塑胶成型基本工艺.doc
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1、塑胶成型工艺热塑性塑料成型 热塑性塑料品种每繁多,虽然同一品种也由于树脂分子及附加物配比不同而使其使 用及工艺特性也有所不同。此外,为了变化原有品种特性,惯用共聚、交联等各种化学 办法在原有树脂构造中导入一定比例量其他单体或高分子等,以变化原 有树脂构导致为具备新改进物性和加工性改性产品。例如,ABS即为在聚苯乙烯分子 中导入了丙烯腈、丁二烯等第二和第三单体后成为改性共聚物,可看作称改性聚苯乙烯,具备比 聚苯乙烯优秀综合性能,工艺特性。由于热塑性塑料品种多、性能复杂,虽然同一类塑料 也有仅供注塑用和挤出用之分,故本章节重要简介各种注塑用热塑性塑料。 1、收缩率 热塑性塑料成型收缩形式及计算如前
2、所述,影响热塑性塑料成型收缩因素如下: 1.1塑料品种热塑性塑料成型过程中由于还存在结晶化形起体积变化,内应力强, 冻结在塑件内残存应力大,分子取向性强等因素,因而与热固性塑料相比则收缩率较大, 收缩率范畴宽、方向性明显,此外成型后收缩、退火或调湿解决后收缩率普通也都比热 固性塑料大。 1.2塑件特性成型时熔融料与型腔表面接触外层及时冷却形成低密度固态外壳。由 于塑料导热性差,3使塑件内层缓慢冷却而形成收缩大高密度固态层。因此壁厚、冷却 慢、高密度层厚则收缩大。此外,有无嵌件及嵌件布局、数量都直接影响料流方向,密 度分布及收缩阻力大小等,因此塑件特性对收缩大小、方向性影响较大。 1.3进料口形
3、式、尺寸、分布这些因素直接影响料流方向、密度分布、保压补缩作 用及成型时间。直接进料口、进料口截面大(特别截面较厚)则收缩小但方向性大,进 料口宽及长度短则方向性小。距进料口近或与料流方向平行则收缩大。 1.4成型条件模具温度高,熔融料冷却慢、密度高、收缩大,特别对结晶料则因结晶 度高,体积变化大,故收缩更大。模温分布与塑件内外冷却及密度均匀性也关于,直接影 响到各某些收缩量大小及方向性。此外,保持压力及时间对收缩也影响较大,压力大、时 间长则收缩小但方向性大。注塑压力高,熔融料粘度差小,层间剪切应力小,脱模后弹性 回跳大,故收缩也可适量减小,料温高、收缩大,但方向性小。因而在成型时调节模温、
4、压力、注塑速度及冷却时间等诸因素也可恰当变化塑件收缩状况。 模具设计时依照各种塑料收缩范畴,塑件壁厚、形状,进料口形式尺寸及分布 状况,按经验拟定塑件各部位收缩率,再来计算型腔尺寸。对高精度塑件及难以掌握收 缩率时,普通宜用如下办法设计模具: 对塑件外径取较小收缩率,内径取较大收缩率,以留有试模后修正余地。 试模仿定浇注系统形式、尺寸及成型条件。 要后解决塑件经后解决拟定尺寸变化状况(测量时必要在脱模后24小时后来)。 按实际收缩状况修正模具。 再试模并可恰本地变化工艺条件略微修正收缩值以满足塑件规定。 2、流动性 2.1热塑性塑料流动性大小,普通可从分子量大小、熔融指数、阿基米德螺旋线流动长
5、 度、体现粘度及流动比(流程长度/塑件壁厚)等一系列指数进行分析。分子量小,分子量 分布宽,分子构造规整性差,熔融指数高、螺流动长度长、体现粘度小,流动比大则流 动性就好,对同一品名塑料必要检查其阐明书判断其流动性与否合用于注塑成型。按模 具设计规定大体可将惯用塑料流动性分为三类: 流动性好尼龙、聚乙烯、聚苯乙烯、聚丙烯、醋酸纤维素、聚(4)甲基戍烯; 流动性中档聚苯乙烯系列树脂(如ABS、AS)、有机玻璃、聚甲醛、聚苯醚; 流动性差聚碳酸酯、硬聚氯乙烯、聚苯醚、聚砜、聚芳砜、氟塑料。 2.2各种塑料流动性也因各成型因素而变,重要影响因素有如下几点: 温度料温高则流动性增大,但不同塑料也各有差
6、别,聚苯乙烯(特别耐冲击 型及MFR值较高)、聚丙烯、尼龙、有机玻璃、改性聚苯乙烯(如ABS、AS)、聚碳酸酯、醋 酸纤维素等塑料流动性随温度变化较大。对聚乙烯、聚甲醛、则温度增减对其流动性影响 较小。所此前者在成型时宜调节温度来控制流动性。 压力注塑压力增大则熔融料受剪切作用大,流动性也增大,特别是聚乙烯、聚 甲醛较为敏感,因此成型时宜调节注塑压力来控制流动性。 模具构造浇注系统形式,尺寸,布置,冷却系统设计,熔融料流动阻力(如 型面光洁度,料道截面厚度,型腔形状,排气系统)等因素都直接影响到熔融料在型腔内 实际流动性,凡促使熔融料减少温度,增长流动性阻力则流动性就减少。模具设计时应依照所用
7、塑料流动性,选用合理构造。成型时则也可控制料温,模温及注塑压力、注塑速度等因素来恰本地调节填充状况以满足成型需要。 3、结晶性 热塑性塑料按其冷凝时无浮现结晶现象可划分为结晶型塑料与非结晶型(又称无 定形)塑料两大类。 所谓结晶现象即为塑料由熔融状态到冷凝时,分子由独立移动,完全处在无顺序 状态,变成分子停止自由运动,按略微固定位置,并有一种使分子排列成为正规模型 倾向一种现象。 作为鉴别这两类塑料外观原则可视塑料厚壁塑件透明性而定,普通结晶性 料为不透明或半透明(如聚甲醛等),无定形料为透明(如有机玻璃等)。但也有例外情 况,如聚(4)甲基戍烯为结晶型塑料却有高透明性,ABS为无定形料但却并
8、不透明。 在模具设计及选取注塑机时应注意对结晶型塑料有下列规定及注意事项: 料温上升到成型温度所需热量多,要用塑化能力大设备。 冷却回化时放出热量大,要充分冷却。 熔融态与固态比重差大,成型收缩大,易发生缩孔、气孔。 冷却快,结晶度低,收缩小,透明度高。结晶度与塑件壁厚关于,壁厚则冷却慢, 结晶度高,收缩大,物性好。因此结晶性料应按规定必要控制模温。 各向异性明显,内应力大。脱模后未结晶化分子有继续结晶化倾向,处在 能量不平衡状态,易发生变形、翘曲。 结晶化温度范畴窄,易发生未熔粉末注入模具或堵塞进料口。 4、热敏性塑料及易水解塑料 4.1热敏性系指某些塑料对热较为敏感,在高温下受热时间较长或
9、进料口截面 过小,剪切作用大时,料温增高易发生变色、降解,分解倾向,具备这种特性塑料称 为热敏性塑料。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。 热敏性塑料在分解时产生单体、气体、固体等副产物,特别是有分解气体对人体、设备、模具均有刺激、腐蚀作用或毒性。因而,模具设计、选取注塑机及成型时都应注意,应选 用螺杆式注塑机,浇注系统截面宜大,模具和料筒应镀铬,不得有死角滞料,必要严格控 制成型温度、塑料中加入稳定剂,削弱其热敏性能。 4.2有塑料(如聚碳酸酯)虽然具有少量水分,但在高温、高压下也会发生分解, 这种性能称为易水解性,对此必要预先加热干燥。 5、应力开裂及熔体破裂
10、 5.1有塑料相应力敏感,成型时易产生内应力并质脆易裂,塑件在外力作用下或 在溶剂作用下即发生开裂现象。为此,除了在原料内加入添加剂提高开抗裂性外,对原料应 注意干燥,合理选取成型条件,以减少内应力和增长抗裂性。并应选取合理塑件形状, 不适当设立嵌件等办法来尽量减少应力集中。模具设计时应增大脱模斜度,选用合理进料口及顶 出机构,成型时应恰当调节料温、模温、注塑压力及冷却时间,尽量避免塑件过于冷脆 时脱模,成型后塑件还宜进行后解决提高抗开裂性,消除内应力并禁止与溶剂接触。 5.2当一定融熔体流动速率聚合物熔体,在恒温下通过喷嘴孔时其流速超过某值后,熔 体表面发生明显横向裂纹称为熔体破裂,有损塑件
11、外观及物性。故在选用熔体流动速率高聚 合物等,应增大喷嘴、浇道、进料口截面,减少注塑速度,提高料温。 6、热性能及冷却速度 6.1各种塑料有不同比热、热传导率、热变形温度等热性能。比热高塑化时需要 热量大,应选用塑化能力大注塑机。热变形温度高塑料冷却时间可短,脱模早,但脱模后 要防止冷却变形。热传导率低塑料冷却速度慢(如离子聚合物等冷却速度极慢),故必要充分冷 却,要加强模具冷却效果。热浇道模具合用于比热低,热传导率高塑料。比热大、热传 导率低,热变形温度低、冷却速度慢塑料则不利于高速成型,必要选用恰当注塑机及加 强模具冷却。 6.2各种塑料按其种类特性及塑件形状,规定必要保持恰当冷却速度。因
12、此模具 必要按成型规定设立加热和冷却系统,以保持一定模温。当料温使模温升高时应予冷却, 以防止塑件脱模后变形,缩短成型周期,减少结晶度。当塑料余热局限性以使模具保持一定 温度时,则模具应设有加热系统,使模具保持在一定温度,以控制冷却速度,保证流动性, 改进填充条件或用以控制塑件使其缓慢冷却,防止厚壁塑件内外冷却不匀及提高结晶度等。 对流动性好,成型面积大、料温不匀则按塑件成型状况有时需加热或冷却交替使用或局 部加热与冷却并用。为此模具应设有相应冷却或加热系统。各种塑料成型时规定模温 及热性能见表1-4及表1-5。 7、吸湿性 塑料中因有各种添加剂,使其对水分有不同亲疏限度,因此塑料大体可分为
13、吸湿、粘附水分及不吸水也不易粘附水分两种,料中含水量必要控制在容许范畴内,不 然在高温、高压下水分变成气体或发生水解作用,使树脂起泡、流动性下降、外观及力学 性能不良。因此吸湿性塑料必要按规定采用恰当加热办法及规范进行预热,在使用时还 需用红外线辐照以防止再吸湿。 增强塑料成型为了进一步改进热固性及热塑性塑料力学性能。常在塑料中加入玻璃纤维(简 称玻纤),滑石粉、云母、碳酸钙、高岭土、碳纤维等作为增强材料,以树脂为母体及粘结剂而构成新型复合材料,称为增强塑料(如环氧树脂为母体树脂 塑料增强塑料又称为玻璃钢)。 由于塑料混用玻璃纤维品种、长度、含量等不同,其工艺性及物性也各 不相似。下面重要简介
14、模塑用热固性增强塑料及注射用热塑性增强塑料。 1、热固性增强塑料 热固性增强塑料是由树脂、增强材料、助剂等构成。其中树脂作为母体和粘结剂,它 规定有良好流动性、适当固化速度、副产物少,易调节粘度和良好相溶性,并需满 足塑件及成型规定。增强材料起骨架作用,其品种规格繁多,但惯用玻璃纤维,普通用量为 60%、长度为1520毫米。助剂涉及调节粘度稀释剂(用以改进玻纤与树脂粘结)、用以调节树脂-纤维界面状态玻纤表面解决剂、用以改进流动性,减少收缩,提高光泽 度及耐磨性等用填料和着色剂等。由于选用树脂,玻纤品种规格(长度、直径, 无碱或含碱,支数,股数,加捻或无捻),表面解决剂,玻纤与树脂混制工艺(预混
15、法或 预浸法,塑料配比等不同则其性能也各不相似。 1.1加工特性 流动性增强料流动性比普通压塑料差,流动性过大时易产生树脂流失与玻 纤分头聚积。过小则成型压力及温度将明显提高。影响流动性因素诸多,要评估某种料 流动性,必要按构成作详细分析。影响流动性因素 收缩率增强塑料收缩率比普通压塑料小,它重要由 热收缩及化学构造收缩 构成。影响收缩因素一方面是塑料类种。普通酚醛比环氧、环氧酚醛、不饱和聚酯等 要大,其中不饱和聚酯料收缩最小。其他影响收缩因素是塑件形状及壁厚,厚壁则收缩 大,塑料中含填料及玻纤量大则收缩小,挥发物含量大则收缩也大,成型压力大,装料 量大则收缩小,热脱模比冷脱模收缩大,固化局限
16、性收缩大,当加压时机及成型温度恰当, 固化充分而均匀时则收缩小。同一塑件其不同部位收缩也各不相似,特别对薄壁塑件更 为突出。普通收缩率为00.3%,以0.1%0.2%居多,收缩大小还与模具构造关于,总 之拟定收缩率时应综合考虑各种因素。 压缩比增强料比容,压缩比都较普通压塑料大,预混料则更大,因而在模 具设计时需取较大装料室,此外向模内装料也较困难,特别预混料更为不便,但如采用 料坯预成型工艺则压缩比就可明显减小。 装料量普通可预先估算,经试压后再作调节。估算装料量办法可由如下四种: 计算法装料量可按公式(1-1)计算: A = V G1+(3%5%) (1-1) 式中:A-装料量(克); V
17、-塑件体积(厘米3); G-所用塑料比重(克/厘米3); 3%5%-物料挥发物、毛刺等损耗量补偿值。 形状简化计算法,将复杂形状塑件简化成由若干个简朴形状构成,同步将 尺寸也相应变更,再按简化形状进行计算。 比重比较法,当按金属或其他材料零件仿制塑件时,则可将原零件材 料比重与所选用增强塑料比重之比及原零件重量求得装料量。 注型比较法用树脂或石蜡等浇注型材料注入模具型腔成型后再以此零件 按比重比较法求得装料量。 物料状态增强料按其玻纤与树脂混合制成原料方式可分为如下三种状态。 预混料是将长达1530毫米玻纤与树脂混合烘干而成,它比容大,流 动性比预浸料好,成型时纤维易受损伤,质量均匀性差,装料
18、困难,劳动条件差。合用于 压制中小型、复杂形状塑料及大量生产时,不适当用于压制规定高强度塑件。使用预混料 时要防止料结使流动性迅速下降。该料互溶性不良,树脂与玻纤易分头聚积。 预浸料是将整束玻纤浸入树脂,烘干切短而成。它流动性比预混料差, 料束间相溶性差,比容小,玻纤强度损失小,物料质量均匀性良好,装模时易按塑件形状 受力状态进行合理辅料,合用于压制形状复杂高强度塑料。 浸毡料是将切短纤维均匀地铺在玻璃布上浸渍树脂而成毡状料,其 性能介于上述两者之间。合用压制形状简朴,厚度变化不大薄壁大型塑件。 硬化速度及贮存性增强塑料按其硬化速度可分为迅速和慢速两种。迅速料固 化快,装料模温高,为合用于压塑
19、小型塑件及大量生产时惯用原料。慢速料合用于压制大 型塑件,形状复杂或有特殊性能规定及小批量生产时,慢速料必要慎重选取升温速度,过 快易发生内应力,硬化不匀,填充不良。过慢则减少生产效率。因此模具设计时应预先了 解所用料性能和规定。 各种料均有其容许贮存期及贮存条件。凡超期或贮存条件不良者都会导致塑 料变质,影响流动性及塑件质量,故试模及生产时都应注意。 1.2成型条件(略) 热固性增强塑料成型条件 1.3塑件及模具设计注意事项 塑件设计时应注意下列事项。 塑件光洁度可达7 9,精度普通宜取35级,但沿压制方向精度不易保 证,宜取自由公差。 不易脱模,宜取较大脱模斜度。若不容许取较大脱模斜度时,
20、则塑件径 向公差宜取大。 塑件宜取回转体对称外形,不适当过高。 壁应厚而均匀,避免尖角、缺口、窄槽等形状,各面应圆弧过渡连接以 防止应力集中、死角滞料,填充不良,物料集聚堵塞流道。 孔普通应取通孔,避免用5毫米如下盲孔,盲孔底部应成半球面或圆 锥面以利物料流动,孔径及深度比普通为1213,大型塑件尽量不设计小孔,孔间距、孔边距宜取大,大密度排列小孔不适当模压成型。 螺孔比螺纹易成型,M6如下螺纹不适当成型,齿形宜用半圆形及梯形,其 圆角半径应不不大于0.3毫米,并应注意半角公差,可以参照普通塑制螺纹进行设计。当塑件 螺纹与其他材料螺纹零件接合时,要考虑其配合张力,螺纹段长度应取最小尺寸。 成型
21、压力大,嵌件应有足够强度,防止变形损坏,定位必要可靠。 收缩小,有方向性,易发生熔接不良,变形、翘曲、缩孔、裂纹及应力 集中,树脂填料分布不匀。薄壁塑件易碎,不易脱模,大面积塑件易发生波纹及物料聚积。 模具设计时应注意下列事项: 要便于装料,有助于物料流动填充型腔。 脱模斜度宜取1以上。 宜选塑件投影面大方向作为成型加压方向便于物料填充型腔,但不适当 把尺寸精度高部位和嵌件、型芯轴线垂直方向作为成型加压方向。 物料渗入力强,导致飞边厚不易去除,选取分型面时应注意飞边方向。上下 模及并镶件宜取整体构造,组合构造装配间隙不适当取大,上下模可拆成型零件宜取34级 滑动配合。 收缩率为00.3%,普通
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