第2章　塑料成型基礎

2.1　塑料的成型性能

2.1.1　吸濕性

吸濕性是指塑料對水分的親疏程度。按照吸濕或黏附水分能力的大小，可將塑料分為吸濕性塑料和不吸濕性塑料兩大類。前一類塑料能夠吸濕或黏附水分，如聚酰胺、ABS、聚碳酸酯、聚苯醚和聚砜等。后一類塑料的吸濕或黏附水分很小，如聚乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯和氟塑料等。

吸濕性塑料在注射成型過程中極易發生水降解，成型后塑件上容易出現氣泡、銀絲、斑紋等缺陷。因此，在成型前必須進行干燥處理，必要時，還可以在注塑機料斗內設置紅外線加熱裝置，以免干燥后的塑料進入機筒前在料斗中再次吸濕。

2.1.2　收縮性

塑件從溫度較高的模具中取出冷卻到室溫后，其尺寸或體積會發生收縮變化，這種性質稱為收縮性。收縮性的大小以單位長度塑件收縮量的百分數來表示，稱為收縮率。由于成型模具與塑料的線膨脹系數不同，收縮率分為實際收縮率與計算收縮率兩種，其計算公式如下：

　　 （2-1） 　　

　　 （2-2） 　　

式中　Ss——實際收縮率；

Sj——計算收縮率；

a——模具或塑件在成型溫度時的尺寸；

b——塑件在室溫時的尺寸；

c——模具在室溫時的尺寸。

實際收縮率表示塑件實際所發生的收縮。由于成型溫度下的塑件尺寸不便測量以及實際收縮率和計算收縮率相差很小，因此生產中常采用計算收縮率，但在大型、精密模具成型零件尺寸計算時則應采用實際收縮率。

引起塑件收縮的原因除了熱脹冷縮、脫模時的彈性恢復以及塑性變形外，還與注射成型時的許多工藝條件和模具因素有關。此外，塑件脫模后殘余應力的緩慢釋放和必要的后處理工藝也會使塑件產生后收縮。因為影響塑料收縮率變化的因素很多，而且相當復雜，所以收縮率是在一定范圍內變化的。在模具設計時，應根據上述因素綜合考慮選取塑料的收縮率。

2.1.3　相容性

相容性是指兩種或兩種以上不同品種的塑料，在熔融狀態不產生相互分離現象的能力。如果兩種塑料不相容，那么混熔后塑件會出現分層、脫皮等質量缺陷。不同塑料的相容性與其分子結構有一定關系，分子結構相似的塑料比較容易相容，如高壓聚乙烯、低壓聚乙烯和聚丙烯彼此之間容易混熔。分子結構不同的塑料很難相容，如聚乙烯和聚苯乙烯之間的混熔。

塑料的相容性又稱為共混性。因為塑料的這一性質，可得到類似共聚物的綜合性能，這是改進塑料性能的重要途徑之一，例如聚碳酸酯和聚丙烯塑料混熔，就能改善聚碳酸酯的脆性，提高熔體的流動性。

2.1.4　熱敏性

熱敏性是指塑料的化學性質對熱量作用的敏感程度，熱敏性很強的塑料稱為熱敏性塑料。熱敏性塑料在成型過程中極易在不高的溫度下發生熱降解，從而影響塑件的性能、色澤和表面質量等。同時，塑料熔體發生熱降解時會釋放出一些具有揮發性的氣體，這些氣體對人體、模具和注塑機都有刺激、腐蝕作用或毒性。為避免熱敏性塑料在成型過程中出現降解現象，應采取相應的措施，如選用螺桿式注塑機；流道截面取大一些，以避免產生過大的摩擦熱；注塑機料筒內壁、流道和模腔表壁鍍鉻；模具內禁止有死角，以避免熔體在模內流動時發生滯料；生產時嚴格控制成型工藝條件等。必要時可在塑料中加入熱穩定劑。常見的熱敏性塑料有硬聚氯乙烯、聚氯乙烯、醋酸乙烯共聚物、聚甲醛和聚三氟氯乙烯等。

2.1.5　流動性

塑料在一定的溫度、壓力作用下充填模具型腔的能力，稱為塑料的流動性。塑料的流動性差，就不容易充滿型腔，易產生缺料或熔接痕等缺陷，所以需要較大的成型壓力才能成型。相反，塑料的流動性好，能夠用較小的成型壓力充滿型腔。但流動性太好，會在成型時產生嚴重的溢邊。

流動性的大小和塑料的分子結構有關。具有線型分子而沒有或很少有交聯結構的樹脂流動性大。塑料中加入填料，則會降低樹脂的流動性，而加入增塑劑或潤滑劑，則可增加塑料的流動性。

設計模具時，設計人員習慣通過塑料的溢料間隙來確定澆注系統的尺寸、模具零件間的配合間隙等。所謂溢料間隙是指熔體塑料在成型高壓下不得溢入的最大間隙值。根據溢料間隙大小，塑料的流動性分為好、中等、差三個等級。表2-1是常用熱塑性塑料溢料間隙與流動性的關系。

熱固性塑料的流動性通常以拉西格流動值來表示，拉西格流動值越大，則表明流動性越好。表2-2是熱固性塑料流動性等級及應用。

2.1.6　比容和壓縮率

比容是指單位質量的松散塑料所占的體積，單位為cm3/g；壓縮率是指塑料的體積與塑件的體積之比，其值恒大于1。比容和壓縮率均表示粉狀或短纖維狀塑料的松散性，它們都可用來確定模具加料室的大小。另外，比容和壓縮率較大時，塑料內充氣增多，排氣困難，成型周期變長，生產率降低；比容和壓縮率較小時，壓縮、壓注容易成型，而且壓錠重量也較準確。但比容太小，則影響塑料的松散性，以容積法裝料時引起塑件重量不準確。

2.1.7　水分和揮發物

塑料中的水分和揮發物，一方面來自塑料自身，另一方面則來自成型過程中塑料發生化學反應的副產物。塑料中水分和揮發物的含量對塑件的物理、力學和介電性能都有很大的影響。塑料中水分及揮發物含量大時，塑件易產生氣泡、內應力以及塑性變形，使機械強度降低。壓制時，由于溫度和壓力的作用，大多數水分和揮發物會逸出，但尚未逸出時，它將占據著一定的體積，這會嚴重阻礙化學反應的有效發生，其結果是當塑件冷卻后，會導致組織疏松。當逸出時，揮發物氣體又像一把利劍一樣割裂塑件，使塑件產生龜裂，降低機械強度及介電性能。此外，水分及揮發物含量過多時，會促使流動性過大，容易溢料，成型周期變長，收縮率增大，使塑件容易發生翹曲、波紋及光澤不好等現象。但是，塑料中水分和揮發物的含量不足，也會導致流動性不良，成型困難，同時也不利于壓錠。水分和揮發物在成型時變成的氣體必須排出模外，因為有些氣體對模具有腐蝕作用，對人體也有刺激作用。為此，設計模具時應對這種特征有所了解，并采取相應的措施。

2.1.8　硬化速度

硬化是指塑料成型時完成交聯反應的過程。硬化速度通常以塑料試樣硬化每1mm厚度所需的秒數來表示，此值越小，硬化速度越快。硬化速度和塑料品種、塑件形狀、壁厚、成型溫度及是否預熱、預壓等有密切關系。例如，采用壓錠、預熱、提高成型溫度以及增長加壓時間等措施，都能顯著加快硬化速度。此外，硬化速度還應滿足成型方法的要求。例如，壓注或注射成型時，應要求在塑化、填充時化學反應慢，硬化慢，能夠保持長時間的流動狀態，但當充滿型腔后，在高溫、高壓下應快速硬化。硬化速度慢的塑料會使成型周期變長，生產率下降；硬化速度快的塑料，則不能成型復雜的塑件。