没有好的注塑成型工艺，怎么可能做出好产品？

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所有加工工艺参数对于制件的尺寸都有直接或间接的影响。表1中列出了加工工艺参数的改变对于制件尺寸的影响情况。






表1
一. 力学性能和物理性能塑料制件


特别是热塑性塑料制件的力学性能和物理性能，不仅取决于材料的化学结构和性能，成型工艺参数的影响也很大。决定制件性能的因素取决于成型件的内在结构而非外观。


成型工艺的影响有时无法避免；有时需刻意选择。不同成型工艺条件对于热塑性材料的分子取向、残余应力、晶体结构和结以比 (指结晶材料)、填料的取向 (指填充材料或玻璃纤维增强材料) 等结构特性均有彬响。


熔体在料筒里的停留时间过长、温度过高以及注射过程中流道系统内显著的剪切作用还会造成分子链变短或材料降解。


(1) 分子取向


分子取向是指分子链沿着某个特定方向的排列。塑料熔体在完全松弛的状态下，各个分子链处于无规则的自由运动状态。当熔体在注射型腔中流动时，分子链被迫沿某一方向排列，表现出特定的取向，如图1。






图 1


在狭窄流道以及靠近型腔壁的区域，塑料熔体的剪切速率很高，因此熔体在这些区域被拉伸。靠近型腔壁的熔体粘附在型腔壁上，熔体中心位置的流动速度较快。


当取向后的熔体停止流动时，由于熔体的热运动(布朗运动)，分子链重新进人天规则、随机的运动状态，这个过程称为松弛。松弛速率取决于分子结构、所使用的添加剂 (内润滑剂) 的性能，以及温度和压力的高低。


相对分子质量越小，温度越高，压力越低，则松弛速率越高。在通常的注射温度下，塑料熔体在几秒中内发生松弛，而塑料熔体的固化通常只需要几分之一秒的时间，表层固化时间更短。


因此，成型过程中产生的大部分取向也被“冻结”，随着温度降低，松弛速率降低很快，在玻璃化转变温度以下或者塑料制件不再高温熔融时，实际上不会发生松弛。塑料制件取向松弛过程通常伴随着收缩，因此可以用收缩程度来衡量取向程度。注射成型引起的取向是剪切变形和拉伸的综合作用。


如图2所示，在挠口周围的熔体，受到径向剪切作用和沿流动前沿切向的拉伸作用；离浇口稍远的熔体，受到剪切、拉伸作用降低，熔体主要是在流动方向由于剪切变形而发生取向。



图2


通过观察制件横截面结构可以发现，最大剪切速率和取向发生在粘附于型腔壁的薄层中，随着固化层增加，最大取向移向型腔中心。图2-17 所示为熔体流动前锋区域存在双轴拉伸和取向。


熔体沿垂直于轴向的方向流动时，较高粘度的塑料表层受到双向拉伸后形成取向，熔体接触到型腔壁后取向“冻结”，在制件表面形成附加的横向取向。在靠近浇口附近的位置相对远离浇口位置的取向程度高。





图3


分子链的取向通常使得制件的许多性能产生明显的各项异性，制件的力学性能尤为显著。沿取向方向的强度总是高于垂直于取向方向的强度。通常希望提高取向强度，但又不降低横向强度。取向对于拉伸和冲击行为的影响非常明显。


表2 给出了加工参数与取向程度和各向异性的关系。如果材料中加入填料后，填料的取向，特别是玻璃纤维填料的取向，将加重制件的各向异性。





表2
(2) 残余应力
残余应力或内应力是指在没有外部载荷作用下制件内部的应力。残余应力在微观上是由于原子偏离平衡位置、分子链中键角变形及分子链段(次价键) 之间距离改变的结果。


与取向相反，残余应力使制件在没有外部载荷作用下失效 (变形、应力开裂等)。制件中各层不同的冷却速率是引起残余应力的主要原因。快速冷却固化的制件表层所形成的硬壳，限制了制件内部较热的材料随后的冷却收缩，从而在内层产生拉应力，而在外层产生压应力。


型腔壁温度的不均匀通常会造成表层附近拉应力较高，这些区域通常主要存在于制件的外部尖角。压缩以及保压过度产生的压力峰值会使制件中心形成过量进料和过载，同样也会形成残余应力。


如果制件的残余应力较大，制件使用过程中在有害化学介质的作用下会发生开裂，有时在顶出时就可能发生应力开裂。注塑机模板或模具在保压过程中发生变形也会出现类似的影响。保压补缩阶段接近玻璃化温度的材料流入模具中同样会产生高的应变，常在浇口附近产生集中裂纹。


二. 结晶应和结构结晶型塑料在微观范围内分子链呈有序排列，这些微观的分子群称为晶粒。塑料的结晶度越高，硬度、强度和脆性就越大。结晶度的大小主要依赖于分子结构，佴成型加工条件和后处理的影响很明显。型壁温度对结晶度和密度的影响最大，冷却速度越快，结晶度越小。


由冷却速度过快造成的制件皮层结构可能发生后结晶，使得制件的性能和尺寸在较长的时间内发生变化。高温回火后处理能够加速后结晶过程。低温条件下剪切熔体粒子也会影响结晶度，由此而产生的取向促进了球晶的形成。


因此，较低模温和较低温度下的熔体剪切，都使制品内部产生不均匀结构。不均匀性同距离浇口的位置有关。通常认为制件结构越均匀，制件的力学性能越好。








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