注塑成型工艺对塑料成型收缩率和制品尺寸精度的影响

【摘 要】阐述了塑料成型收缩的产生原因及影响成型收缩的主要因素，并重点介绍了注塑工艺对成型收缩率和制品尺寸精度的影响。

【关键词】塑料成型工艺；收缩；影响因素

一、概述

塑料是新材料产业的重要组成部分，只有迅速地发展塑料工业，才可能把各种性能优良的高分子材料变成功能各异的塑件产品，在国民经济各领域充分地发挥作用。

注射成型，是成型塑料制品的一种重要方法。几乎所有的热塑性塑料及多种热固性塑料都可用此法成型。用注射成型可成型各种形状、尺寸、精度、满足各种要求的模制品。注塑制品约占塑料制品总量的20%~30%，尤其是塑料作为工程结构材料的出现，注塑制品的用途已从民用扩大到国民经济各个领域，并将逐步代替传统的金属核非金属材料的制品，包括各种工业配件、仪器仪表零件结构件、壳体等。

注射成型工艺是一门不断发展的综合学科，随着高分子材料合成技术的提高、注射成型设备的革新，成型工艺也得到不断改进而成熟。

二、成型收缩的产生

任何塑料制品都有一定的尺寸要求，在使用或安装中有配合要求的塑料制品，其尺寸精度厂要求较高。设计模具所估计的塑料收缩率与实际收缩率的差异和生产制品时收缩率的波动值，都会影响塑料制品的尺寸精度。此外，型腔在使用过程中不断磨损，使得同一模具在新和旧的时候所生产的制品尺寸各不相同。模具成型零件安装尺寸、配合间隙的变化，这些都将影响塑件的公差。

从模腔脱出尚有余热的制品尺寸与其冷却至室温时的尺寸之差，称为成型收缩。

三、影响成型收缩的主要因素

（一）塑料品种的影响

在塑料成型加工时，不仅不同品种塑料其收缩率各不相同，而且不同批的、甚至在同一制品的不同部位的收缩率也常有不同。同一塑料又由于分子量、填料或增强材料比例等不同，其收缩及各向异性也有很大差异。

在热塑性塑料成型过程中，由于存在结晶引起的体积变化，在制品内的参与应力大，分子取向性强，因此其收缩率比热固性塑料的大，收缩范围宽，方向明显。

热塑性增强塑料的成型收缩比普通塑料小，但各向异性增大。沿料流方向收缩小，垂直料流方向打；进料口附近小，远处大。

热固性塑料的收缩率小 ，热固性增强塑料的收缩率更小。

（二）制品特性

制品特性是指其形状、壁厚、有无嵌件、嵌件数量及布局等。在塑料成型加工时，熔融物料与模腔表面接触层较快地冷却形成固态外壳，而内层冷却较缓慢，形成收缩大的固化内，所以壁厚大的制品冷却慢，收缩大。

由于塑料的热膨胀系数比金属大得多，在制品上装金属嵌件，会妨碍塑料的收缩，因此产生的拉应力很大，可能导致材料的开裂。

（三）其它如浇口、模具等的影响

四、注塑工艺对成型收缩率的影响

影响塑料成型制品收缩的因素很多，有些因素直接的影响和间接的影响在某些情况下起相反作用，因此比较复杂，必须综合考虑，分析哪些是最主要的，其影响程度如何等等。而在实际生产中，有针对性地调整注塑工艺对较好地控制制品尺寸精度会大有帮助。

（一）成型压力的影响

较高的成型压力使模腔内制品密实，收缩减小，尤其是保压阶段的压力及保压时间对制品收缩率及缩孔的产生影响更大。

这也可以理解为模腔内数值压力愈高，弹性恢复愈大，因此收缩率愈小。

较高的成型压力使成型后的收缩减少，差不多所有的塑料都有相同的倾向。但是如果不适当地增大成型压力，将引起成型后的制品存在较大残留内应力，导致以后制品的变形、开裂。如果模具的制造精度偏低，过分增大成型压力将引起溢料，甚至使模具变形，不易脱模，制品也因此产生变形缺陷。

（二）熔体温度的影响

在其它条件不变的情况下，料温越高，冷却至室温的收缩就越大。但是随着料温的增加，高聚物熔体分子内能增加，熔体粘度下降，在不改变注射压力的情况下，模腔内的压力损失就会减小，于是进入模腔的料流压力增高，不但抵消了熔体温度升高的影响，反而使制品收缩率减小。

以PP为例，如果提高熔体温度，当模具温度也高时，成形收缩率减小；当模具温度较低时，成形收缩率则稍有增大的倾向。

当PP熔体温度较低时，料流方向收缩率降低得尤其明显。当熔体温度较低时，料流方向的收缩率比垂直方向的大。而且随着熔体温度的上升，其差值减小。温度―收缩率关系曲线的特征是垂直方向和料流方向的两条曲线在某一点交叉，在这个交叉点温度以上，垂直于料流方向的收缩率变化减小。因此，加工温度必须高于此交叉温度。

（三）成型时间的影响

对于注射成型时间愈长，收缩率愈小。然而，当注射时间达到或超过某时刻时，即使再延长注射时间，制品重量和收缩率也不再变化。只有在足够的成型时间内，在保压压力下物料才能充分充满型腔。当浇口凝封后，再延长注射时间不但不再起作用，反而使生产效率降低，甚至引起在教口附近产生裂纹等缺陷。

（四）模具温度的影响

在熔融状态下注入模具内的高温树脂在模具内冷却固化而成型，所以冷却速度受到模具温度的影响，成形收缩也将受到模具温度的影响。

如果模具温度高，因为制品脱模后的热收缩量大，所以成型收缩率也大。可是，因为模具温度高而冷却缓慢，所以注射压力容易成分发挥作用，能够使制品脱模时弹性回复增大，又能降低成型收缩率。在一般情况下，模具温度愈高，成型收缩率愈大。

在注射成型较大箱形制品时，如果冷却不充分，模芯温度将较高，制品因内外收缩率不同而翘曲不平。所以模具内应设有足够的冷却水管。

（五）模内冷却时间的影响

模内冷却时间长能使收缩率较小。对结晶塑料，若冷却时间过长，结晶得到充分进行，结晶度高，成形收缩率就会增大。但一般说来，制品在模腔内冷却时间长时，温度对收缩率的影响大于结晶对收缩率的影响，所以最后表现为收缩小。

五、结束语

在实际生产中，生产工人无法对塑料原材料、制品结构、模具等条件变更的情况下，可以根据制品性能和实际试模尺寸，通过合理调整注塑工艺，更好地控制塑料的成型收缩率及制品尺寸精度。

参考文献：

[1] 叶久新，王群．塑料成型工艺及模具设计[M] ．北京：机械工业出版社，2008：25-224.

[2] 张治华.塑料收缩性[M].北京:中国石化出版社，1999.

[3]洪慎章.实用注塑成型及模具设计[M].北京:机械工业出版社，2006.

[4]黄锐.塑料成型工艺学 .第二版.北京：轻工业出版社，1998

作者简介：

徐慧芳，女，1978年9月出生，2000年毕业于太原理工大学，工程师，长治清华机械厂工作。