淺談塑膠制品的強度控制

蘇州華旃航天電器有限公司 江蘇 蘇州 215129

引言

塑料制品在如今的工業生產中應用的越來越廣泛，越來越多的替代了金屬材料制品，金屬制品所承受的功能逐漸被塑料制品所替代，因此塑料制品的強度好壞變得尤為重要，所以識別注塑過程中影響制品強度的關鍵因素，并加以控制十分必要。

1 溫度對強度的影響

注塑溫度是影響塑料制品成型的關鍵因素，主要由熔料溫度和模具溫度兩方面組成。其中熔料溫度又主要取決于料筒和噴嘴兩部分的溫度。熔料溫度高有利于減低熔料的粘度，增強熔料的流動性，注塑時熔料的壓力小，注塑出的制品表面光澤度較好。從總體上看，熔料溫度高有利于改善充模狀況以及熔料在模腔內的傳遞，降低取向性等，有利于制品的綜合性能的提高。但過高的溫度也是不可取的，當熔料溫度接近或達到原料物性溫度的上限值時，外界的熱能大于高分子的鍵能，造成分子的鏈結構被破壞，即常說的熔料熱降解，由此會導致成型后的塑膠制品的力學性能變差，強度降低。模具溫度是指在成型過程中的模具內腔表面的溫度。成型時熔料的充模流動，充模后制品的冷卻速度，以及成型后的制品性能等均受到模具溫度影響。一般來講，模具溫度高，熔料的冷卻速率小，結晶速率大，有利于分子的松弛過程，分子的取向效應小，可以使制品的冷卻速率均勻一致，制品的張力強度大，可以防止裂紋等成型缺陷的產生。

所以在產品生產前，首先要了解產品原料的熔點、分解溫度以及性能特性，這是設定注塑溫度的前提。需結合原料的物性特點充分評估驗證工藝條件，設定合理的注塑溫度。以長春PBT4130為例，其熔點為225℃，熱分解溫度為280℃，所以在實際生產中注塑溫度控制在240-260℃之間即可，不宜過高。

2 熔接痕對強度的影響

熔接痕是注塑制品常見缺陷，也是影響制品強度的重要因素。所謂熔接痕，是指在充模過程中兩股熔料相匯合時形成的線狀痕跡。研究和大量實例表明，制品上熔接痕區域的力學性能明顯要低于其他區域。而對于大多數塑膠制品而言，熔接痕卻又是比較難以避免的，但從注塑工藝，如壓力、速度、時間等以及模具結構等方面進行改進和控制，是可以消除或降低熔接痕對制品強度的影響的。如提高注射壓力可以克服流道中的阻力，把壓力傳遞到熔料前鋒，使熔料在熔接處以高壓熔合，可以使熔接痕處的密度增加，從而使熔接強度得到提高。而提升保壓壓力不僅可以給熔料分子鏈的運動提供更多的動能，而且能夠促進兩股熔料的相互結合，同樣會提高熔接區域的密度和熔接痕強度。此外縮短注射時間和提高注射速度可使熔料充模壓力提高，減少前鋒匯合前的流動時間，降低熱損耗，并加強剪切生熱，使熔料粘度下降，流動性增加，從而提高熔接痕強度。

模具方面，如果條件允許，盡可能使用一個澆口，這樣可避免從不同澆口進膠所產生的熔料冷熔接痕。對于那種因排氣不暢導致兩股料流之間產生夾層氣體，最終阻礙料流的融合的熔接痕，可以通過在模具上加開排氣槽或是真空引氣的方式減輕或消除。模具上亦可在熔接痕出現的部位設計冷料穴，使熔料前鋒在冷料穴部位進行匯合。此外，模具在設計的時候，就可以通過模流仿真分析，提前偵知熔接痕出現的位置，從而對模具和工藝進行調整，可使熔接痕位置避開制品使用時的受力點。

3 內應力對強度的影響

塑膠制品內應力是塑料粒子在熔融成型過程中，由于受注塑工藝參數(如注塑壓力、注塑溫度、保壓時間、模具溫度、等)以及所選用塑料材料本身特性等多種原因影響而產生。當塑膠制品存在嚴重內應力時，零件容易出現開裂現象。常見的主要內應力有三種：第一種：注塑過程中熔料在注塑壓力作用下使分子鏈沿注塑流動方向定向排列后被凍結而產生取向應力；第二種：在注塑完成后冷卻時，由于模具各位置的冷卻溫度不一致導致制品產生冷卻應力；第三種：塑膠制品在成型后由于模具的頂出機構設計不均勻造成頂出零件時出現變形、泛白等現象而產生的內應力。

注塑過程中的內應力或多或少會存在，不可能完全消除，但是可以采取有效措施降低內應力的產生，從而將其對強度的影響降到最低。如可以在熔料不分解的前提下，采用較高的料筒溫度，從而降低熔料的流動粘度，減小塑料制品中的取向應力；適當提升模具溫度，可以避免熔料在充模過程中遇到較低模溫而急速冷卻，產生不均勻收縮從而形成冷卻應力。此外在模具設計上可根據塑料制品形狀進行合理的澆口和流道設計，以利于成型過程中的補料，使制品得以順利成型以減少應力的形成。對于材料剛性比較大或玻璃化溫度較高的塑膠制品，可以通過熱處理的方式進行內應力的消除，比如我們常用見尼龍制品的水煮的即是使用的熱處理方式去除應力。

4 材料對強度的影響

除上述三種原因外，原材料的性能對塑膠制品強度的影響也是至關重要的。如今市場上塑料粒子魚龍混雜，大量劣質假冒材料充斥其間，如不慎誤用，將嚴重影響塑膠制品的性能質量。要保證原材料的合規性就必須規范采購渠道，從正規途經購買，有條件的可以直接從原料廠家進行購買，無法直接從原廠進行購買的，必須從有代理資質的代理廠家處進行購買，以確保原材料的正宗性。同時亦可以使用檢測設備對原材料進行檢測，如現在的紅外光譜分析的方法即可以對塑料成分進行鑒定。此外，回次料的使用對制品強度影響較大，添加比例必須嚴格控制，對于力學要求較高的塑膠制品，必須使用全新料生產，堅決不能添加回收料。

5 結束語

結合原料物性制定合理的注塑參數，同時根據制品的結構繼續進行合理的模具設計，并使用優良的材料，在這幾者的共同作用下，可實現對塑膠制品強度的有效控制和提高。