塑料与成型工艺、成型质量有关的各种性能,统称为塑料的工艺性能。对塑料的工艺性能的了解和掌握的程度,直接关系到塑料能否顺利成型和保证塑件质量,同时也影响着模具的设计要求,下面分别介绍热塑性塑料和热固性塑料成型的主要工艺性能和要求。
热塑性塑料的成型工艺性能除了热力学性能、结晶性、取向性外,还有收缩性、流动性、热敏性、水敏性、吸湿性、相容性等。
1收缩性
塑料通常是在高温熔融状态下充满模具型腔而成型的。当塑件从塑模中取出冷却到室温后,其尺寸会比原来在塑模中的尺寸减小,这种特性称为收缩性。它可用单位长度塑件收缩量的百分数来表示,即收缩率(S)。
由于这种收缩不仅是塑件本身的热胀冷缩造成的,而且还与各种成型工艺条件及模具因素有关,因此成型后塑件的收缩称为成型收缩。可以通过调整工艺参数或修改模具结构,以缩小或改变塑件尺寸的变化情况。
成型收缩分为尺寸收缩和后收缩两种形式,都具有方向性。
①塑件的尺寸收缩。由于塑件的热胀冷缩以及塑件内部的物理化学变化等原因,导致塑件脱模冷却到室温后发生的尺寸缩小现象,为此在设计模具的成型零部件时必须考虑通过设计对它进行补偿,避免塑件尺寸出现超差。
②塑件的后收缩。塑件成型时,=因其内部物理、化学及力学变化等因素产生一系列应力,塑件成型固化后存在残余应力,塑件脱模后,因各种残余应力的作用将会使塑件尺寸产生再次缩小的现象。通常,一般塑件脱模后10h内的后收缩较大,24h后基本定型,但要达到最终定型,则需要很长时间,一般热塑性塑料的后收缩大于热固性塑料。注塑和压注成型的塑件后收缩大于压缩成型塑件。为稳定塑件成型后的尺寸,有时根据塑料的性能及工艺要求,塑件在成型后需进行热处理,热处理后也会导致塑件的尺寸发生收缩,称为后处理收缩。在对高精度塑件的模具设计时应补偿后收缩和后处理收缩产生的误差。
③塑件收缩的方向性,塑料在成型过程中,高分子沿流动方向的取向效应会导致塑件的各向异性,塑件的收缩必然会因方向的不同而不同:通常沿料流的方向收缩大、强度高,而与料流垂直的方向收缩小、强度低。同时,由于塑件各个部位添加剂分布不均匀、密度不均匀,故收缩也不均匀,从而使塑件收缩产生收缩差,容易造成塑件产生翘曲、变形甚至开裂。
2流动性
在成型过程中,塑料熔体在一定的温度、压力下充填模具型腔的能力称为塑料的流动性。塑料流动性的好坏,在很大程度上直接影响成型工艺的参数,如成型温度、压力、周期、模具浇注系统的尺寸及其他结构参数。在决定塑件大小和壁厚时,也要考虑流动性的影响
流动性的大小与塑料的分子结构有关,具有线型分子而没有或很少有交联结构的树脂流动性大。塑料中加入填料,会降低树脂的流动性;而加入增塑剂或润滑剂,则可增加塑料的流动性。塑件合理的结构设计也可以改善流动性,例如在流道和塑件的拐角处采用圆角结构时会改善熔体的流动性。
塑料的流动件对塑件质量、模具设计以及成型工艺影响很大,流动性差的塑料,不容易充满型腔,易产生缺料或熔接痕等缺陷,因此需要较大的成型压力才能成型。相反,流动性好的塑料,可以用较小的成型压力充满型腔。但流动性太好,会在成型时产生严重的溢料飞边。因此,在塑件成型过程中,选用塑件材料时,应根据塑件的结构、尺寸及成型方法选择适当流动性的塑料。以获得满意的塑件。此外,模具设计时应根据塑料流动性来考虑分型面和浇注系统及进料方向:选择成型温度时也应考虑塑料的流动性。
3热敏性
各种塑料的化学结构在热量作用下均有可能发生变化,某些热稳定性差的塑料,在料温高和受热时间长的情况下就会产生降解、分解、变色的现象,这种对热量的敏感程度称。
为塑料的热敏性。热敏性很强的塑料(即热稳定性很差的塑料)通常简称为热敏性塑料如硬聚氯乙烯、聚三氟氯乙烯、聚甲醛、聚三氟氯乙烯等。这种塑料在成型过程中很容易在不太高的温度下发生热分解、热降解或在受热时间较长的情况下发生过热降解,从而影响塑件的性能和表面质量。
热敏性塑料熔体在发生热分解或热降解时,会产生各种分解物,有的分解物会对人体、模具和设备产生刺激、腐蚀或带有一定毒性:有的分解物还是加速该塑料分解的催化剂,如聚氯乙烯分解产生氮化氢,能起到进一步加剧高分子分解的作用。
为了避免热敏性塑料在加工成型过程中发生热分解现象,在模具设计、选择注塑机及成型时,可在塑料中加入热稳定剂;也可采用合适的设备(螺杆式注塑机),严格控制成型温度、模温、加热时间、螺杆转速及背压等;及时消除分解产物,设备和模具应采取防腐等措施。
(4)水敏性
塑料的水敏性是指它在高温、高压下对水降解的敏感性,如聚碳酸酯即是典型的水敏性塑料。即使含有少量水分,在高温、高压下也会发生分解。因此,水敏性塑料在成型前必须严格控制水分含量,进行干燥处理。
(5)吸湿性
吸湿性是指塑料对水分的亲疏程度。根据此特性塑料大致可分为两类:一类是具有吸水或黏附水分性能的塑料,如聚酰胺、聚碳酸酯、聚砜、ABS等:另一类是既不吸水也不易黏附水分的塑料。如聚乙烯、聚丙烯、聚甲醛等。
凡是具有吸水性倾向的塑料,如果在成型前水分没有去除,含量超过一定限度,那么在成型加工时,水分将会变为气体并促使塑料发生分解,导致塑料起泡和流动性降低,使成型变得困难,而且使塑件的表面质量和力学性能降低。因此,为保证成型的顺利进行和塑件的质量,对吸水性和黏附水分倾向大的塑料,在成型前必须除去水分,进行干燥处理,必要时还应在注塑机的料斗内设置红外线加热装置。
(6)相容性
相容性是指两种或两种以上不同品种的塑料,在熔融状态下不产生相分离现象的能力。
如果两种塑料不相容,则在混熔时制件会出现分层、脱皮等表面缺陷。不同塑料的相容性与其分子结构有一定关系,分子结构相似者铰易相容,例如高压聚乙烯、低压聚乙烯、聚丙烯彼此之间的混熔等;分子结构不相似者较难相容,例如聚乙烯和聚苯乙烯之间的混熔。塑料的相容性又俗称为共混性。通过塑料的这一性质,可以得到类似共聚物的综合性能,是改进塑料性能的重要途径之一。
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