為了進(jìn)一步改善熱固性及熱塑性塑料的力學(xué)性能。常在塑料中加入玻璃纖維(簡(jiǎn) 稱玻纖),滑石粉、云母、碳酸鈣、高嶺土、碳纖維等作為增強(qiáng)材料,以樹(shù)脂為母體及粘結(jié)劑而組成新型復(fù)合材料,稱為增強(qiáng)塑料(如環(huán)氧樹(shù)脂為母體樹(shù)脂 塑料的增強(qiáng)塑料又稱為玻璃鋼)。
由于塑料混用玻璃纖維的品種、長(zhǎng)度、含量等不同,其工藝性及物性也各 不相同。下面主要介紹模塑用的熱固性增強(qiáng)塑料及注射用的熱塑性增強(qiáng)塑料。
1、熱固性增強(qiáng)塑料
熱固性增強(qiáng)塑料是由樹(shù)脂、增強(qiáng)材料、助劑等組成。其中樹(shù)脂作為母體和粘結(jié)劑,它 要求有良好的流動(dòng)性、適宜的固化速度、副產(chǎn)物少,易調(diào)節(jié)粘度和良好的相溶性,并需滿 足塑件及成型要求。增強(qiáng)材料起骨架作用,其品種規(guī)格繁多,但常用玻璃纖維,一般用量為 60%、長(zhǎng)度為15~20毫米。助劑包括調(diào)節(jié)粘度的稀釋劑(用以改進(jìn)玻纖與樹(shù)脂的粘結(jié))、 用以調(diào)節(jié)樹(shù)脂-纖維界面狀態(tài)的玻纖表面處理劑、用以改進(jìn)流動(dòng)性,降低收縮,提高光澤 度及耐磨性等用的填料和著色劑等。由于選用的樹(shù)脂,玻纖的品種規(guī)格(長(zhǎng)度、直徑, 無(wú)堿或含堿,支數(shù),股數(shù),加捻或無(wú)捻),表面處理劑,玻纖與樹(shù)脂混制工藝(預(yù)混法或 預(yù)浸法,塑料配比等不同則其性能也各不相同。
1.1加工特性
?、帕鲃?dòng)性 增強(qiáng)料的流動(dòng)性比一般壓塑料差,流動(dòng)性過(guò)大時(shí)易產(chǎn)生樹(shù)脂流失與玻 纖分頭聚積。過(guò)小則成型壓力及溫度將顯著提高。影響流動(dòng)性的因素很多,要評(píng)定某種料 的流動(dòng)性,必須按組成作具體分析。影響流動(dòng)性的因素
?、剖湛s率增強(qiáng)塑料的收縮率比一般壓塑料小,它主要由 熱收縮及化學(xué)結(jié)構(gòu)收縮 組成。影響收縮的因素首先是塑料類種。一般酚醛比環(huán)氧、環(huán)氧酚醛、不飽和聚酯等 要大,其中不飽和聚酯料收縮最小。其它影響收縮的因素是塑件形狀及壁厚,厚壁則收縮 大,塑料中含填料及玻纖量大則收縮小,揮發(fā)物含量大則收縮也大,成型壓力大,裝料 量大則收縮小,熱脫模比冷脫模的收縮大,固化不足收縮大,當(dāng)加壓時(shí)機(jī)及成型溫度適當(dāng), 固化充分而均勻時(shí)則收縮小。同一塑件其不同部位的收縮也各不相同,尤其對(duì)薄壁塑件更 為突出。一般收縮率為0~0.3%,以0.1%~0.2%的居多,收縮大小還與模具結(jié)構(gòu)有關(guān),總 之確定收縮率時(shí)應(yīng)綜合考慮各種因素。
?、菈嚎s比 增強(qiáng)料的比容,壓縮比都較一般壓塑料大,預(yù)混料則更大,因此在模 具設(shè)計(jì)時(shí)需取較大的裝料室,另外向模內(nèi)裝料也較困難,尤其預(yù)混料更為不便,但如采用 料坯預(yù)成型工藝則壓縮比就可顯著減小。
裝料量一般可預(yù)先估算,經(jīng)試壓后再作調(diào)整。估算裝料量的方法可由如下四種:
?、儆?jì)算法裝料量可按公式(1-1)計(jì)算:
A = V × G[1+(3%~5%)] (1-1)
式中:A--裝料量(克);
V--塑件體積(厘米3);
G--所用塑料比重(克/厘米3);
3%~5%--物料揮發(fā)物、毛刺等損耗量補(bǔ)償值。
?、谛螤詈?jiǎn)化計(jì)算法,將復(fù)雜形狀塑件簡(jiǎn)化成由若干個(gè)簡(jiǎn)單形狀組成,同時(shí)將 尺寸也相應(yīng)變更,再按簡(jiǎn)化形狀進(jìn)行計(jì)算。
?、郾戎乇容^法,當(dāng)按金屬或其它材料的零件仿制塑件時(shí),則可將原零件的材 料比重與所選用的增強(qiáng)塑料比重之比及原零件重量求得裝料量。
④注型比較法用樹(shù)脂或石蠟等澆注型材料注入模具型腔成型后再以此零件 按比重比較法求得裝料量。
?、任锪蠣顟B(tài)增強(qiáng)料按其玻纖與樹(shù)脂混合制成原料的方式可分為如下三種狀態(tài)。
?、兕A(yù)混料是將長(zhǎng)達(dá)15~30毫米的玻纖與樹(shù)脂混合烘干而成,它比容大,流 動(dòng)性比預(yù)浸料好,成型時(shí)纖維易受損傷,質(zhì)量均勻性差,裝料困難,勞動(dòng)條件差。適用于 壓制中小型、復(fù)雜形狀塑料及大量生產(chǎn)時(shí),不宜用于壓制要求高強(qiáng)度的塑件。使用預(yù)混料 時(shí)要防止料"結(jié)"使流動(dòng)性迅速下降。該料互溶性不良,樹(shù)脂與玻纖易分頭聚積。
②預(yù)浸料是將整束玻纖浸入樹(shù)脂,烘干切短而成。它流動(dòng)性比預(yù)混料差, 料束間相溶性差,比容小,玻纖強(qiáng)度損失小,物料質(zhì)量均勻性良好,裝模時(shí)易按塑件形狀 受力狀態(tài)進(jìn)行合理輔料,適用于壓制形狀復(fù)雜的高強(qiáng)度塑料。
③浸氈料是將切短的纖維均勻地鋪在玻璃布上浸漬樹(shù)脂而成的氈狀料,其 性能介于上述兩者之間。適用壓制形狀簡(jiǎn)單,厚度變化不大的薄壁大型塑件。
?、捎不俣燃百A存性增強(qiáng)塑料按其硬化速度可分為快速和慢速兩種??焖倭瞎?化快,裝料模溫高,為適用于壓塑小型塑件及大量生產(chǎn)時(shí)常用原料。慢速料適用于壓制大 型塑件,形狀復(fù)雜或有特殊性能要求及小批量生產(chǎn)時(shí),慢速料必須慎重選擇升溫速度,過(guò) 快易發(fā)生內(nèi)應(yīng)力,硬化不勻,填充不良。過(guò)慢則降低生產(chǎn)效率。所以模具設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)預(yù)先了 解所用料的性能和要求。
各種料都有其允許貯存期及貯存條件。凡超期或貯存條件不良者都會(huì)導(dǎo)致塑 料變質(zhì),影響流動(dòng)性及塑件質(zhì)量,故試模及生產(chǎn)時(shí)都應(yīng)注意。
1.2成型條件(略)
熱固性增強(qiáng)塑料的成型條件
1.3塑件及模具設(shè)計(jì)注意事項(xiàng)
⑴塑件設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)注意下列事項(xiàng)。
①塑件光潔度可達(dá)7~ 9,精度一般宜取3~5級(jí),但沿壓制方向的精度不易保 證,宜取自由公差。
?、诓灰酌撃?,宜取較大脫模斜度。若不允許取較大脫模斜度時(shí),則塑件徑 向公差宜取大。
?、鬯芗巳』剞D(zhuǎn)體對(duì)稱外形,不宜過(guò)高。
?、鼙趹?yīng)厚而均勻,避免尖角、缺口、窄槽等形狀,各面應(yīng)圓弧過(guò)渡連接以 防止應(yīng)力集中、死角滯料,填充不良,物料集聚堵塞流道。
?、菘滓话銘?yīng)取通孔,避免用Φ5毫米以下的盲孔,盲孔底部應(yīng)成半球面或圓 錐面以利物料流動(dòng),孔徑及深度比一般為1∶2~1∶3,大型塑件盡量不設(shè)計(jì)小孔,孔間距、 孔邊距宜取大,大密度排列的小孔不宜模壓成型。
⑥螺孔比螺紋易成型,M6以下螺紋不宜成型,齒形宜用半圓形及梯形,其 圓角半徑應(yīng)大于0.3毫米,并應(yīng)注意半角公差,可以參照一般塑制的螺紋進(jìn)行設(shè)計(jì)。當(dāng)塑件 螺紋與其它材料螺紋零件接合時(shí),要考慮其配合張力,螺紋段長(zhǎng)度應(yīng)取最小尺寸。
?、叱尚蛪毫Υ?,嵌件應(yīng)有足夠強(qiáng)度,防止變形損壞,定位必須可靠。
⑧收縮小,有方向性,易發(fā)生熔接不良,變形、翹曲、縮孔、裂紋及應(yīng)力 集中,樹(shù)脂填料分布不勻。薄壁塑件易碎,不易脫模,大面積塑件易發(fā)生波紋及物料聚積。
⑵模具設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)注意下列事項(xiàng):
?、僖阌谘b料,有利于物料流動(dòng)填充型腔。
②脫模斜度宜取1°以上。
?、垡诉x塑件投影面大的方向作為成型加壓方向便于物料填充型腔,但不宜 把尺寸精度高的部位和嵌件、型芯軸線垂直方向作為成型加壓方向。
?、芪锪蠞B入力強(qiáng),導(dǎo)致飛邊厚不易去除,選擇分型面時(shí)應(yīng)注意飛邊方向。上下 模及并鑲件宜取整體結(jié)構(gòu),組合結(jié)構(gòu)裝配間隙不宜取大,上下??刹鸪尚土慵巳?~4級(jí) 滑動(dòng)配合。
⑤收縮率為0~0.3%,一般取0.1~0.2%,物料體積一般取塑件體積的2~3倍。
⑥成型壓力大,物料滲擠力大。模具型芯嵌件應(yīng)有足夠強(qiáng)度、防止變形、 位移與損壞。尤其對(duì)細(xì)長(zhǎng)型芯與型腔間空隙較小時(shí)更應(yīng)注意。
?、吣>邞?yīng)拋光、淬硬。
⑧頂出力大,頂桿應(yīng)有足夠強(qiáng)度,頂出應(yīng)均勻,頂桿不宜兼作型芯。
⑨快速成型料在成型溫度下即可脫模,慢速成型料模具應(yīng)設(shè)有加熱及強(qiáng)迫 冷卻措施。
2、熱塑性增強(qiáng)塑料
熱塑性增強(qiáng)塑料一般由樹(shù)脂及增強(qiáng)材料組成。目前常用的樹(shù)脂主要為尼龍、聚苯 乙烯、ABS、AS,聚碳酸酯、線型聚酯、聚乙烯、聚丙烯、聚甲醛等。增強(qiáng)材料一般為無(wú)堿 玻璃纖維(有長(zhǎng)短兩種,長(zhǎng)纖維料一般與粒料長(zhǎng)一致為2~3毫米,短纖維料長(zhǎng)一般小于0.8 毫米)經(jīng)表面處理后與樹(shù)脂配制而成。玻纖含量應(yīng)按樹(shù)脂比重選用最合理的配比,一般為 20%~40%之間。由于各種增強(qiáng)塑料所選用的樹(shù)脂不同,玻纖長(zhǎng)度、直徑,有無(wú)含堿及表面處 理劑不同其增強(qiáng)效果不一,成型特性也不一。
如前所述增強(qiáng)料可改善一系列力學(xué)性能,但也存在一系列缺點(diǎn):沖擊強(qiáng)度與沖擊 疲勞強(qiáng)度低(但缺口沖擊強(qiáng)度提高);透明性、焊接點(diǎn)強(qiáng)度也降低,收縮、強(qiáng)度、熱膨脹 系數(shù)、熱傳導(dǎo)率的異向性增大。故目前該塑料主要用于小型,高強(qiáng)度、耐熱,工作環(huán)境 差及高精度要求的塑件。
2.1工藝特性
?、帕鲃?dòng)性差增強(qiáng)料熔融指數(shù)比普通料低30%~70%故流動(dòng)性不良,易發(fā)生填充不 良,熔接不良,玻纖分布不勻等弊病。尤其對(duì)長(zhǎng)纖維料更易發(fā)生上述缺陷,并還易損傷纖 維而影響力學(xué)性能。
?、瞥尚褪湛s小、異向性明顯成型收縮比未增強(qiáng)料小,但異向性增大沿料流方向 的收縮小,垂直方向大,近進(jìn)料口處小,遠(yuǎn)處大,塑件易發(fā)生翹曲、變形。
?、敲撃2涣?、磨損大不易脫模,并對(duì)模具磨損大,在注射時(shí)料流對(duì)澆注 系統(tǒng),型芯等磨損也大。
?、纫装l(fā)生氣體成型時(shí)由于纖維表面處理劑易揮發(fā)成氣體、必須予以排出,不 然易發(fā)生熔接不良、缺料及燒傷等弊病。
2.2成型注意事項(xiàng)
為了解決增強(qiáng)料上述工藝弊病,在成型時(shí)應(yīng)注意下列事項(xiàng):
⑴宜用高溫、高壓、高速注射。
?、颇匾巳「撸▽?duì)結(jié)晶性料應(yīng)按要求調(diào)節(jié)),同時(shí)應(yīng)防止樹(shù)脂、玻纖分頭聚積, 玻纖外露及局部燒傷。
?、潜貉a(bǔ)縮應(yīng)充分。
?、人芗鋮s應(yīng)均勻。
?、闪蠝?、模溫變化對(duì)塑件收縮影響較大,溫度高收縮大,保壓及注射壓力增 大,可使收縮變小但影響較小。
?、视捎谠鰪?qiáng)料剛性好,熱變形溫度高可在較高溫度時(shí)脫模,但要注意脫模后均勻冷卻。
⑺應(yīng)選用適當(dāng)?shù)拿撃?br/> ?、桃擞寐輻U式注射機(jī)成型。尤其對(duì)長(zhǎng)纖維增強(qiáng)料必須用螺桿式注射機(jī)加工,如果 沒(méi)有螺桿式注射機(jī)則應(yīng)在造粒后象短纖維料一樣才可在柱塞式注射機(jī)上加工。
2.3成型條件
常用熱塑性增強(qiáng)塑料成型條件見(jiàn)表(略)。
2.4模具設(shè)計(jì)注意事項(xiàng)
⑴塑件形狀及壁厚設(shè)計(jì)特別應(yīng)考慮有利于料流暢通填充型腔,盡量避免尖角、缺口。
?、泼撃P倍葢?yīng)取大,含玻璃纖維15%的可取1°~2°,含玻璃纖維30%的可取 2°~3°。當(dāng)不允許有脫模斜度時(shí)則應(yīng)避免強(qiáng)行脫模,宜采用橫向分型結(jié)構(gòu)。
?、菨沧⑾到y(tǒng)截面宜大,流程平直而短,以利于纖維均勻分散。
?、仍O(shè)計(jì)進(jìn)料口應(yīng)考慮防止填充不足,異向性變形,玻璃纖維分布不勻,易產(chǎn) 生熔接痕等不良后果。進(jìn)料口宜取薄片,寬薄,扇形,環(huán)形及多點(diǎn)形式進(jìn)料口以使料流亂流, 玻璃纖維均勻分散,以減少異向性,最好不采用針狀進(jìn)料口,進(jìn)料口截面可適當(dāng)增大,其長(zhǎng)度應(yīng)短。
⑸模具型芯、型腔應(yīng)有足夠剛性及強(qiáng)度。
⑹模具應(yīng)淬硬,拋光、選用耐磨鋼種,易磨損部位應(yīng)便于修換。
?、隧敵鰬?yīng)均勻有力,便于換修。
?、棠>邞?yīng)設(shè)有排氣溢料槽,并宜設(shè)于易發(fā)生熔接痕部位。
熱塑性,熱固性,模具,塑料