④ 设备方面
要选择具有较先进技术参数和控制性能优越的注塑机。
a.料筒温度及喷嘴温度的控制系统要求稳定、可靠、控制精度要高。例如用三元控制(比例-微分-积分)
b.选用塑化功能强,塑化质量均匀的高效螺杆。
c.螺杆计量准确,精度高。
d.能根据制品与材料选择注射压力和注射速度的多级控制。
e.冷却周期准确,设定合里。
f.合摸机械系统刚性大,合摸力足。
g.注射机油温稳定,压力和流量波动范围小。
h.模温控制稳定。


⑤ 制品方面
a.制品厚度在能保证所要求的强度、刚度的情况下,适当减薄。有利于减少收缩。例如聚甲醛制品,当壁厚为2mm±1mm时,则收缩变化±2%,但薄壁制品会使各向异性收缩加大。
b.制品厚度均匀会改善收缩。
c.带有加强筋的制品可减少收缩。
d.制品几何形状尽量简单对称,可使收缩均匀。
e.边框补强会减少收缩。
由上可知,理解制品的收缩和对其控制是十分重要的,因为这实际上是对制品几何精度和尺寸精度的控制问题。


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