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塑料成型是將各種形態(tài)(粉料、粒料、溶液和分散體)的塑料制成所需形狀的制品或坯件的過(guò)程。成型的方法多達(dá)三十幾種。
塑料成型的工藝特性
收縮率
塑件自模具中取出冷卻到室溫后，發(fā)生尺寸收縮這種性能稱(chēng)為收縮性。由于收縮不僅是樹(shù)脂本身的熱脹冷縮，而且還與各成形因素有關(guān)，所以成形后塑件的收縮應(yīng)稱(chēng)為成形收縮。
1、成形收縮的形式成形收縮主要表現(xiàn)在下列幾方面
(1)塑件的線尺寸收縮由于熱脹冷縮，塑件脫模時(shí)的彈性恢復(fù)、塑性變形等原因?qū)е滤芗撃＠鋮s到室溫后其尺寸縮小，為此型腔設(shè)計(jì)時(shí)必須考慮予以補(bǔ)償。
(2)收縮方向性成形時(shí)分子按方向排列，使塑件呈現(xiàn)各向異性，沿料流方向(即平行方向)則收縮大、強(qiáng)度高，與料流直角方向(即垂直方向)則收縮小、強(qiáng)度低。
另外，成形時(shí)由于塑件各部位密度及填料分布不勻，故使收縮也不勻。產(chǎn)生收縮差使塑件易發(fā)生翹曲、變形、裂紋，尤其在擠塑及注射成形時(shí)則方向性更為明顯。
因此，模具設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)考慮收縮方向性按塑件形狀、流料方向選取收縮率為宜。
(3)后收縮塑件成形時(shí)，由于受成形壓力、剪切應(yīng)力、各向異性、密度不勻、填料分布不勻、模溫不勻、硬化不勻、塑性變形等因素的影響，引起一系列應(yīng)力的作用，在粘流態(tài)時(shí)不能全部消失，故塑件在應(yīng)力狀態(tài)下成形時(shí)存在殘余應(yīng)力。
當(dāng)脫模后由于應(yīng)力趨向平衡及貯存條件的影響，使殘余應(yīng)力發(fā)生變化而使塑件發(fā)生再收縮稱(chēng)為后收縮。一般塑件在脫模后10小時(shí)內(nèi)變化最大，24小時(shí)后基本定型，但最后穩(wěn)定要經(jīng)30-60天。通常熱塑性塑料的后收縮比熱固性大，擠塑及注射成形的比壓塑成形的大。
(4)后處理收縮有時(shí)塑件按性能及工藝要求，成形后需進(jìn)行熱處理，處理后也會(huì)導(dǎo)致塑件尺寸發(fā)生變化。故模具設(shè)計(jì)時(shí)對(duì)高精度塑件則應(yīng)考慮后收縮及后處理收縮的誤差并予以補(bǔ)償。
2、收縮率計(jì)算塑件成形收縮可用收縮率來(lái)表示
如公式(1-1)及公式(1-2)所示。
(1-1) Q實(shí)=(a-b)/b×100
(1-2) Q計(jì)=(c-b)/b×100
式中：Q實(shí)—實(shí)際收縮率(%)
Q計(jì)—計(jì)算收縮率(%)
a —塑件在成形溫度時(shí)單向尺寸(mm)
b —塑件在室溫下單向尺寸(mm)
c —模具在室溫下單向尺寸(mm)
實(shí)際收縮率為表示塑件實(shí)際所發(fā)生的收縮，因其值與計(jì)算收縮相差很小，所以模具設(shè)計(jì)時(shí)以Q計(jì)為設(shè)計(jì)參數(shù)來(lái)計(jì)算型腔及型芯尺寸。
3、影響收縮率變化的因素
在實(shí)際成形時(shí)不僅不同品種塑料其收縮率各不相同，而且不同批的同品種塑料或同 一塑件的不同部位其收縮值也經(jīng)常不同，影響收縮率變化的主要因素有如下幾個(gè)方面。
(1)塑料品種各種塑料都有其各自的收縮范圍，同種類(lèi)塑料由于填料、分子量及配比等不同，則其收縮率及各向異性也不同。
(2)塑件特性塑件的形狀、尺寸、壁厚、有無(wú)嵌件，嵌件數(shù)量及布局對(duì)收縮率大小也有很大影響。
(3)模具結(jié)構(gòu)模具的分型面及加壓方向，澆注系統(tǒng)的形式，布局及尺寸對(duì)收縮率及方向性影響也較大，尤其在擠塑及注射成形時(shí)更為明顯。
(4)成形工藝 擠塑、注射成形工藝一般收縮率較大，方向性明顯。預(yù)熱情況、成形溫度、成形壓力、保持時(shí)間、填裝料形式及硬化均勻性對(duì)收縮率及方向性都有影響。
如上所述模具設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)根據(jù)各種塑料的說(shuō)明書(shū)中所提供的收縮率范圍，并按塑件形狀、尺寸、壁厚、有無(wú)嵌件情況、分型面及加壓成形方向、模具結(jié)構(gòu)及進(jìn)料口形式尺寸和位置、成形工藝等諸因素綜合地來(lái)考慮選取收縮率值。對(duì)擠塑或注射成形時(shí)，則常需按塑件各部位的形狀、尺寸、壁厚等特點(diǎn)選取不同的收縮率。
另外，成形收縮還受到各成形因素的影響，但主要決定于塑料品種、塑件形狀及尺寸。所以成形時(shí)調(diào)整各項(xiàng)成形條件也能夠適當(dāng)?shù)馗淖兯芗氖湛s情況。
流動(dòng)性
塑料在一定溫度與壓力下填充型腔的能力稱(chēng)為流動(dòng)性。這是模具設(shè)計(jì)時(shí)必須考慮的一個(gè)重要工藝參數(shù)。流動(dòng)性大易造成溢料過(guò)多，填充型腔不密實(shí)，塑件組織疏松，樹(shù)脂、填料分頭聚積，易粘模、脫模及清理困難，硬化過(guò)早等弊病。但流動(dòng)性小則填充不足，不易成形，成形壓力大。所以選用塑料的流動(dòng)性必須與塑件要求、成形工藝及成形條件相適應(yīng)。模具設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)根據(jù)流動(dòng)性能來(lái)考慮澆注系統(tǒng)、分型面及進(jìn)料方向等等。
熱固性塑料流動(dòng)性通常以拉西格流動(dòng)性(以毫米計(jì))來(lái)表示。數(shù)值大則流動(dòng)性好，每一品種的塑料通常分三個(gè)不同等級(jí)的流動(dòng)性，以供不同塑件及成形工藝選用。一般塑件面積大、嵌件多、型芯及嵌件細(xì)弱，有狹窄深槽及薄壁的復(fù)雜形狀對(duì)填充不利時(shí)，應(yīng)采用流動(dòng)性較好的塑料。擠塑成形時(shí)應(yīng)選用拉西格流動(dòng)性150mm以上的塑料，注射成形時(shí)應(yīng)用拉西格流動(dòng)性200mm以上的塑料。
為了保證每批塑料都有相同的流動(dòng)性，在實(shí)際中常用并批方法來(lái)調(diào)節(jié)，即將同一品種而流動(dòng)性有差異的塑料加以配用，使各批塑料流動(dòng)性互相補(bǔ)償，以保證塑件質(zhì)量。但必須指出塑料的注動(dòng)性除了決定于塑料品種外，在填充型腔時(shí)還常受各種因素的影響而使塑料實(shí)際填充型腔的能力發(fā)生變化。如粒度細(xì)勻(尤其是圓狀粒料)，濕度大、含水分及揮發(fā)物多，預(yù)熱及成形條件適當(dāng)，模具表面光潔度好，模具結(jié)構(gòu)適當(dāng)?shù)葎t都有利于改善流動(dòng)性。
反之，預(yù)熱或成形條件不良、模具結(jié)構(gòu)不良流動(dòng)阻力大或塑料貯存期過(guò)長(zhǎng)、超期、貯存溫度高(尤其對(duì)氨基塑料)等則都會(huì)導(dǎo)致塑料填充型腔時(shí)實(shí)際的流動(dòng)性能下降而造成填充不良。
比容及壓縮率
比容為每一克塑料所占有的體積(以厘米3/克計(jì))。壓縮率為塑粉與塑件兩者體積或比容之比值(其值恒大于 1)。它們都可被用來(lái)確定壓模裝料室的大小。
其數(shù)值大即要求裝料室體積要大，同時(shí)又說(shuō)明塑粉內(nèi)充氣多，排氣困難，成形周期長(zhǎng)，生產(chǎn)率低。比容小則反之，而且有利于壓錠，壓制。各種塑料的比容詳見(jiàn)表1-1。但比容值也常因塑料的粒度大小及顆粒不均勻度而有誤差。
硬化特性
熱固性塑料在成形過(guò)程中在加熱受壓下轉(zhuǎn)變成可塑性粘流狀態(tài)，隨之流動(dòng)性增大填充型腔，與此同時(shí)發(fā)生縮合反應(yīng)，交聯(lián)密度不斷增加，流動(dòng)性迅速下降，融料逐漸固化。
模具設(shè)計(jì)時(shí)對(duì)硬化速度快，保持流動(dòng)狀態(tài)短的料則應(yīng)注意便于裝料，裝卸嵌件及選擇合理的成形條件和操作等以免過(guò)早硬經(jīng)或硬化不足，導(dǎo)致塑件成形不良。
硬化速度一般可從保持時(shí)間來(lái)分析，它與塑料品種、壁厚、塑件形狀、模溫有關(guān)。但還受其它因素而變化，尤其與預(yù)熱狀態(tài)有關(guān)，適當(dāng)?shù)念A(yù)熱應(yīng)保持使塑料能發(fā)揮出最大流動(dòng)性的條件下，盡量提高其硬化速度，一般預(yù)熱溫度高，時(shí)間長(zhǎng)(在允許范圍內(nèi))則硬化速度加快，尤其預(yù)壓錠坯料經(jīng)高頻預(yù)熱的則硬化速度顯著加快。
另外，成形溫度高、加壓時(shí)間長(zhǎng)則硬化速度也隨之增加。因此，硬化速度也可調(diào)節(jié)預(yù)熱或成形條件予以適當(dāng)控制。
硬化速度還應(yīng)適合成形方法要求，例注射、擠塑成型時(shí)應(yīng)要求在塑化、填充時(shí)化學(xué)反應(yīng)慢、硬化慢，應(yīng)保持較長(zhǎng)時(shí)間的流動(dòng)狀態(tài)，但當(dāng)充滿(mǎn)型腔后在高溫、高壓下應(yīng)快速硬化。
水分及揮發(fā)物含量
各種塑料中含有不同程度的水分、揮發(fā)物含量，過(guò)多時(shí)流動(dòng)性增大、易溢料、保持時(shí)間長(zhǎng)、收縮增大，易發(fā)生波紋、翹曲等弊病，影響塑件機(jī)電性能。但當(dāng)塑料過(guò)于干燥時(shí)也會(huì)導(dǎo)致流動(dòng)性不良成形困難，所以不同塑料應(yīng)按要求進(jìn)行預(yù)熱干燥，對(duì)吸濕性強(qiáng)的料，尤其在潮濕季節(jié)即使對(duì)預(yù)熱后的料也應(yīng)防止再吸濕。
由于各種塑料中含有不同成分的水分及揮發(fā)物，同時(shí)在縮合反應(yīng)時(shí)要發(fā)生縮合水分，這些成分都需在成形時(shí)變成氣體排出模外，有的氣體對(duì)模具有腐蝕作用，對(duì)人體也有刺激作用。為此在模具設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)對(duì)各種塑料此類(lèi)特性有所了解，并采取相應(yīng)措施，如預(yù)熱、模具鍍鉻，開(kāi)排氣槽或成形時(shí)設(shè)排氣工序。
