注塑成型收縮率的影響因素有哪些？

注塑成型周期：塑料由固體顆粒被加熱熔融充滿模具型腔后,又冷卻成型的全過程。

成型收縮：冷卻至室溫的制品體積總是小于成型模具在常溫下的模腔體積。常用收縮率表示。目前,模具設計者普遍采用平均收縮率或極值法來計算注塑制件的收縮值。

1、注塑材料特性對收縮率的影響

(1)塑料種類對收縮率的影響

   不同樹脂材料的收縮率大小不同,即使同一品種的樹脂材料,不同廠家生產或同一廠家生產不同批號的同一種材料,其收縮率都不一樣。而且,由于樹脂本身固有的特性,收縮率范圍有寬有窄。

(2)玻纖含量對收縮率的影響

   同樣品種的塑料收縮情況因玻纖含量不同而變化。當玻璃纖維含量增加時,收縮率則減小,一般在熱塑性樹脂中加入質量分數為20%～40%的玻纖,其收縮率可降低1/4～1/2。

   但是從注塑成型實踐中得出,在料流流動方向上,這種情況幾乎不受塑件壁厚的影響。而在與料流呈垂直方向上,在壁厚不變的情況下,收縮率隨著玻纖含量的增加而減小;在薄壁的情況下,塑件的收縮率幾乎不受玻纖含量的影響。

2、模具結構特征對收縮率的影響

(1)分型面及澆口

   模具的分型面、澆口形式及尺寸等因素直接影響料流方向、密度分布、保壓補縮作用及成型時間。

采用直接澆口或大截面澆口可減少收縮,但各向異性大,沿料流方向收縮小,沿垂直料流方向收縮大;反之,當澆口厚度較小時,澆口部分會過早凝結硬化,型腔內的塑料收縮后得不到及時補充,收縮較大。

   點澆口凝封快,在制件條件允許的情況下,可設多點澆口,可有效地延長保壓時間和增大型腔壓力,使收縮率減小。

(2)塑件結構

   塑件的形狀、尺寸、壁厚、有無嵌件、嵌件數量及其分布對收縮率的大小都有很大影響。一般來說,塑件的形狀復雜、尺寸較小、壁薄、有嵌件、嵌件數量多且對稱分布,其收縮率較小。

(3)嵌件設計

   注塑制品中的金屬嵌件雖然能夠滿足局部的功能要求，但對注塑制品的收縮有阻礙作用,使制品在脫模前一直處于非自由收縮狀態,存在模內限定效應,在嵌件周圍,不僅阻礙料流的流動方向、密度分布及收縮等,而且嵌件本身的溫度也較低。

因此,在注射成型過程中,有嵌件的制品比一般塑件的收縮率小;

   而且,如果設計形狀過于復雜或尺寸過大的嵌件,還會造成整個塑件不同結構之間收縮率的波動。由于各個結構間相互限定作用,結構復雜的塑件一般要比結構簡單的塑件收縮率小。

(4)冷卻系統

   模具冷卻回路的分布影響型腔表面的溫度,從而影響注塑制品各點的冷卻速度與收縮過程。

模腔表面距離模具冷卻回路較近的地方,受冷卻介質的影響較強,使此處的塑料熔體冷卻得快,一方面縮短了溫度變化的作用時間,使塑料的實際比容值與平衡狀態下的比容值之間的差距增大;另一方面,當進入模內收縮階段時,此處的注塑成型制品表面溫度已經很低,所以能夠發生的收縮程度很小。

   模具冷卻通道布置與尺寸設計直接影響著模具溫度分布和塑件的冷卻過程,其設計不當也會影響成型收縮率的波動,冷卻快的地方,收縮率增大。由于塑件形狀復雜,壁厚不一致,充模順序先后不同,常出現冷卻不均勻的情況,造成較大的收縮率波動。

   為改善這一狀況,可將冷卻水先通過較高溫度的地方;甚至在冷卻快的地方通溫水,慢的地方通冷水。這樣可減小收縮率的波動,避免塑件產生變形開裂。

3、注塑工藝條件對收率的影響

(1)壓力

   注射成型中壓力包括注射壓力、保壓壓力和模腔壓力等。這些因素均對塑件收縮行為有明顯的影響。

提高注射壓力能夠降低制品的收縮率。這是因為壓力增大,使注射速度提高,充模過程加快后,一方面因塑料熔體的剪切發熱而提高了熔體溫度、減小了流動阻力;另一方面還可以在熔體溫度尚高、流動阻力較小的狀態下較早進入保壓補料階段。尤其對于薄壁塑件和小澆口塑件,由于冷卻速度快,更應該盡量縮短充模過程。

   較高的保壓壓力和模腔壓力使型腔內制品密實,收縮減小,尤其是保壓階段的壓力對制品的收縮率產生影響更大。這可解釋為熔融樹脂在成型壓力作用下受到壓縮,壓力越高,發生的壓縮量越大,壓力解除后的彈性恢復也越大,使得塑件塑件尺寸更加接近型腔尺寸,因此收縮量越小。

   可是,即使是對于同一制品來說,模腔內樹脂的壓力在各部分并不一致;在注射壓力難以作用的部位和容易作用的部位,所受注射壓力也不一樣。此外,多型腔模具的各模腔所受壓力應設計均勻,否則就會產生各模腔的制品收縮率不一致。

(2)溫度

料溫：溫度對高聚物熔體粘度有重大影響。

   在粘流溫度以上,高聚物的粘度與溫度的關系與低分子液體一樣,隨著溫度的升高,熔體的自由體積增加,分子間的互相作用力減弱,使高聚物的流動性增加,熔體的粘度隨著溫度升高以指數方式降低,因在高聚物注塑加工中,提高熔體的充模能力,溫度是粘度調節的首要手段。

   無論從聚合物的結晶和取向的機理方面或是根據熱脹冷縮之原理都很容易認為:制品在保壓和冷卻定型階段的收縮應該隨溫度升高而增加,但一些實驗卻得到剛好相反的結論。

這種情況可解釋為:料溫升高以后熔體粘度將會減小,若此時注射壓力和保壓壓力保持不變,則澆口凍結速度將會減慢,預示保壓時間延長,補縮作用增大,密度也隨著提高,所以收縮率降低。

   由上述分析可知,料溫對于成型收縮的影響是熱收縮、結晶收縮、取向收縮和保壓收縮綜合作用的結果,如果前面三種收縮的影響比較大,制品最終表現出的收縮率將隨著熔體的溫度升高而增大;相反,保壓補縮作用較大時,收縮率將會隨著溫度升高而減小。

模具溫度

   熱塑性塑料熔體注入型腔后,釋放大量的熱量而凝固,不同的塑料品種,需要模腔維持在一適當溫度。在此溫度下,將最有利于塑件的成型,塑件成型效率最高,內應力和翹曲變形最小。

   模具溫度是控制制品冷卻定型的主要因素,它對成型收縮率的影響主要表現在澆口凍結后制品脫模之前這段過程。而在澆口凍結之前,模溫升高雖有增大熱收縮的趨勢,但也正是較高的模溫使得澆口凍結時間延長,導致注射壓力和保壓力的影響增強,補縮作用和負收縮量均會增大。

    所以,總收縮是兩種反向收縮綜合作用的結果,其數值不一定隨著模溫的升高而增大。如果澆口發生凍結,注射壓力和保壓壓力的影響將會消失,隨著模溫的升高,冷卻定型時間亦將延長,故脫模后制品收縮率一般都會增大。

(3)時間

   成型時間：指螺桿在前進中壓縮熔體物料、充滿模腔以及維持此壓縮的保壓時間在內的這段時間。注射時間：指注射螺桿連續推進,對熔料連續壓縮所持續的時間。

   在澆口封閉前,注射時間越短,收縮率越大,而且收縮率的變化幅度也越大;當注射時間達到或超過澆口的凝固時間時,即使再延長注射時間,制品質量和收縮率也不再發生變化,注射時間控制與所設計的澆口厚度關系密切,澆口厚度能夠在很大程度上左右澆口封閉時間。

   當澆口凝封后,再延長注射時間不但不再起作用,反而使生產效率降低,甚至可能在澆口附近產生裂紋等缺陷。對于同一塑件,注射時間由注射速度決定的。

   保壓時間越長有利于熔體補塑壓實,塑件密度越大,收縮率越小。

當澆口凝封后,保壓對制品收縮的減小不再起作用,過長的保壓時間會延長成型周期。

   在熱塑性塑料注射成型中,成型制品在模腔內的冷卻時間對制品成型收縮率的影響因樹脂種類、制品厚度、熔體溫度、模內溫度和結晶方式等不同。

    模具內冷卻時間長能使收縮率減小。對于非結晶性樹脂來說,冷卻時間對制品收縮的影響不大;然而對于結晶性樹脂,若冷卻時間過長,結晶得到充分進行,結晶度高,成型收縮就會增大。但一般來說,冷卻時間過長,冷卻可以均勻進行,模具內的物料得以充分固化,從模內脫出的制品尺寸與模腔尺寸接近,因而成型收縮率小。