浅谈塑胶制品的强度控制

2019-07-14

探索科学(学术版) 2019年12期

苏州华旃航天电器有限公司江苏苏州 215129

引言

塑料制品在如今的工业生产中应用的越来越广泛，越来越多的替代了金属材料制品，金属制品所承受的功能逐渐被塑料制品所替代，因此塑料制品的强度好坏变得尤为重要，所以识别注塑过程中影响制品强度的关键因素，并加以控制十分必要。

1 温度对强度的影响

注塑温度是影响塑料制品成型的关键因素，主要由熔料温度和模具温度两方面组成。其中熔料温度又主要取决于料筒和喷嘴两部分的温度。熔料温度高有利于减低熔料的粘度，增强熔料的流动性，注塑时熔料的压力小，注塑出的制品表面光泽度较好。从总体上看，熔料温度高有利于改善充模状况以及熔料在模腔内的传递，降低取向性等，有利于制品的综合性能的提高。但过高的温度也是不可取的，当熔料温度接近或达到原料物性温度的上限值时，外界的热能大于高分子的键能，造成分子的链结构被破坏，即常说的熔料热降解，由此会导致成型后的塑胶制品的力学性能变差，强度降低。模具温度是指在成型过程中的模具内腔表面的温度。成型时熔料的充模流动，充模后制品的冷却速度，以及成型后的制品性能等均受到模具温度影响。一般来讲，模具温度高，熔料的冷却速率小，结晶速率大，有利于分子的松弛过程，分子的取向效应小，可以使制品的冷却速率均匀一致，制品的张力强度大，可以防止裂纹等成型缺陷的产生。

所以在产品生产前，首先要了解产品原料的熔点、分解温度以及性能特性，这是设定注塑温度的前提。需结合原料的物性特点充分评估验证工艺条件，设定合理的注塑温度。以长春PBT4130为例，其熔点为225℃，热分解温度为280℃，所以在实际生产中注塑温度控制在240-260℃之间即可，不宜过高。

2 熔接痕对强度的影响

熔接痕是注塑制品常见缺陷，也是影响制品强度的重要因素。所谓熔接痕，是指在充模过程中两股熔料相汇合时形成的线状痕迹。研究和大量实例表明，制品上熔接痕区域的力学性能明显要低于其他区域。而对于大多数塑胶制品而言，熔接痕却又是比较难以避免的，但从注塑工艺，如压力、速度、时间等以及模具结构等方面进行改进和控制，是可以消除或降低熔接痕对制品强度的影响的。如提高注射压力可以克服流道中的阻力，把压力传递到熔料前锋，使熔料在熔接处以高压熔合，可以使熔接痕处的密度增加，从而使熔接强度得到提高。而提升保压压力不仅可以给熔料分子链的运动提供更多的动能，而且能够促进两股熔料的相互结合，同样会提高熔接区域的密度和熔接痕强度。此外缩短注射时间和提高注射速度可使熔料充模压力提高，减少前锋汇合前的流动时间，降低热损耗，并加强剪切生热，使熔料粘度下降，流动性增加，从而提高熔接痕强度。

模具方面，如果条件允许，尽可能使用一个浇口，这样可避免从不同浇口进胶所产生的熔料冷熔接痕。对于那种因排气不畅导致两股料流之间产生夹层气体，最终阻碍料流的融合的熔接痕，可以通过在模具上加开排气槽或是真空引气的方式减轻或消除。模具上亦可在熔接痕出现的部位设计冷料穴，使熔料前锋在冷料穴部位进行汇合。此外，模具在设计的时候，就可以通过模流仿真分析，提前侦知熔接痕出现的位置，从而对模具和工艺进行调整，可使熔接痕位置避开制品使用时的受力点。

3 内应力对强度的影响

塑胶制品内应力是塑料粒子在熔融成型过程中，由于受注塑工艺参数(如注塑压力、注塑温度、保压时间、模具温度、等)以及所选用塑料材料本身特性等多种原因影响而产生。当塑胶制品存在严重内应力时，零件容易出现开裂现象。常见的主要内应力有三种：第一种：注塑过程中熔料在注塑压力作用下使分子链沿注塑流动方向定向排列后被冻结而产生取向应力；第二种：在注塑完成后冷却时，由于模具各位置的冷却温度不一致导致制品产生冷却应力；第三种：塑胶制品在成型后由于模具的顶出机构设计不均匀造成顶出零件时出现变形、泛白等现象而产生的内应力。

注塑过程中的内应力或多或少会存在，不可能完全消除，但是可以采取有效措施降低内应力的产生，从而将其对强度的影响降到最低。如可以在熔料不分解的前提下，采用较高的料筒温度，从而降低熔料的流动粘度，减小塑料制品中的取向应力；适当提升模具温度，可以避免熔料在充模过程中遇到较低模温而急速冷却，产生不均匀收缩从而形成冷却应力。此外在模具设计上可根据塑料制品形状进行合理的浇口和流道设计，以利于成型过程中的补料，使制品得以顺利成型以减少应力的形成。对于材料刚性比较大或玻璃化温度较高的塑胶制品，可以通过热处理的方式进行内应力的消除，比如我们常用见尼龙制品的水煮的即是使用的热处理方式去除应力。

4 材料对强度的影响

除上述三种原因外，原材料的性能对塑胶制品强度的影响也是至关重要的。如今市场上塑料粒子鱼龙混杂，大量劣质假冒材料充斥其间，如不慎误用，将严重影响塑胶制品的性能质量。要保证原材料的合规性就必须规范采购渠道，从正规途经购买，有条件的可以直接从原料厂家进行购买，无法直接从原厂进行购买的，必须从有代理资质的代理厂家处进行购买，以确保原材料的正宗性。同时亦可以使用检测设备对原材料进行检测，如现在的红外光谱分析的方法即可以对塑料成分进行鉴定。此外，回次料的使用对制品强度影响较大，添加比例必须严格控制，对于力学要求较高的塑胶制品，必须使用全新料生产，坚决不能添加回收料。