熱塑工藝

themoplastic technique
熱塑性塑膠工藝特徵及特性
另外，為了改變原有品種的特性，常用共聚、交鏈等各種化學聚合方法在原有的樹脂結構中導入一定百分比量的異種單體或高分子相等樹脂，以改變原有樹脂的結構成為具有新的使用及工藝特性的改性品種。例如，ABS即為在聚苯乙烯分子中導入了丙烯腈、丁二烯等異種單體後成為改性共聚物，也可稱為改性聚苯乙烯，具有比聚苯乙烯優越的使用，工藝特性。由於熱塑性塑膠品種多、性能複雜，即使同一類的塑膠也有僅供注射用或擠出用之分，故本章節主要介紹各種注射用的熱塑性塑膠。
一、工 藝 特 性
（一）收 縮 率
熱塑性塑膠成形收縮的形式及計算如前所述，影響熱塑性塑膠成形收縮的因素如下：
1、塑膠品種熱塑性塑膠成形過程中由於還存在結晶化形起的體積變化,內應力強,凍結在塑件內的殘餘應力大，分子取向性強等因素，因此與熱固性塑膠相比則收縮率較大，收縮率範圍寬、方向性明顯,另外成形後的收縮、退火或調濕處理後的收縮一般也都比熱固性塑膠大。
2、塑件特性成形時融料與型腔表面接觸外層立即冷卻形成低密度的固態外殼。由於塑膠的導熱性差,使塑件內層緩慢冷卻而形成收縮大的高密度固態層。所以壁厚、冷卻慢、高密度層厚的則收縮大。另外,有無嵌件及嵌件布局,數量都直接影響料流方向,密度分布及收縮阻力大小等,所以塑件的特性對收縮大小,方向性影響較大
3、進料口形式、尺寸、分布這些因素直接影響料流方向、密度分布、保壓補縮作用及成形時間。直接進料口、進料口截面大（尤其截面較厚的）則收縮小但方向性大,進料口寬及長度短的則方向性小。距進料口近的或與料流方向平行的則收縮大。
4、成形條件模具溫度高,融料冷卻慢、密度高、收縮大,尤其對結晶料則因結晶度高,體積變化大,故收縮更大。模溫分布與塑件內外冷卻及密度均勻性也有關,直接影響到各部分收縮量大小及方向性。另外,保持壓力及時 間對收縮也影響較大,壓力大、時間長的則收縮小但方向性大。注射壓力高,融料粘度差小,層間剪下應力小, 脫模後彈性回跳大,故收縮也可適量的減小,料溫高、收縮大,但方向性小。因此在成形時調整模溫、壓力、注射速度及冷卻時間等諸因素也可適當改變塑件收縮情況。
模具設計時根據各種塑膠的收縮範圍,塑件壁厚、形狀,進料口形式尺寸及分布情況,按經驗確定塑件各部位的收縮率,再來計算型腔尺寸。對高精度塑件及難以掌握收縮率時,一般宜用如下方法設計模具：
（1）對塑件外逕取較小收縮率，內逕取較大收縮率，以留有試模後修正的餘地。
（2）試模確定澆注系統形式、尺寸及成形條件。
（3）要後處理的塑件經後處理確定尺寸變化情況（測量時必須在脫模後24小時以後）。
（4）按實際收縮情況修正模具。
（5）再試模並可適當地改變工藝條件略微修正收縮值以滿足塑件要求。
（二）流 動 性
1、熱塑性塑膠流動性大小,一般可從分子量大小、熔融指數、阿基米德螺鏇線長度、表現粘度及流動比（流程長度/塑件壁厚）等一系列指數進行分析。分子量小,分子量分布寬,分子結構規整性差,熔融指數高、螺鏇線長度長、表現粘度小,流動比大的則流動性就好,對同一品名的塑膠必須檢查其說明書判斷其流動性是否適用於注射成形。按模具設計要求我們大致可將常用塑膠的流動性分為三類：
（1）流動性好尼龍、聚乙烯、聚苯乙烯、聚丙烯、醋酸纖維素、聚（4）甲基戍烯；
（2）流動性中等改性聚苯乙烯（例ABS·AS）、有機玻璃、聚甲醛、聚氯醚；
（3）流動性差聚碳酸酯、硬聚氯乙烯、聚苯醚、聚碸、聚芳碸、氟塑膠。
2、各種塑膠的流動性也因各成形因素而變,主要影響的因素有如下幾點：
（1）溫度料溫高則流動性增大,但不同塑膠也各有差異,聚苯乙烯（尤其耐衝擊型及MI值較高的）、聚丙烯尼龍、有機玻璃、改性聚苯乙烯（例ABS·AS）、聚碳酸酯、醋酸纖維等塑膠的流動性隨溫度變化較大。對聚乙烯、聚甲醛、則溫度增減對其流動性影響較小。所以前者在成形時宜調節溫度來控制流動性。
（2）壓力注射壓力增大則融料受剪下作用大,流動性也增大,特別是聚乙烯、聚甲醛較為敏感,所以成形時宜調節注射壓力來控制流動性。
（3）模具結構澆注系統的形式,尺寸,布置,冷卻系統設計,融料流動阻力（如型面光潔度,料道截面厚度,型腔形狀,排氣系統）等因素都直接影響到融料在型腔內的實際流動性,凡促使融料降低溫度,增加流動性阻力的則流動性就降低。
模具設計時應根據所用塑膠的流動性,選用合理的結構。成形時則也可控制料溫,模溫及注射壓力、注射速度等因素來適當地調節填充情況以滿足成形需要。
（三）結 晶 性
熱塑性塑膠按其冷凝時無出現結晶現象可劃分為結晶形塑膠與非結晶形（又稱無定形）塑膠兩大類。所謂結晶現象即為塑膠由熔融狀態到冷凝時,分子由獨立移動,完全處於無次序狀態,變成分子停止自由運動,按略微固定的位置,並有一個使分子排列成為正規模型的傾向的一種現象。
作為判別這兩類塑膠的外觀標準可視塑膠的厚壁塑件的透明性而定,一般結晶性料為不透明或半透明（如聚甲醛等）,無定形料為透明（如有機玻璃等）。但也有例外情況,如聚（4）甲基戍烯為結晶性料卻有高透明性,ABS為無定形料但卻並不透明。
在模具設計及選擇注射機時應注意對結晶料有下列要求：
（1）料溫上升到成形溫度所需的熱量多,要用塑化能力大的設備。
（2）冷凝時放出熱量大,要充分冷卻。
（3）熔態與固態的比重差大,成形收縮大,易發生縮孔、氣孔。
（4）冷卻快結晶度低,收縮小,透明度高。結晶度與塑件壁厚有關,壁厚冷卻慢結晶度高,收縮大,物性好。所以結晶性料應按要求必須控制模溫。
（5）各向異性顯著,內應力大。脫模後未結晶化的分子有繼續結晶化傾向,處於能量不平衡狀態,易發生變形,翹曲。
（6）結晶熔點範圍窄,易發生未熔粉末注入模具或堵塞進料口。
（四）熱敏性及水敏性
1、熱敏性塑膠系指某些塑膠對熱較為敏感,在高溫下受熱時間較長或進料口截面過小,剪下作用大時,料溫增高易發生變色、降聚,分解的傾向,具有這種特性的塑膠稱為熱敏性塑膠。如硬聚氯乙烯、聚偏氯乙烯、醋酸乙烯共聚物,聚甲醛,聚三氟氯乙烯等。熱敏性塑膠在分解時產生單體、氣體、固體等副產物，特別是有的分解氣體對人體、設備、模具都有刺激、腐蝕作用或毒性。因此,模具設計、選擇注射機及成形時都應注意,應選用螺桿式注射機,澆注系統截面宜大,模具和料筒應鍍鉻,不得有死角滯料,必須嚴格控制成形溫度、塑膠中加入穩定劑,減弱熱敏性能。
2、有的塑膠（如聚碳酸酯）即使含有少量水分,但在高溫、高壓下也會發生分解,這種性能稱為水敏性,對此必須預先加熱乾燥。
（五）應力開裂及熔融破裂
1、有的塑膠對應力敏感,成形時易產生內應力並質脆易裂,塑件在外力作用下或在溶劑作用下即發生開裂現象。
為此,除了在原料內加入附加劑提高抗裂性外,對原料應注意乾燥,合理的選擇成形條件,以減少內應力和增加抗裂性。並應選擇合理的塑件形狀,不宜設定嵌件等儘量減少應力集中。模具設計時應增大脫模斜度,選用合理的進料口及頂出機構,成形時應適當的調節料溫、模溫、注射壓力及冷卻時間,儘量避免塑件過於冷脆時脫模,成形後塑件還宜進行後處理提高抗裂性,消除內應力並禁止與溶劑接觸。
2、當一定融熔指數的聚合物熔體,在恆溫下通過噴嘴孔時其流速超過某值後,熔體表面發生明顯橫向裂紋稱為熔融破裂,有損塑件外觀及物性。故在選用熔融指數高的聚合物等,應增大噴嘴、澆道、進料口截面,減少注射速度,提高料溫。
（六）熱性能及冷卻速度
1、各種塑膠有不同比熱、熱傳導率、熱變形溫度等熱性能。比熱高的塑化時需要熱量大,應選用塑化能力大的注射機。熱變形溫度高的冷卻時間可短,脫模早,但脫模後要防止冷卻變形。熱傳導率低的冷卻速度慢（如離子聚合物等冷卻速度極慢）必須充分冷卻,要加強模具冷卻效果。熱澆道模具適用於比熱低,熱傳導率高的塑膠。
比熱大、熱傳導率低,熱變形溫度低、冷卻速度慢的塑膠則不利於高速成形,必須用適當的注射機及加強模具冷卻。
2、各種塑膠按其品種特性及塑件形狀,要求必須保持適當的冷卻速度。所以模具必須按成形要求設定加熱和冷卻系統,以保持一定模溫。當料溫使模溫升高時應予冷卻,以防止塑件脫模後變形,縮短成形周期,降低結晶度。
當塑膠餘熱不足以使模具保持一定溫度時,則模具應設有加熱系統,使模具保持在一定溫度,以控制冷卻速度,保證流動性,改善填充條件或用以控制塑件使其緩慢冷卻,防止厚壁塑件內外冷卻不勻及提高結晶度等。對流動性好,成形面積大、料溫不勻的則按塑件成形情況有時需加熱或冷卻交替使用或局部加熱與冷卻並用。為此模具應設有相應的冷卻或加熱系統。
（七）吸 濕 性
塑膠中因有各種添加劑，使其對水分各有不同的親疏程度，所以塑膠大致可分為吸濕、粘附水分及不吸水也不易粘附水分的兩種，料中含水量必須控制在允許範圍內，不然在高溫、高壓下水分變成氣體或發生水解作用，使樹脂起泡、流動性下降、外觀及機電性能不良。所以吸濕性塑膠必須按要求採用適當的加熱方法及規範進行預熱，在使用時還需用紅外線照射以防止再吸濕。