ABS塑料外觀性能一. 流紋.doc

ABS塑料外觀性能一. 流紋一. 流紋流紋常由熔體中的氣泡產(chǎn)生，氣泡來自潮氣、包陷的氣體和裂解氣體。適當(dāng)?shù)念A(yù)干燥可避免與潮濕潮濕有關(guān)的流紋。（Fritch.L., “Injection Molding ABS for Properties of Weld Line in Injection Molded Thermoplastics” SPE ANTEC Papers）錯誤的螺桿設(shè)計、過小的螺桿背壓、大的塑料顆粒、高的螺桿轉(zhuǎn)速以及使用螺桿減壓可引起由包陷氣體產(chǎn)生的流紋。裂解氣體產(chǎn)生的流紋產(chǎn)生于過高的熔體溫度或在塑化筒中長時間的停留、高的噴嘴溫度和過度的剪切。過度的剪切產(chǎn)生于：.導(dǎo)致熔體過熱的不良螺桿設(shè)計；.螺旋片或單向閥開裂；.高的螺桿轉(zhuǎn)速；.螺桿背壓過高；.節(jié)流澆道和澆口；.非常高的注射速率。通過模具設(shè)計和機器調(diào)節(jié)等措施，流紋也能得到各種程度的消除。某些提高流紋消除能力的機器條件卻又反過來加重了型腔流動時產(chǎn)生的氣泡。最終的結(jié)果總是難以預(yù)測的。在噴嘴和模具流道設(shè)計正確的假定下，快速充填常常產(chǎn)生較少的流紋（圖一）。這是由于氣泡生長的時間被縮短了，而且快速充填提高了流紋的消除能力。提高熔體溫度雖然也能幫助消除流紋，但結(jié)果幾乎總是產(chǎn)生更多的流紋（圖一）。較高的熔體溫度產(chǎn)生較多的氣泡，因為熔體的黏度小了，而氣泡中的壓力卻大了。所以，根據(jù)不同的情況，高溫熔體的快速充填既可減少流紋，也可使其增多。如果快速充填因剪切熱使熔體過熱，那么流紋就將增多。圖二表示增加充填壓力可以減少流紋的情形,這在高模溫時最有效.消除流紋是一件費力而不易見效的事,最好是避免產(chǎn)生氣泡的根本原因,如此就不必再要求消除流紋了.對有待電鍍或油漆的塑件,或者將浸泡在熱水或溶劑中的塑件,就毋需采用消除流紋的方法.二.光澤ABS塑料含有兩種材料,其中一相比另一相容易變形,所以熔體鋒面滾動產(chǎn)生的塑料表面本質(zhì)上是在微米量級內(nèi)起伏不平的.最佳的光澤取決于將這種起伏不平的新生表面緊貼在高度拋光的模具表面上.雖然人們總是期望較高的熔體溫度會有利于提高光澤,但是在大多數(shù)情況下卻正好相反,尤其是在冷模具中(圖三).某些牌號的ABS塑料不甚敏感,所以性能響應(yīng)曲線比較平坦.熔體過冷也會使光澤降低,因為充填受到了障礙.因為,總的性能響應(yīng)曲線是一條弓背型的曲線.模具溫度對光澤有強烈的影響.冷模具(低于1400F)減少了可得到的光澤,同時使其它成形參數(shù)對光澤更為敏感.較高的模具溫度(1501800F)提高了光澤,并減小了熔體溫度的影響.只要熔體在節(jié)流澆道和澆口中不受到過度的剪切,較快的充填往往有助于提高光澤.充填速率的影響在低模溫時最大(圖四).令人感到意外的是,在塑件良好充填所需范圍之外提高充填壓力,并不總會產(chǎn)生人們所期望的強烈影響.充填壓力的影響可能是微弱的,并且與模具溫度相互作用(圖五).曾發(fā)現(xiàn)過高的充填壓力降低光澤的情況.最好的光澤得自中等熔體溫度.“上限”模溫.快速充填和充分而不過度的充填壓力.由于高模溫會犧牲冷卻時間和成形效率,所以不采用比所需要模溫更高的溫度是明智的.利用這四種成形條件,同一種牌號的ABS塑料的光澤可從20%變化到98%該項結(jié)果由文獻(xiàn)11公布.三.翹曲由于若干原因,成形塑件在不受載條件下因溫度升高而可能發(fā)生翹曲.應(yīng)該了解,翹曲更容易發(fā)生在高溫度時(即翹曲傾向在濕熱條件下比干熱條件下更大).成形塑件中的芯部方向性和冷卻應(yīng)力都能引起塑件的翹曲.提高熔體溫度減少了塑件中的方向性,因為減少了翹曲的傾向.較快異充填也減少了塑件芯部的方向性,當(dāng)然也常能減小翹曲.圖六表示綜合的影響.冷模具以幾種方式產(chǎn)生較大的翹曲傾向.方向性松馳的機會較少及快速冷卻產(chǎn)生了有害的冷卻應(yīng)力.提高充填壓力也產(chǎn)生較大的應(yīng)力,阻礙松馳并降低不退火熱扭變溫度(見熱扭變溫度一節(jié)).充填壓力和模具溫度的影響見圖七.u械性能和成形參數(shù)機一. 拉伸強度和彈性模量上述四個成形參數(shù)并不明顯影響彈性模量.拉伸強度主要受方向性影響,塑件在取向方向強度較高.有證據(jù)表明,加熱時間具有有害的影響.與沖擊性能相對照,拉伸性能受的影響處胾較低的量級內(nèi).圖八定性地表示了重要的性能響應(yīng).定量地說,在從冷熔體慢速充填到熱熔體快速充填的典型條件內(nèi).室溫時的拉伸屈服強度可降低正常值的510%15.模具溫度和充填壓力無明顯的影響.二. 彎曲強度和彎曲模量這些性能對成形參數(shù)的響應(yīng)與拉伸性能的相同,所以上述內(nèi)容完全可用.三.蠕變可獲得的有限數(shù)據(jù)表明,成形參數(shù)對蠕變沒有明顯影響.四. 熱扭變溫度研究結(jié)果表明,不退火和退火材料的熱扭變溫度對成形參數(shù)響應(yīng)稍有不同.不退火材料的熱扭變溫度受充填壓力和模具溫度影響,未發(fā)現(xiàn)熔體溫度和充填速率對此有何影響.試圖將不退火熱扭變溫度與方向性或冷卻應(yīng)力相聯(lián)系的努力已經(jīng)失敗11.一個眾所周知的事實是有趣的,即退火常常將熱扭變溫度提高400F.文獻(xiàn)4在分子松馳概念基礎(chǔ)上解釋了成形參數(shù)的影響.圖九表明,過高的充填壓力使不退火熱扭變溫度損失10150F15.冷模具(800F)也能使不退火熱扭變溫度降低100F11.高充填壓力和快速冷卻阻礙分子運作,并且阻礙塑料分子的優(yōu)惠排列.另一方面,充填壓力.模具溫度或充填速度對退火熱扭變溫度沒有影響.已收集的一些數(shù)據(jù)表明,當(dāng)熔體溫度上升時,退火熱扭變溫度下降約達(dá)100F(圖十).這種影響并不總是存在,它取決于所使用的ABS塑料牌號.五. 懸掛梁式?jīng)_擊V形缺口沖擊受到方向性的強烈影響,因此沖擊值也能反映方向性的強弱.因為方向性是有向的概念,所以必須特別規(guī)定相對于流動方向斷裂方向.沖擊斷裂方向與流動方向垂直時的方向性是有利的.另一方面,塑件沿流動方向斷裂時,相同的方向性就是不利的.垂直沖擊斷裂值可能比平行斷裂值大14倍11.在某些應(yīng)用中,盡可能在一個方向上有較大的沖擊值是有益的,而其它方向則是無關(guān)緊要的.另一些應(yīng)用中則要求均勻的沖擊值(即沒有優(yōu)先方向).成形參數(shù)的相互作用可在某種程度上取得這兩種結(jié)果.熔體溫度通過兩種可能的方式影響沖擊值.在推薦范圍內(nèi),升高熔體溫度降低了強烈影響該項性能的芯部方向性,使得垂直斷裂值下降而平行斷裂值上升(圖十一).過高的熔體溫度不僅減小了方向性,而且還會使塑料降解,這就同時減小了平行方向和垂直方向的沖擊強度.圖十一中的曲線在超出推薦溫度范圍后呈現(xiàn)下降趨勢的原因就在于此.根據(jù)各種ABS塑料不同的結(jié)構(gòu)和穩(wěn)定性,熔體溫度對強度的影響降到幾分之一,而對平行斷裂沖擊強度的影響沒有這么大,在推薦范圍內(nèi)提高熔體溫度可提高平行斷裂沖擊強度約50%11,15.快速充填減小芯部方向性,結(jié)果其影響是減小垂直斷裂沖擊強度和增大平行斷裂沖擊強度.在低熔體溫度時,充填速率的影響可為1550%或更大.高熔體溫度時,充填速率的影響明顯減小,因為熔體松馳抵消了充填引起的方向性(圖十二).提高模具溫度還可減小垂直斷裂和平行斷裂沖擊強度的差別,因為這促進了緩冷過程和增加了熔體的松馳.模溫(800F和1800F)的影響不象充填速率那么大.模溫影響最大發(fā)生在低熔體溫度和低充填速率時(圖十三).充填壓力對沖擊強度沒有強烈和確定的影響.六. 熔接痕強度熔接痕由兩股熔流匯合而成,有幾個原因決定了它的強度低于非熔接痕區(qū).熔接痕缺口處存在應(yīng)力集中.熔體鋒面的拉伸延展產(chǎn)生,與主流動方向垂直.這種方向性也被認(rèn)為是弱熔接痕的一個原因1619.在熔接痕處避免陷入空氣是最重要的,所以成形模正確排氣是必不可少的.有關(guān)成形參數(shù)的影響資料并不充裕,但是現(xiàn)有的數(shù)據(jù)告訴了我們下列的一般規(guī)則.提高熔體和模具的溫度往往增加熔接痕的強度(圖十四).較高的熔體溫度促進熔接痕處分子的合并和纏連,也產(chǎn)生較小的殘留方向性.因此,可嘗試在推薦限度內(nèi)提高熔體溫度.過高的熔體溫度會使熔體降解,使包括熔接痕區(qū)在內(nèi)的強度降低.因此,圖十四中熔體溫度的響應(yīng)曲線在推薦限度上呈現(xiàn)下降趨勢.提高模具溫度會促進緩冷,可以有較多的時間填滿熔接痕處的縫隙,并使該處分子互相纏連,方向性也得到更多的松馳,因此有利于提高熔接痕強度.然而,在大多數(shù)情況下,模溫的提高雖然是有利的,但不如熔體溫度的影響大.由于充填速率和充填壓力的相互作用,它們的影響是復(fù)雜的因此,確切的影響程度取決于ABS塑料牌號.塑料設(shè)計和熔體及模具溫度.一方面,提高充填速率可促進拼合,其機理與提高熔接溫度相同.快速充填會產(chǎn)生熱量以及減少流動時的模內(nèi)冷卻.另一方面,快速充填可產(chǎn)生更多不利熔體鋒面的方向性和加劇排氣問題,因此使熔接痕變?nèi)?圖十五).充填壓力不足會產(chǎn)生較明顯和較弱的熔接痕.可是有兩個因素決定了過高充填壓力也會產(chǎn)生較弱的熔接痕.過高的充填壓力產(chǎn)生比較尖銳的缺口,在使用條件下容易增加應(yīng)力集中.過高充填壓力也阻礙熔體松馳和分子的纏連.圖十六總結(jié)了可能發(fā)生的情況.最佳的充填壓力和充甜速率取決于塑件設(shè)計的特殊性.排除故障時可從正.反兩個方向調(diào)整這兩個參數(shù),并仔細(xì)注意性能的響應(yīng).充填壓力和充填速率的影響都不如熔體或模具溫度的影響.還應(yīng)認(rèn)識到,變動這些參數(shù)雖可在一定程度上改善熔接痕,但熔接痕區(qū)的強度總要比非熔接痕區(qū)的差.七. 投擲沖擊投擲沖擊性能與垂直斷裂懸臂梁式?jīng)_擊性能相比較,成形參數(shù)的影響在某些方面是不同的.在垂直斷裂懸臂梁式?jīng)_擊的情況下,芯部方向性提高了沖擊強度.相形之下,方向性對投擲沖擊性能幾乎總是有害的,因為流動傾向的強度較弱.投擲沖擊產(chǎn)生雙向變形,塑件不會比最弱方向的強度更牢固,流動方向上的高強度是無用的.通常的規(guī)則是在不引起塑料降解的條件下改變成形參數(shù),以促使方向性減小.這意味著在許可范圍內(nèi)提高熔體溫度.各種ABS塑料的熱穩(wěn)定性是不同的.在降解抵消方向性減小帶來的好處之前,某些牌號經(jīng)受較高熔體溫度.各種牌號ABS塑料投擲沖擊性能響應(yīng)在圖十七中表示為包絡(luò)線.模具溫度的升高促進方向性的消除,并且常與充填速率相互作用.在模具溫度降低時,改變充填速率具有最大的影響(圖十八).充填壓力對投擲沖擊性能一般沒有什么影響.在發(fā)現(xiàn)提高充填壓力的影響時,這種幾乎總是有害的,在綜合較低熔體和模具溫度及緩慢充填時尤其如此.實驗和工業(yè)實踐已顯示,過高充填壓力時的投擲強度最優(yōu)值的一半.過高充填壓力增加殘留方向性,并可能打破冷卻應(yīng)力的平衡,使表面受拉而不象通常那樣受壓6.預(yù)計這兩種情況都會減小投擲沖擊強度.八. 用于電鍍的注射成形件成形件電鍍時,其外觀.鍍層附著性和尺寸穩(wěn)定性都是關(guān)鍵的質(zhì)量指針.由于存在各種相互矛盾的因素,從成形參數(shù)最優(yōu)化的觀點來看,電鍍代表了最復(fù)雜的情況中的一種.例如,某種成形參數(shù)配置使鍍層附著性最佳,但它卻不是抑制流紋或塑件翹曲傾向的最好選擇.一般情況下選擇的參數(shù)使鍍層附著性和熱循環(huán)性能最優(yōu),下面的討論將圍繞這個方面展開.假定電鍍預(yù)處理和電鍍的各個步驟都能正確地實現(xiàn),那么ABS塑料的鍍層附著性主要取決于鍍層底下塑料薄層的強度.低附著性和鍍層氣泡很少能使鍍層和ABS塑料徹底分離,而是ABS塑料本身在邊界層處剝離.邊界層受到熔體鋒面產(chǎn)生的方向性的制約.為使這個要害層次的強度達(dá)成最大,希望該層的方向性最小20.如圖十九所示,兩個關(guān)鍵性參數(shù)是熔體溫度和充填速率.應(yīng)采用緩慢充填來促使表面方向性減小,從而提高ABS塑料與鍍層相結(jié)合的邊界層的強度.不過,這里的例子很好地說明了前述的折衷方法.由于電鍍塑件的扭曲或彎曲會產(chǎn)生應(yīng)力,使得鍍層起伏或開裂,因此還應(yīng)使塑件的翹曲達(dá)成最小.如前所述,快速充填使方向性產(chǎn)生在表層而不是在芯部,所以減小了翹曲.有一個合理的方法可以幸運地擺脫這種狀況高熔體溫度有利于解除方向性,尤其是對于緩慢充填產(chǎn)生的芯部方向性.因此應(yīng)該使用較高的熔體溫度,只要不至于使塑料降解和產(chǎn)生流紋或低劣的塑件外表.合理選擇充填速率和熔體溫度可使鍍層附著性增加50%或更高.模溫和充填壓力的影響較小.高的模具溫度有助于減小方向性,尤其是對要求的緩慢充填所產(chǎn)生的芯部方向性.充足的充填壓力僅僅是為了得到充滿的美觀的塑件.過高的充填壓力會產(chǎn)生不利的方向性和應(yīng)力.圖二十表示模溫和充填壓力的影響.u塑件內(nèi)各點的性能變化熔體溫度和壓力以及充填速率等成形參數(shù)在型腔內(nèi)各點很少是相同的,尤其是頭兩項參數(shù)在流動方向上發(fā)生變化.在簡單的塑件中,局部速度會在流動方向上改變;在復(fù)雜的塑件中,橫截面上的局部速度也不一致. 局部速度還受到局部厚度的影響.甚至連型腔各點的模具表面溫度基本上也是不同的.因為這些參數(shù)在模具中是逐點變化的,所以它們同樣也影響到性能變化.像沖擊和電鍍附著性這類性能的確在塑件各點變化. 塑件澆口端的方向性常達(dá)到最大,并朝著盲端逐漸減小.結(jié)果垂直斷裂沖擊強度在澆口端較高,而在盲端較低.投擲沖擊強度受不均勻方向相的影響,所以投擲沖擊強度在澆口端較低,而在盲端較高.文獻(xiàn)15中的一個范例說明,投擲沖擊強度和懸臂梁式?jīng)_擊強度可隨位置發(fā)生變化.在一塊4in寬的板上,從澆口處開始