热塑性塑料的工艺特性及模具设计注意问题

热塑性塑料

成形特性

        常用热塑性塑料成形特性及成形条件见表1-4及表1-5。为了进一步改善热固及热塑性塑料的机电性能。常在塑料中加入玻璃纤维填料（简称玻纤），作为增强材料，以树脂为粘结剂而组成新型复合材料，通称为增强塑料（热固性塑料的增强塑料又称为玻璃钢）。

一、热固性增强塑料

　　由于塑料配方的玻璃纤维的品种、长度、含量等不同，其工艺性及使用特性也各不相同。本节主要介绍模压用的热固性增强塑料及注射用的热塑性增强塑料。　热固性增强塑料是以树脂、增强材料、辅助剂等组成。其中树脂作为粘结剂，它要求有良好的流动性、适宜的固化速度、副产物少，易调节粘度和良好的互溶性，并需满足塑件及成形要求。增强材料起骨架作用，其品种规格繁多主要用玻璃纤维，一般含量为60%、长度为15～20毫米。
        辅助剂包括调节粘度的稀释剂（用以改进玻纤与树脂的粘结）、用以调节树脂-纤维界面状态的玻纤表面处理剂、用以改进流动性，降低收缩，提高光泽度及耐磨性等用的填料和着色颜料等。由于选用的树脂，玻纤的品种规格（长度、直径，无碱或含碱，支数，股数，加捻或无捻），表面处理剂，玻纤与树脂混制工艺（预混法或预浸法，塑料配比等不同则其性能也各不相同。

（一）工艺特性

　     1．流动性增强料的流动性比一般压塑料差，流动性过大时易产生树脂流失与玻纤分头聚积。过小则成形压力及温度将显著提高。影响流动性的因素很多，要评定某种料的流动性，必须按组成作具体分析。影响流动性的因素见表1-6。

　     2．收缩率增强塑料的收缩率比一般压塑料小，它主要由热收缩及化学结构收缩组成。影响收缩的因素首先是塑料品种。一般酚醛料比环氧、环氧酚醛、不饱和聚酯等料要大，其中不饱和聚酯料收缩最小。其它影响收缩的因素是塑件形状及壁厚，厚壁则收缩大，塑料中所含填料及玻纤量大则收缩小，挥发物含量大则收缩也大，成形压力大，装料量大则收缩小，热脱模比冷脱模的收缩大，固化不足收缩大，当加压时机及成形温度适当，固化充分而均匀时则收缩小。同一塑件其不同部位的收缩也各不相同，尤其对薄壁塑件更为突出。一般收缩率为0～0.3%，而0.1～0.2%的则居多，收缩大小还与模具结构有关，总之选择收缩时应综合考虑。

　     3．压缩比增强料的比容，压缩比都较一般压塑料大，预混料则更大，因此在模具设计时需取较大的装料室，同时向模内装料也较困难，尤其预混料更为不便，但如采用料坯预成形工艺则压缩比就可显著减小。

装料量一般可预先估算，经试压后再作调整。估算装料量的方法可由如下四种：

       （1）计算法装料量可按公式（1-3）计算：

　　　　A = V × G（1+3～5%）（1-3）

式中A——装料量（克）；
　　　　　　　　V ——塑件体积（厘米3）；
　　　　　　　　G ——所用塑料比重（克/厘米3）；
　　　　　　3～5% ——物料按发物、毛刺等损耗量补偿值。

       （2）形状简化计算法将复杂形状塑件简化成由若干个简单形状组成，同时将尺寸也相应变更再按简化形状进行计算，如图1-1所示。

       （3）比重比较法当按金属或其它材料的零件仿制塑件时，则可将原零件的材料比重及重量与所选用的增强塑料比重之比求得装料量。

       （4）注型比较法用树脂或石蜡等浇注型材料注入模具型腔成形后再以此零件按比重比较法求得装料量。

4．物料状态增强料按其玻纤与树脂混合制成原料的方式可分为如下三种状态。

       （1）预混料是将长达15～30毫米的玻纤与树脂混合烘干而成，它比容大，流动性比预浸料好，成形时纤维易受损伤，质量均匀性差，装料困难，劳动条件差。适用于压制中小型、复杂形状塑料及大量生产时，不宜用于压制要求高强度的塑件。使用预混料时要防止料“结”使流动性迅速下降。该料互溶性不良，树脂与玻纤易分头聚积。

       （2）预浸料是将整束玻纤浸入树脂，烘干切短而成。它流动性比预混料差，料束间相溶性差，比容小，玻纤强度损失小，物料质量均匀性良好，装模时易按塑件形状受力状态进行合理辅料，适用于压制形状复杂的高强度塑料。

       （3）浸毡料是将切短的纤维均匀地铺在玻璃布上浸渍树脂而成的毡状料，其性能介于上述两者之间。适用压制形状简单，厚度变化不大的薄壁大型塑件。

5．硬化速度及贮存性增强塑料按其硬化速度可分为快速和慢速两种。快速料固化快，装料模温高，为适用于压塑小型塑件及大量生产时常用原料。慢速料适用于压制大型塑件，形状复杂或有特殊性能要求及小批量生产时，慢速料必须慎重选择升温速度，过快易发生内应力，硬化不匀，填充不良。过慢则降低生产效率。所以模具设计时应预先了解所用料的要求。

　　  各种料都有其允许贮存期及贮存条件。凡超期或贮存条件不良者都会导致塑料变质，影响流动性及塑件质量，故试模及生产时都应注意。

（三）塑件及模具设计注意事项

1．塑件设计时应注意下列事项。

       （1）塑件光洁度可达7～ 9，精度一般宜取3～5级，但沿压制方向精度不易保证，宜取自由公差。

       （2）不易脱模，宜取较大脱模斜度。若不允许取较大脱模斜度时，则塑件径向公差宜取大。

       （3）塑件宜取回转体对称外形，不宜过高。

       （4）壁应厚而均匀，避免尖角、缺口、窄槽等形状，各面应圆弧过渡连接以防止应力集中、死角滞料，填充不良，物料集聚堵塞流道。

       （5）孔一般应取通孔，避免用Φ5毫米以下的盲孔，盲孔底部应成半球面或圆锥面以利物料流动，孔径及深度比一般为1∶2～1∶3，大型塑件尽量不设计小孔，孔间距、孔边距宜取大，大密度排列的小孔不宜模压成形。

       （6）螺孔比螺杆易成形，M6以下螺纹不宜成形，齿形宜用半圆形及梯形，其圆角半径应大于0.3毫米，并应注意半角公差，可以参照一般塑制的螺纹进行设计。当塑件螺纹与其它材料螺纹零件接合时，要考虑其配合张力，螺纹段长度应取最小尺寸。

       （7）成形压力大，嵌件应有足够强度，防止变形损坏，定位必须可靠。

       （8）收缩小，有方向性，易发生熔接不良，变形、翘曲、缩孔、裂纹及应力集中，树脂填料分布不匀。薄壁塑件易碎，不易脱模，大面积塑件易发生波纹及物料聚积。

2．模具设计时应注意下列事项。

       （1）要便于装料，有利于物料流动填充型腔。

       （2）脱模斜度宜取1°以上。

       （3）宜选塑件投影面大的方向作为成形加压方向便于物料填充型腔，但不宜把尺寸精度高的部位和嵌件、型芯轴线垂直方向作为加压方向。

       （4）物料渗入力强，飞边厚不易去除，选择分型面时应注意飞边方向。上下模及并镶件宜取整体结构，组合结构装配间隙不宜取大，上下模可拆成形零件宜取3～4级滑配合。

       （5）收缩率为0～0.3%，一般取0.1～0.2%，物料体积一般取塑件体积的2～3倍。

       （6）成形压力大，物料渗挤力大。模具型芯嵌件应有足够强度、防止变形、位移与损坏。尤其对细长型芯与型腔间空隙较小时更应注意。

       （7）模具应抛光、淬硬。

       （8）顶出力大，顶杆应有足够强度，顶出应均匀，顶杆不宜兼作型芯。

       （9）快速成形料在成形温度下即可脱模，慢速成形料模具应设有加热及强迫冷却措施。

二、热塑性增强塑料
　    热塑性增强塑料一般由树脂及增强材料组成。目前常用的树脂主要为尼龙、聚苯乙烯、ABS、AS，聚碳酸酯、线型聚酯、聚乙烯、聚丙烯、聚甲醛等。增强材料一般为无碱玻璃纤维（有长短两种，长纤维料一般与粒料长一致为2～3毫米，短纤维料长一般小于0.8毫米）经表面处理后与树脂配制而成。玻纤含量应按树脂比重选用最合理的配比，一般为20～40%之间。由于各种增强塑料所选用的树脂不同，玻纤长度、直径，有无含碱及表面处理剂不同其增强效果不一，成形特性也不一。

　　如前所述增强料可改善一系列机电性能，但也存在一系列缺点：冲击强度与冲击疲劳强度低（但缺口冲击强度增高）；透明性、焊接点强度也降低，收缩、强度、热膨胀率、热传导率的异向性增大。故目前该塑料主要用于塑制小型，高强度、耐热，工作环境差及高精度要求的塑件。

（一）工艺特性

　    1．流动性差增强料熔融指数比普通料低30～70%故流动性不良，易发生填充不良，熔接不良，玻纤分布不匀等弊病。尤其对长纤维料更易发生上述缺陷，并还易损伤纤维而影响机电性能。

　    2．成形收缩小、异向性明显成形收缩比普通料小，但异向性增大沿料流方向收缩小，垂直方向大，近进料口处小，远处大，塑件易发生翘曲、变形。

　    3．脱模不良、磨损大该料不易脱模，并对模具磨损大，在注射时料流对浇注系统，型芯等磨损也大。

　    4．易发生气体成形时由于纤维表面处理剂易挥发成气体、必须予以排出，不然易发生熔接不良、缺料及烧伤等弊病。

（二）成形注意事项

为了解决增强料上述工艺弊病在成形时应注意下列事项：

　    1．宜用高温、高压、高速注射。

　    2．模温宜取高（对结晶性料应按要求调节），同时应防止树脂玻纤分头聚积，玻纤裸露及局部烧伤。

　    3．保压补缩应充分。

　    4．塑件冷却应均匀。

　    5．料温、模温变化对塑件收缩影响较大，温度高收缩大，保压及注射压力增大，可使收缩变小但影响较小。

　    6．由于热刚性好，热变形温度高可在较高温度时脱模，但要注意脱模后均匀冷却。

　    7．应选用适当的脱模剂。

    　8．宜用螺杆式注射机成形。尤其对长纤维料必须用螺杆式注射机加工，如果没有螺杆式注射机则应在造粒后象短纤维料一样才可在柱塞式注射机上加工。

（三）模具设计注意事项

　    1．塑件形状及壁厚特别应考虑有利于料流畅通填充型腔，尽量避免尖角、缺口。

　    2．脱模斜度应取大，含玻璃纤维15%的可取1°～2°，含玻璃纤维30%的可取2°～3°。当不允许有脱模斜度时则应避免强行脱模，宜采用横向分型结构。

　    3．浇注系统截面宜大，流程平直而短，以利于纤维均匀分散。

　    4．设计进料口应考虑防止填充不足，异向性变形，玻璃纤维分布不匀，易产生熔接痕等因素。进料口宜取薄膜，宽薄，扇形，环形及多点形式进料口以使料流乱流，玻璃纤维分散，以减少异向性，最好不取针状进料口，进料口截面可适当增大，其长度应短。

　    5．模具型芯、型腔应有足够刚性及强度。

　    6．模具应淬硬，抛光、选用耐磨钢种，易磨损部位应便于修换。

　    7．顶出应均匀有力，便于换修。

　    8．模具应设有排气溢料槽，并宜设于易发生熔接痕部位。