立式注塑机成型制品收缩率（二）

发布日期：2015/9/28 13:14:27

        1.2立式注塑机注塑成型制品收缩率的影响因素
        塑料的主要组成部分是高分子聚合物(简称高聚物),因此塑料的基本性能来源于高聚物的物理化学特性。高聚物按照分子构型分为线型高聚物和体型高聚物。热塑性塑料的高分子是线型结构,分子链由许多相同的结构单元以共价健按一定方式重复连接而成,分子链之间以范德华力或是以氢键相吸引,因此热塑性塑料既有一定的强度,也有弹性和塑性,升高温度能够使之熔化;热固性塑料在预聚体阶段是线型大分子聚合物,但在固化过程中发生化学反应,分子链之间有原子用共价健相结合,形成空间网状结构,也就是体型结构,使固化后的热固性塑料的大分子相互之间不能发生移动,整个物质就是一个庞大的巨型分子,所以热固性塑料制品的脆性大,没有弹性和塑性,受热后不再熔化,如果温度过高,只能发生分解。立式注塑机注塑模主要用于热塑性塑料制品的成型I5],近年来热固性塑料立式注塑机注塑成型方法的应用也在逐渐增加。
        本文的研究仅限于热塑性塑料的常规立式注塑机注塑成型制品,即认为在立式注塑机注塑成型过程中没有化学反应发生,立式注塑机注塑材料只经历物理变化过程。对热塑性塑料立式注塑机注塑成型制品收缩率有影响的诸多因素分别来自三个方面:立式注塑机注塑材料特性、立式注塑机注塑工艺条件和模具成型结构。下面分别进行阐述。
        1.2.1立式注塑机注塑材料特性线型高聚物的特点是分子主链中的共价单键能够进行内旋转l6],这是线型高聚物具有柔性的根源。但高分子主链的内旋转不是自由的,高分子相邻链节中非键合原子或基团之间的相斥作用以及分子间的相互作用力使高聚物对外界刺激的响应与外界刺激作用时间的长短有关。对高聚物施加外力与改变高聚物的温度,都属于外界刺激,所引起的高聚物的体积变化是高聚物对外界刺激的响应。高聚物的体积由高分子本身固有体积与高分子间的空隙(又称自由体积)组成。
        氰聚物的体积收缩是缩小分子间的空隙,是通过高分子链段不断与空隙交换位置、将空隙逐渐转移到塑料制品表面井释出而实现的。高聚物的分子运动能力越强,达到与外界刺激相平衡的体积所需要的时间越短,因此凡是对高聚物分子运动能力有影响的分子结构因素均影响塑料制品的体积收缩过程:
        (1)高分子的主链结构主链结构对高分子运动能力的影响很大。若主链全部由单键组成,由于单键可以内旋转,所以高分子的运动能力较强。但不同的单键,其内旋转能力仍有所差异。例如碳一杂原子单键的旋转活化能小于C一C单键,因此主链结构为一C一51一,一C一S一,一C一一N一及一C一0一的高分子运动能力大于主链结构为一C一C一的高分子运动能力。高分子主链中的双键本身不能内旋转。但如果是非共扼双键,反而会使高分子运动能力增加,因为组成双键的两个原子上各减少了一个基团,使主链内旋转受到的阻力较单键为小,这种阻力的减小足以抵消由于双键本身不能内旋转而带来的影响;如果是共扼双键,则分子链呈刚性。当主链中含有苯环、蔡环等芳杂环时,由于芳杂环不能内旋转,所以高分子运动能力差,分子链呈刚性。
        (2)高分子的侧基当侧基为极性基团时,极性大则侧基内旋转活化能与分子间作用力增加,使分子运动能力降低。当侧基为非极性基团时,若侧基内旋转势垒小,则因侧基体积的增加使分子堆积松散而有刊丁分了泛动,忿侧星六旋车专势垒较大则侧基竹积的增加会增大对主链内旋转的空间阻碍效应,使分子运动能力降低。
        (3)高分子链的两个规则性热塑性塑料分子长链之间的排列方式,有时是有规则性的,因而导致高聚物有可能结晶,所以热塑性塑料分为结晶性与非结晶性(又称无定形)两种。结晶性塑料在其熔体凝固的过程中,随冷却速度而异发生不同程度的结晶,结晶区域的大分子进行有序排列,使分子间的空隙显著减小,宏观上产生塑料制品的体积收缩。当热塑性塑料的高分子具有化学结构的规则性和几何结构的规则性时,分子长链易于呈三维长程有序排列在晶格上,即形成晶体。
        例如无支链聚乙烯的化学结构最为简单,其几何结构也最规整,因而最容易形成晶体,结晶速度最快;聚苯乙烯的化学结构虽是规则的,但侧基在空间是采取任意构型,JL何规整性差,因而难以结晶:聚氯乙烯中氯原子在分子链上排列的构型是无规的,而且氯原子和氢原子的半径相差又较大,所以几何规则性差,不易结晶。非结晶性塑料立式注塑机注塑成型制品的体积收缩,完全是温度下降所引起的,称为热收缩;结晶性塑料立式注塑机注塑成型制品的体积收缩,包括温度下降所引起的热收缩与晶体形成所引起的结晶收缩。结晶性立式注塑机注塑制品的收缩率明显大于非结晶性立式注塑机注塑制品的收缩率。
        (4)添加剂塑料颗粒是由合成树脂(包括高聚物及其预聚体)加入稳定剂、着色剂、增塑剂、填料等添加剂后,经过混炼、冷却、粉碎而得到的。这些添加剂对立式注塑机注塑制品的收缩也会有影响。例如增塑剂是向高聚物中添加的低分子物质,由于增塑剂分子与高分子有较强的亲和力,使高分子之间的作用力减弱,因此高分子链的柔性增加、分子运动能力提高;而填料则通常会阻碍高分子的运动,使高分子的运动能力降低。1.2.2立式注塑机注塑工艺条件在立式注塑机注塑机控制面板上能够设定的工艺参数有:料筒温度(包括喷嘴温度),注射压力,注射速度,保压压力,保压时间与模内冷却时间。注射机料筒外壁装有电热圈进行加热,在料筒内壁附近有热电偶与恒温控制仪表相连,因此控制面板上所设的温度值是料筒内壁与喷嘴内壁的温度。
        由于塑料是不良导热体,所以塑料的实际温度不仅与设定的料筒及喷嘴温度相关,还与塑料在高温料筒内受热的时间有关。如果立式注塑机注塑成型制品是厚壁,则所需要的模内冷却时间较长,相应地塑料在料筒内受热的时间也将延长。在实际立式注塑机注塑生产时,需要操作者通过观察熔体对空注射的料流外观与试生产制品的外观来判断料筒及喷嘴温度是否合适。当操作者找到适合于某一特定塑料制品的料筒及喷嘴温度后,通常就不再发生改变。研究料筒温度对立式注塑机注塑成型制品收缩率的影响方式更偏重的是理论方面的意义。
        立式注塑机注塑工艺参数中能够在较大范围内变化的是注射压力、注射速度、保压压力、保压时间与模内冷却时间,操作者主要通过调招这几项参数值来得到外观的立式注塑机注塑成型制品。立式注塑机注塑模具成型表面的温度并不均同,作为成型工艺条件之一的模具温度只是抽象的概念,而且注射机操作者也很少调整模具冷却(或加热)介质的温度,不过探讨模具温度对立式注塑机注塑成型制品收缩率的影响对于立式注塑机注塑生产有一定的指导意义,因此在下文中一并进行讨论。通过分析文献的实验数据与观点,得出以下结论:
        (1)对于薄壁塑料制品,料筒温度升高则立式注塑机注塑成型制品收缩率一「降,原因是随着塑料熔体温度的升高,熔体粘度降低,流动阻力减小,有利于成型压力的传递与模腔内物料的压实,从而使熔体温度升高所产生的热收缩量增大的现象退居次要地位;但如果浇口截面尺寸小或塑料制品厚度较大,使浇口固化早,切断了料流途径,则立式注塑机注塑成型制品收缩率将随料筒温度的升高而降低。
        (2)提高注射压力与注射速度,能够降低立式注塑机注塑成型制品收缩率。因为充模过程加快后,一方面因塑料熔体的剪切发热而提高了熔体温度、减少了流动阻力,另一方面还可以在熔体温度尚高、流动阻力较小的状态下较早进入保压补料阶段。尤其对于薄壁塑料制品和小浇口塑料制品,由于冷却速度快,更应该尽量缩短充模过程。
        (3)保压压力与保压时间对立式注塑机注塑成型制品收缩率的影响最大。增大保压压力与延长保压时间能使模腔内塑料制品密实、收缩率减小,这是因为熔融树脂在成型压力的作用下受到压缩,压力愈高,发生的压缩量愈大,压力解除后的弹性回复也愈大,因此收缩率愈小。
        (4)对于结晶型塑料,模具温度高,会使模腔内熔体热量保持的时间长、制品冷却得慢,虽然冷却速度的降低有利于物料压实,但更有利于冷却过程中高分子的充分结晶,结晶度提高,结果是收缩率增大。对于非结晶型塑料,当模具温度处于较低温度范围内时,立式注塑机注塑成型制品的脱模温度与环境温度之间的差别较小,这样模具温度升高所带来的模壁附近固化层增长速度减慢、料流中心有效流通截面增大、有利于物料压实的作用比较明显,所以收缩率随模温的升高而减小;当模具温度高于50“C时,随模具温度的升高,立式注塑机注塑成型制品的脱模温度与环境温度之间的差别显著,后收缩增大,超过了模温升高所带来的物料压实的作用,结果是收缩率随模温的升高而增大。但对于聚碳酸酷,由于其熔体流动性差,升高模具温度能有效降低其熔体粘度、减小料流阻力,因而收缩率始终随模温的升高而减小。
        (5)当立式注塑机注塑成型制品在模内不能完全自由收缩时,随着模内冷却时间的延长,模内收缩过程受阻碍的尺寸的收缩率减小,从而拉大了与模内收缩过程不受阻碍的尺寸收缩率之间的差距。
        1.2.3模具成型结构
        模具成型结构包括模腔的形状与尺寸,浇注系统的形状与尺、j一,以及模具冷却(或加热)回路的分布。模具成型结构从根本上决定了充模过程中塑料熔体的流动前沿将如何推进洲1221与熔接痕的位置,以及模内冷却过程结束时立式注塑机注塑制品的温度分布与收缩率分布。
        如果型腔或型芯对立式注塑机注塑成型制品的收缩有阻碍,那么立式注塑机注塑成型制品在脱模以前一直处于非自由收缩状态,存在模内限定效应。型腔或型芯对立式注塑机注塑成型制品收缩过程的阻碍,能够导致立式注塑机注塑成型制品各部分的收缩情况产生巨大的差异。
        模内收缩过程不受阻碍的尺寸的收缩率,可以达到模内收缩受阻碍的尺寸收缩率的2倍左右。模腔厚度大的部位,内部制品的冷却缓慢,当浇口封闭时,此处物料芯部的温度仍然较高,比容较大,在浇口封闭后,芯部的冷却收缩得不到补料,使此处的收缩量增大。通常在立式注塑机注塑成型制品的形状设计中,避免出现厚度差别较大的部位,而是让立式注塑机注塑成型制品各处的厚度都尽可能相等。浇口截面尺寸大时,有利于压力的传递,提高模腔压力,并推迟浇口凝固时刻,增大补料量,因此降低立式注塑机注塑成型制品的收缩率，但浇口过大会在立式注塑机注塑成型制品表面留下明显的痕迹,所以一般选择小尺寸浇口并且安排在隐蔽的位置,可以通过增加浇口数目来改善充模与保压情况。
        模具冷却回路的分布,影响型腔表面的温度,从而影响立式注塑机注塑成型制品各点的冷却速度与收缩过程。模腔表面距离模具冷却回路较近的地方,受冷却介质的影响较强,使此处的塑料熔体冷却得快,这一方面缩短了温度变化的件用时}句,使塑料的实际比容值与平衡状态下的比容值乙间的差距加大,另一方面当进入模内收缩阶段时,此处的立式注塑机注塑成型制品表面层温度已经很低,所以能够发生的收缩程度较小。在影响收缩率的三方面因素中,模具成型结构是使立式注塑机注塑成型制品各处收缩情况不同的主要因素。

【返回】