塑料模具的机械性能和成形参数
一. 拉伸强度和弹性模量
成形参数并不明显影响弹性模量.拉伸强度主要受方向性影响,塑件在取向方向强度较高.有证据表明,加热时间具有有害的影响.与冲击性能相对照,拉伸性能受的影响处胾较低的量级内.图八定性地表示了重要的性能响应.定量地说,在从冷熔体慢速充填到热熔体快速充填的典型条件内.室温时的拉伸屈服强度可降低正常值的5~10%[15].模具温度和充填压力无明显的影响.
二. 弯曲强度和弯曲模量
这些性能对成形参数的响应与拉伸性能的相同,所以上述内容xx可用.
三. 蠕变
可获得的有限数据表明,成形参数对蠕变没有明显影响.
四. 热扭变温度
研究结果表明,不退火和退火材料的热扭变温度对成形参数响应稍有不同.不退火材料的热扭变温度受充填压力和模具温度影响,未发现熔体温度和充填速率对此有何影响.试图将不退火热扭变温度与方向性或冷却应力相联系的努力已经失败[11].一个众所周知的事实是有趣的,即退火常常将热扭变温度提高400F.文献[4]在分子松驰概念基础上解释了成形参数的影响.图九表明,过高的充填压力使不退火热扭变温度损失10~150F[15].冷模具(800F)也能使不退火热扭变温度降低100F[11].高充填压力和快速冷却阻碍分子运作,并且阻碍塑料分子的优惠排列.
另一方面,充填压力.模具温度或充填速度对退火热扭变温度没有影响.已收集的一些数据表明,当熔体温度上升时,退火热扭变温度下降约达100F(图十).这种影响并不总是存在,它取决于所使用的ABS塑料牌号.
五. 悬挂梁式冲击
V形缺口冲击受到方向性的强烈影响,因此冲击值也能反映方向性的强弱.因为方向性是有向的概念,所以必须特别规定相对于流动方向断裂方向.冲击断裂方向与流动方向垂直时的方向性是有利的.另一方面,塑件沿流动方向断裂时,相同的方向性就是不利的.垂直冲击断裂值可能比平行断裂值大1~4倍[11].在某些应用中,尽可能在一个方向上有较大的冲击值是有益的,而其它方向则是无关紧要的.另一些应用中则要求均匀的冲击值(即没有优先方向).成形参数的相互作用可在某种程度上取得这两种结果.
熔体温度通过两种可能的方式影响冲击值.在推荐范围内,升高熔体温度降低了强烈影响该项性能的芯部方向性,使得垂直断裂值下降而平行断裂值上升(图十一).
过高的熔体温度不仅减小了方向性,而且还会使塑料降解,这就同时减小了平行方向和垂直方向的冲击强度.图十一中的曲线在超出推荐温度范围后呈现下降趋势的原因就在于此.根据各种ABS塑料不同的结构和稳定性,熔体温度对强度的影响降到几分之一,而对平行断裂冲击强度的影响没有这么大,在推荐范围内提高熔体温度可提高平行断裂冲击强度约50%[11,15].
快速充填减小芯部方向性,结果其影响是减小垂直断裂冲击强度和增大平行断裂冲击强度.在低熔体温度时,充填速率的影响可为15~50%或更大.高熔体温度时,充填速率的影响明显减小,因为熔体松驰抵消了充填引起的方向性(图十二).提高模具温度还可减小垂直断裂和平行断裂冲击强度的差别,因为这促进了缓冷过程和增加了熔体的松驰.模温(800F和1800F)的影响不象充填速率那么大.模温影响{zd0}发生在低熔体温度和低充填速率时(图十三).充填压力对冲击强度没有强烈和确定的影响.
六. 熔接痕强度
熔接痕由两股熔流汇合而成,有几个原因决定了它的强度低于非熔接痕区.熔接痕缺口处存在应力集中.熔体锋面的拉伸延展产生,与主流动方向垂直.这种方向性也被认为是弱熔接痕的一个原因16~19].在熔接痕处避免陷入空气是最重要的,所以成形模正确排气是必不可少的.有关成形参数的影响资料并不充裕,但是现有的数据告诉了我们下列的一般规则.
提高熔体和模具的温度往往增加熔接痕的强度(图十四).较高的熔体温度促进熔接痕处分子的合并和缠连,也产生较小的残留方向性.因此,可尝试在推荐限度内提高熔体温度.过高的熔体温度会使熔体降解,使包括熔接痕区在内的强度降低.因此,图十四中熔体温度的响应曲线在推荐限度上呈现下降趋势.提高模具温度会促进缓冷,可以有较多的时间填满熔接痕处的缝隙,并使该处分子互相缠连,方向性也得到更多的松驰,因此有利于提高熔接痕强度.然而,在大多数情况下,模温的提高虽然是有利的,但不如熔体温度的影响大.由于充填速率和充填压力的相互作用,它们的影响是复杂的>因此,确切的影响程度取决于ABS塑料牌号.塑料设计和熔体及模具温度.
一方面,提高充填速率可促进拼合,其机理与提高熔接温度相同.快速充填会产生热量以及减少流动时的模内冷却.另一方面,快速充填可产生更多不利熔体锋面的方向性和加剧排气问题,因此使熔接痕变弱(图十五).
充填压力不足会产生较明显和较弱的熔接痕.可是有两个因素决定了过高充填压力也会产生较弱的熔接痕.过高的充填压力产生比较尖锐的缺口,在使用条件下容易增加应力集中.过高充填压力也阻碍熔体松驰和分子的缠连.图十六总结了可能发生的情况.
{zj0}的充填压力和充甜速率取决于塑件设计的特殊性.排除故障时可从正.反两个方向调整这两个参数,并仔细注意性能的响应.充填压力和充填速率的影响都不如熔体或模具温度的影响.还应认识到,变动这些参数虽可在一定程度上改善熔接痕,但熔接痕区的强度总要比非熔接痕区的差.
七. 投掷冲击
投掷冲击性能与垂直断裂悬臂梁式冲击性能相比较,成形参数的影响在某些方面是不同的.在垂直断裂悬臂梁式冲击的情况下,芯部方向性提高了冲击强度.相形之下,方向性对投掷冲击性能几乎总是有害的,因为流动倾向的强度较弱.投掷冲击产生双向变形,塑件不会比最弱方向的强度更牢固,流动方向上的高强度是无用的.
通常的规则是在不引起塑料降解的条件下改变成形参数,以促使方向性减小.这意味着在许可范围内提高熔体温度.各种ABS塑料的热稳定性是不同的.在降解抵消方向性减小带来的好处之前,某些牌号经受较高熔体温度.各种牌号ABS塑料投掷冲击性能响应在图十七中表示为包络线.
模具温度的升高促进方向性的xx,并且常与充填速率相互作用.在模具温度降低时,改变充填速率具有{zd0}的影响(图十八).充填压力对投掷冲击性能一般没有什么影响.在发现提高充填压力的影响时,这种几乎总是有害的,在综合较低熔体和模具温度及缓慢充填时尤其如此.实验和工业实践已显示,过高充填压力时的投掷强度{zy}值的一半.过高充填压力增加残留方向性,并可能打破冷却应力的平衡,使表面受拉而不象通常那样受压[6].预计这两种情况都会减小投掷冲击强度.
八. 用于电镀的注射成形件
成形件电镀时,其外观.镀层附着性和尺寸稳定性都是关键的质量指针.由于存在各种相互矛盾的因素,从成形参数{zy}化的观点来看,电镀代表了最复杂的情况中的一种.例如,某种成形参数配置使镀层附着性{zj0},但它却不是抑制流纹或塑件翘曲倾向的{zh0}选择.一般情况下选择的参数使镀层附着性和热循环性能{zy},下面的讨论将围绕这个方面展开.
假定电镀预处理和电镀的各个步骤都能正确地实现,那么ABS塑料的镀层附着性主要取决于镀层底下塑料薄层的强度.低附着性和镀层气泡很少能使镀层和ABS塑料彻底分离,而是ABS塑料本身在边界层处剥离.边界层受到熔体锋面产生的方向性的制约.为使这个要害层次的强度达成{zd0},希望该层的方向性最小[20].如图十九所示,两个关键性参数是熔体温度和充填速率.应采用缓慢充填来促使表面方向性减小,从而提高ABS塑料与镀层相结合的边界层的强度.不过,这里的例子很好地说明了前述的折衷方法.由于电镀塑件的扭曲或弯曲会产生应力,使得镀层起伏或开裂,因此还应使塑件的翘曲达成最小.如前所述,快速充填使方向性产生在表层而不是在芯部,所以减小了翘曲.有一个合理的方法可以幸运地摆脱这种状况––––高熔体温度有利于解除方向性,尤其是对于缓慢充填产生的芯部方向性.因此应该使用较高的熔体温度,只要不至于使塑料降解和产生流纹或低劣的塑件外表.合理选择充填速率和熔体温度可使镀层附着性增加50%或更高.
模温和充填压力的影响较小.高的模具温度有助于减小方向性,尤其是对要求的缓慢充填所产生的芯部方向性.充足的充填压力仅仅是为了得到充满的美观的塑件.过高的充填压力会产生不利的方向性和应力.图二十表示模温和充填压力的影响.