影响注塑成型收缩率的因素有哪些？

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影响注塑成型收缩率的因素有哪些？

注塑成型周期：塑料由固体颗粒被加热熔融充满模具型腔后,又冷却成型的全过程。

成型收缩：冷却至室温的制品体积总是小于成型模具在常温下的模腔体积。常用收缩率表示。目前,模具设计者普遍采用平均收缩率或极值法来计算注塑制件的收缩值。

1、注塑材料特性对收缩率的影响

(1)塑料种类对收缩率的影响
不同树脂材料的收缩率大小不同,即使同一品种的树脂材料,不同厂家生产或同一厂家生产不同批号的同一种材料,其收缩率都不一样。而且,由于树脂本身固有的特性,收缩率范围有宽有窄。

(2)玻纤含量对收缩率的影响
同样品种的塑料收缩情况因玻纤含量不同而变化。当玻璃纤维含量增加时,收缩率则减小,一般在热塑性树脂中加入质量分数为20%～40%的玻纤,其收缩率可降低1/4～1/2。

但是从注塑成型实践中得出,在料流流动方向上,这种情况几乎不受塑件壁厚的影响。而在与料流呈垂直方向上,在壁厚不变的情况下,收缩率随着玻纤含量的增加而减小;在薄壁的情况下,塑件的收缩率几乎不受玻纤含量的影响。

2、模具结构特征对收缩率的影响

(1)分型面及浇口
模具的分型面、浇口形式及尺寸等因素直接影响料流方向、密度分布、保压补缩作用及成型时间。

采用直接浇口或大截面浇口可减少收缩,但各向异性大,沿料流方向收缩小,沿垂直料流方向收缩大;反之,当浇口厚度较小时,浇口部分会过早凝结硬化,型腔内的塑料收缩后得不到及时补充,收缩较大。

点浇口凝封快,在制件条件允许的情况下,可设多点浇口,可有效地延长保压时间和增大型腔压力,使收缩率减小。

(2)塑件结构
塑件的形状、尺寸、壁厚、有无嵌件、嵌件数量及其分布对收缩率的大小都有很大影响。一般来说,塑件的形状复杂、尺寸较小、壁薄、有嵌件、嵌件数量多且对称分布,其收缩率较小。

(3)嵌件设计
注塑制品中的金属嵌件虽然能够满足局部的功能要求，但对注塑制品的收缩有阻碍作用,使制品在脱模前一直处于非自由收缩状态,存在模内限定效应,在嵌件周围,不仅阻碍料流的流动方向、密度分布及收缩等,而且嵌件本身的温度也较低。
因此,在注射成型过程中,有嵌件的制品比一般塑件的收缩率小;

而且,如果设计形状过于复杂或尺寸过大的嵌件,还会造成整个塑件不同结构之间收缩率的波动。由于各个结构间相互限定作用,结构复杂的塑件一般要比结构简单的塑件收缩率小。

(4)冷却系统
模具冷却回路的分布影响型腔表面的温度,从而影响注塑制品各点的冷却速度与收缩过程。

模腔表面距离模具冷却回路较近的地方,受冷却介质的影响较强,使此处的塑料熔体冷却得快,一方面缩短了温度变化的作用时间,使塑料的实际比容值与平衡状态下的比容值之间的差距增大;另一方面,当进入模内收缩阶段时,此处的注塑成型制品表面温度已经很低,所以能够发生的收缩程度很小。

模具冷却通道布置与尺寸设计直接影响着模具温度分布和塑件的冷却过程,其设计不当也会影响成型收缩率的波动,冷却快的地方,收缩率增大。由于塑件形状复杂,壁厚不一致,充模顺序先后不同,常出现冷却不均匀的情况,造成较大的收缩率波动。

为改善这一状况,可将冷却水先通过较高温度的地方;甚至在冷却快的地方通温水,慢的地方通冷水。这样可减小收缩率的波动,避免塑件产生变形开裂。

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3、注塑工艺条件对收率的影响

(1)压力
注射成型中压力包括注射压力、保压压力和模腔压力等。这些因素均对塑件收缩行为有明显的影响。

提高注射压力能够降低制品的收缩率。这是因为压力增大,使注射速度提高,充模过程加快后,一方面因塑料熔体的剪切发热而提高了熔体温度、减小了流动阻力;另一方面还可以在熔体温度尚高、流动阻力较小的状态下较早进入保压补料阶段。尤其对于薄壁塑件和小浇口塑件,由于冷却速度快,更应该尽量缩短充模过程。

较高的保压压力和模腔压力使型腔内制品密实,收缩减小,尤其是保压阶段的压力对制品的收缩率产生影响更大。这可解释为熔融树脂在成型压力作用下受到压缩,压力越高,发生的压缩量越大,压力解除后的弹性恢复也越大,使得塑件塑件尺寸更加接近型腔尺寸,因此收缩量越小。

可是,即使是对于同一制品来说,模腔内树脂的压力在各部分并不一致;在注射压力难以作用的部位和容易作用的部位,所受注射压力也不一样。此外,多型腔模具的各模腔所受压力应设计均匀,否则就会产生各模腔的制品收缩率不一致。

(2)温度
料温：温度对高聚物熔体粘度有重大影响。
在粘流温度以上,高聚物的粘度与温度的关系与低分子液体一样,随着温度的升高,熔体的自由体积增加,分子间的互相作用力减弱,使高聚物的流动性增加,熔体的粘度随着温度升高以指数方式降低,因在高聚物注塑加工中,提高熔体的充模能力,温度是粘度调节的首要手段。

无论从聚合物的结晶和取向的机理方面或是根据热胀冷缩之原理都很容易认为:制品在保压和冷却定型阶段的收缩应该随温度升高而增加,但一些实验却得到刚好相反的结论。

这种情况可解释为:料温升高以后熔体粘度将会减小,若此时注射压力和保压压力保持不变,则浇口冻结速度将会减慢,预示保压时间延长,补缩作用增大,密度也随着提高,所以收缩率降低。

由上述分析可知,料温对于成型收缩的影响是热收缩、结晶收缩、取向收缩和保压收缩综合作用的结果,如果前面三种收缩的影响比较大,制品最终表现出的收缩率将随着熔体的温度升高而增大;相反,保压补缩作用较大时,收缩率将会随着温度升高而减小。

模具温度
热塑性塑料熔体注入型腔后,释放大量的热量而凝固,不同的塑料品种,需要模腔维持在一适当温度。在此温度下,将最有利于塑件的成型,塑件成型效率最高,内应力和翘曲变形最小。

模具温度是控制制品冷却定型的主要因素,它对成型收缩率的影响主要表现在浇口冻结后制品脱模之前这段过程。而在浇口冻结之前,模温升高虽有增大热收缩的趋势,但也正是较高的模温使得浇口冻结时间延长,导致注射压力和保压力的影响增强,补缩作用和负收缩量均会增大。

所以,总收缩是两种反向收缩综合作用的结果,其数值不一定随着模温的升高而增大。如果浇口发生冻结,注射压力和保压压力的影响将会消失,随着模温的升高,冷却定型时间亦将延长,故脱模后制品收缩率一般都会增大。

(3)时间
成型时间：指螺杆在前进中压缩熔体物料、充满模腔以及维持此压缩的保压时间在内的这段时间。注射时间：指注射螺杆连续推进,对熔料连续压缩所持续的时间。

在浇口封闭前,注射时间越短,收缩率越大,而且收缩率的变化幅度也越大;当注射时间达到或超过浇口的凝固时间时,即使再延长注射时间,制品质量和收缩率也不再发生变化,注射时间控制与所设计的浇口厚度关系密切,浇口厚度能够在很大程度上左右浇口封闭时间。

当浇口凝封后,再延长注射时间不但不再起作用,反而使生产效率降低,甚至可能在浇口附近产生裂纹等缺陷。对于同一塑件,注射时间由注射速度决定的。

保压时间越长有利于熔体补塑压实,塑件密度越大,收缩率越小。
当浇口凝封后,保压对制品收缩的减小不再起作用,过长的保压时间会延长成型周期。

在热塑性塑料注射成型中,成型制品在模腔内的冷却时间对制品成型收缩率的影响因树脂种类、制品厚度、熔体温度、模内温度和结晶方式等不同。

模具内冷却时间长能使收缩率减小。对于非结晶性树脂来说,冷却时间对制品收缩的影响不大;然而对于结晶性树脂,若冷却时间过长,结晶得到充分进行,结晶度高,成型收缩就会增大。但一般来说,冷却时间过长,冷却可以均匀进行,模具内的物料得以充分固化,从模内脱出的制品尺寸与模腔尺寸接近,因而成型收缩率小。