機械性能和成形因素

吳雨其

3 `0 Q' }- W! T: n! Y* \$ o) o一. 拉伸強度和彈性模量
- b0 M7 b- n2 h/ D0 e: d0 a, S. M上述四個成形參數并不明顯影響彈性模量.拉伸強度主要受方向性影響,塑件在取向方向強度較高.有證據表明,加熱時間具有有害的影響.與沖擊性能相對照,拉伸性能受的影響處胾較低的量級內.圖八定性地表示了重要的性能響應.定量地說,在從冷熔體慢速充填到熱熔體快速充填的典型條件內.室溫時的拉伸屈服強度可降低正常值的5~10%[15].模具溫度和充填壓力無明顯的影響.
二. 彎曲強度和彎曲模量
% H8 r2 h: u! L0 t/ A這些性能對成形參數的響應與拉伸性能的相同,所以上述內容完全可用.
2 D& L3 ]/ T1 z1 t' b# p. X) S  Z三. 蠕變
  E0 ]& P: F! ]  ]可獲得的有限數據表明,成形參數對蠕變沒有明顯影響.
四. 熱扭變溫度
研究結果表明,不退火和退火材料的熱扭變溫度對成形參數響應稍有不同.不退火材料的熱扭變溫度受充填壓力和模具溫度影響,未發現熔體溫度和充填速率對此有何影響.試圖將不退火熱扭變溫度與方向性或冷卻應力相聯系的努力已經失敗[11].一個眾所周知的事實是有趣的,即退火常常將熱扭變溫度提高400F.文獻[4]在分子松馳概念基礎上解釋了成形參數的影響.圖九表明,過高的充填壓力使不退火熱扭變溫度損失10~150F[15].冷模具(800F)也能使不退火熱扭變溫度降低100F[11].高充填壓力和快速冷卻阻礙分子運作,并且阻礙塑料分子的優惠排列.
另一方面,充填壓力.模具溫度或充填速度對退火熱扭變溫度沒有影響.已收集的一些數據表明,當熔體溫度上升時,退火熱扭變溫度下降約達100F(圖十).這種影響并不總是存在,它取決于所使用的ABS塑料牌號.

吳雨其

五. 懸掛梁式沖擊
V形缺口沖擊受到方向性的強烈影響,因此沖擊值也能反映方向性的強弱.因為方向性是有向的概念,所以必須特別規定相對于流動方向斷裂方向.沖擊斷裂方向與流動方向垂直時的方向性是有利的.另一方面,塑件沿流動方向斷裂時,相同的方向性就是不利的.垂直沖擊斷裂值可能比平行斷裂值大1~4倍[11].在某些應用中,盡可能在一個方向上有較大的沖擊值是有益的,而其它方向則是無關緊要的.另一些應用中則要求均勻的沖擊值(即沒有優先方向).成形參數的相互作用可在某種程度上取得這兩種結果.
熔體溫度通過兩種可能的方式影響沖擊值.在推薦范圍內,升高熔體溫度降低了強烈影響該項性能的芯部方向性,使得垂直斷裂值下降而平行斷裂值上升(圖十一).
+ f7 P! K1 o8 _% R# h/ A1 y過高的熔體溫度不僅減小了方向性,而且還會使塑料降解,這就同時減小了平行方向和垂直方向的沖擊強度.圖十一中的曲線在超出推薦溫度范圍后呈現下降趨勢的原因就在于此.根據各種ABS塑料不同的結構和穩定性,熔體溫度對強度的影響降到幾分之一,而對平行斷裂沖擊強度的影響沒有這么大,在推薦范圍內提高熔體溫度可提高平行斷裂沖擊強度約50%[11,15].
; l) K4 ?: j8 }- Q. n2 l快速充填減小芯部方向性,結果其影響是減小垂直斷裂沖擊強度和增大平行斷裂沖擊強度.在低熔體溫度時,充填速率的影響可為15~50%或更大.高熔體溫度時,充填速率的影響明顯減小,因為熔體松馳抵消了充填引起的方向性(圖十二).提高模具溫度還可減小垂直斷裂和平行斷裂沖擊強度的差別,因為這促進了緩冷過程和增加了熔體的松馳.模溫(800F和1800F)的影響不象充填速率那么大.模溫影響最大發生在低熔體溫度和低充填速率時(圖十三).充填壓力對沖擊強度沒有強烈和確定的影響.
六. 熔接痕強度
熔接痕由兩股熔流匯合而成,有幾個原因決定了它的強度低于非熔接痕區.熔接痕缺口處存在應力集中.熔體鋒面的拉伸延展產生,與主流動方向垂直.這種方向性也被認為是弱熔接痕的一個原因16~19].在熔接痕處避免陷入空氣是最重要的,所以成形模正確排氣是必不可少的.有關成形參數的影響資料并不充裕,但是現有的數據告訴了我們下列的一般規則.
, e7 a/ k) ]0 a5 p提高熔體和模具的溫度往往增加熔接痕的強度(圖十四).較高的熔體溫度促進熔接痕處分子的合并和纏連,也產生較小的殘留方向性.因此,可嘗試在推薦限度內提高熔體溫度.過高的熔體溫度會使熔體降解,使包括熔接痕區在內的強度降低.因此,圖十四中熔體溫度的響應曲線在推薦限度上呈現下降趨勢.提高模具溫度會促進緩冷,可以有較多的時間填滿熔接痕處的縫隙,并使該處分子互相纏連,方向性也得到更多的松馳,因此有利于提高熔接痕強度.然而,在大多數情況下,模溫的提高雖然是有利的,但不如熔體溫度的影響大.由于充填速率和充填壓力的相互作用,它們的影響是復雜的>因此,確切的影響程度取決于ABS塑料牌號.塑料設計和熔體及模具溫度.
& {6 h* `' a' z0 W  w一方面,提高充填速率可促進拼合,其機理與提高熔接溫度相同.快速充填會產生熱量以及減少流動時的模內冷卻.另一方面,快速充填可產生更多不利熔體鋒面的方向性和加劇排氣問題,因此使熔接痕變弱(圖十五).
充填壓力不足會產生較明顯和較弱的熔接痕.可是有兩個因素決定了過高充填壓力也會產生較弱的熔接痕.過高的充填壓力產生比較尖銳的缺口,在使用條件下容易增加應力集中.過高充填壓力也阻礙熔體松馳和分子的纏連.圖十六總結了可能發生的情況.
2 s) F1 L5 N! y6 S, r+ t最佳的充填壓力和充甜速率取決于塑件設計的特殊性.排除故障時可從正.反兩個方向調整這兩個參數,并仔細注意性能的響應.充填壓力和充填速率的影響都不如熔體或模具溫度的影響.還應認識到,變動這些參數雖可在一定程度上改善熔接痕,但熔接痕區的強度總要比非熔接痕區的差.
七. 投擲沖擊
投擲沖擊性能與垂直斷裂懸臂梁式沖擊性能相比較,成形參數的影響在某些方面是不同的.在垂直斷裂懸臂梁式沖擊的情況下,芯部方向性提高了沖擊強度.相形之下,方向性對投擲沖擊性能幾乎總是有害的,因為流動傾向的強度較弱.投擲沖擊產生雙向變形,塑件不會比最弱方向的強度更牢固,流動方向上的高強度是無用的.
通常的規則是在不引起塑料降解的條件下改變成形參數,以促使方向性減小.這意味著在許可范圍內提高熔體溫度.各種ABS塑料的熱穩定性是不同的.在降解抵消方向性減小帶來的好處之前,某些牌號經受較高熔體溫度.各種牌號ABS塑料投擲沖擊性能響應在圖十七中表示為包絡線.
; w2 I9 E' T1 X3 k) K2 W模具溫度的升高促進方向性的消除,并且常與充填速率相互作用.在模具溫度降低時,改變充填速率具有最大的影響(圖十八).充填壓力對投擲沖擊性能一般沒有什么影響.在發現提高充填壓力的影響時,這種幾乎總是有害的,在綜合較低熔體和模具溫度及緩慢充填時尤其如此.實驗和工業實踐已顯示,過高充填壓力時的投擲強度最優值的一半.過高充填壓力增加殘留方向性,并可能打破冷卻應力的平衡,使表面受拉而不象通常那樣受壓[6].預計這兩種情況都會減小投擲沖擊強度.

吳雨其

八. 用于電鍍的注射成形件
成形件電鍍時,其外觀.鍍層附著性和尺寸穩定性都是關鍵的質量指針.由于存在各種相互矛盾的因素,從成形參數最優化的觀點來看,電鍍代表了最復雜的情況中的一種.例如,某種成形參數配置使鍍層附著性最佳,但它卻不是抑制流紋或塑件翹曲傾向的最好選擇.一般情況下選擇的參數使鍍層附著性和熱循環性能最優,下面的討論將圍繞這個方面展開.
假定電鍍預處理和電鍍的各個步驟都能正確地實現,那么ABS塑料的鍍層附著性主要取決于鍍層底下塑料薄層的強度.低附著性和鍍層氣泡很少能使鍍層和ABS塑料徹底分離,而是ABS塑料本身在邊界層處剝離.邊界層受到熔體鋒面產生的方向性的制約.為使這個要害層次的強度達成最大,希望該層的方向性最小[20].如圖十九所示,兩個關鍵性參數是熔體溫度和充填速率.應采用緩慢充填來促使表面方向性減小,從而提高ABS塑料與鍍層相結合的邊界層的強度.不過,這里的例子很好地說明了前述的折衷方法.由于電鍍塑件的扭曲或彎曲會產生應力,使得鍍層起伏或開裂,因此還應使塑件的翹曲達成最小.如前所述,快速充填使方向性產生在表層而不是在芯部,所以減小了翹曲.有一個合理的方法可以幸運地擺脫這種狀況––––高熔體溫度有利于解除方向性,尤其是對于緩慢充填產生的芯部方向性.因此應該使用較高的熔體溫度,只要不至于使塑料降解和產生流紋或低劣的塑件外表.合理選擇充填速率和熔體溫度可使鍍層附著性增加50%或更高.
' g9 y2 z2 ~( E1 k! ~模溫和充填壓力的影響較小.高的模具溫度有助于減小方向性,尤其是對要求的緩慢充填所產生的芯部方向性.充足的充填壓力僅僅是為了得到充滿的美觀的塑件.過高的充填壓力會產生不利的方向性和應力.圖二十表示模溫和充填壓力的影響.
? 塑件內各點的性能變化
熔體溫度和壓力以及充填速率等成形參數在型腔內各點很少是相同的,尤其是頭兩項參數在流動方向上發生變化.在簡單的塑件中,局部速度會在流動方向上改變;在復雜的塑件中,橫截面上的局部速度也不一致. 局部速度還受到局部厚度的影響.甚至連型腔各點的模具表面溫度基本上也是不同的.因為這些參數在模具中是逐點變化的,所以它們同樣也影響到性能變化.像沖擊和電鍍附著性這類性能的確在塑件各點變化.
塑件澆口端的方向性常達到最大,并朝著盲端逐漸減小.結果垂直斷裂沖擊強度在澆口端較高,而在盲端較低.投擲沖擊強度受不均勻方向相的影響,所以投擲沖擊強度在澆口端較低,而在盲端較高.文獻[15]中的一個范例說明,投擲沖擊強度和懸臂梁式沖擊強度可隨位置發生變化.在一塊4in寬的板上,從澆口處開始的15in流動長度內,垂直斷裂沖擊強度下降一半,而投擲沖擊強度竟增加4倍!這個例子說明的另一點是不論是成形機還是位置變化引起的)成形參數可使一種性能得到提高而使另一種性能下降.注射成形過程控制中充滿了這種矛盾.甚至連頂桿,塑件編碼號或起伏之類的模具表面最小的擾動都可產生表面不規則的方向性,這會影響對表面方向性的敏感性,電鍍附著性就是一個很好的例子.模具表面上與流動方向垂直的0.005in深的劃痕可減小塑件表面的方向性.用這種技術可局部改善鍍層附著性.文獻[20.21]中討論了這些模具表面影響如何干擾熔體烽面,并如何將其中影響傳遞到相吻合的塑件表面.

于誠366

很好的資料。學習學習

/擦汗POIKO

太好了，受教了！頂一個！