如何减少塑料加工中的收缩 提高产品质量

    在注塑塑料部件较厚位置，如筋肋或突起处形成的收缩要比邻近位置更严重，这是由于较厚区域的冷却速度要比周围区域慢得多。冷却速度不同导致连接面处形成凹陷，即为人们所熟悉的收缩痕。这种缺陷严重限制了塑料产品的设计和成型，尤其是大型厚壁制品如电视机的斜面机壳和显示器外壳等。事实上，对于日用电器这一类要求严格的产品上必须消除收缩痕，而对于玩具等一些表面质量要求不高的产品允许有收缩痕的存在。

    形成收缩痕的原因可能有一个或多个，包括加工方法、部件几何形状、材料的选择以及模具设计等。其中几何形状和材料选择通常由原材料供应商决定，且不太容易改变。但是模具制造商方面还有很多关于模具设计的因素可能影响到收缩。冷却流道设计、浇口类型、浇口尺寸可能产生多种效果。例如，小浇口如管式浇口比锥形的浇口冷却得快得多。浇口处过早冷却会减少型腔内的填充时间，从而增加收缩痕产生的几率。对于成型工人，调整加工条件是解决收缩问题的一种方法。填充压力和时间显著影响收缩。部件填充后，多余的材料继续填充到型腔中补偿材料的收缩。填充阶段太短将会导致收缩加剧，最终会产生较多或较大的收缩痕。这种方法本身也许并不能将收缩痕减少到满意的水平，但是成型工人可以调整填充条件改善收缩痕。

    还有一种方法是修改模具，有一种简单的解决方法就是修改常规的型芯孔，但是并不能指望这一方法适用于所有的树脂。另外，气体辅助方法同样值得一试。

    聚合物加工研究中心(PPDC)进行了一项12个月的研究，来评估8种不同的旨在减少收缩痕的方法。这些技术代表了减少收缩痕的一些最新思路。这些方法可以分为两类：一类可以称为取代材料法，另一类为去除热量法。取代材料法是通过增加或减少可能收缩区域的材料用量来减少收缩痕。去除热量法旨在快速地将可能产生收缩的区域的热量去除，从而减少较薄区域和较厚区域产生的冷却不均的可能性。

    在本次研究中，共评估了5种取代材料法：伸出式凸柱、圆头凸柱、带弹簧凸柱、气体辅助成型和化学发泡。三种去除热量法：铍铜凸柱、铍铜嵌件以及特殊设计的热活动凸柱。评估的对象是待试部件中产生的收缩痕的数量，待试部件为带有三角形凸起的制品。所有方法比较的标准为标准工具——不锈钢凸柱。该测试工具能产生壁厚为2.5mm的圆盘，凸柱高为22.25mm，直径为4.5mm，壁厚为1.9mm，在底盘上有2mm的三角铁。

    该研究所用的成型设备为350t的水平触动液压机，材料为日用电子产品中常用的材料，也是收缩问题严重的材料，即GE的PC/ABS、CycoloyCU6800和PPE/PS、NorylPX5622。这两种材料的加工范围均在产品技术参数建议范围的中间点。如果收缩痕处于最小状态，可以下调填充量来引发更多收缩痕，以方便度量并与经验方法进行比较。尽管收缩痕通常都是通过肉眼来观察的，但是这些试验采用了一种机器对收缩痕的深度进行了定量测量。

    试验内容

    试验的标准技术之一是伸出式凸柱，即标准凸柱伸出进入凸柱底部的壁里，从而减小壁厚并补偿凸柱中多余材料造成的效果。试验中采用了两种伸出深度，分别为壁厚的25%和50%。另外一个试验采用了一种圆头而不是尖头的凸柱。这个方法不是去除凸柱区域的材料，而是使得各区域的过渡更加连贯。还有一种方法在顶出板和凸柱之间使用弹簧。弹簧使得部件冷却后凸柱底下的材料仍处于压力状态，以使材料获得补偿收缩的效果。结果会受到弹簧初始压力以及弹簧“刚性”的影响，试验评估了这两种因素的影响。使用了两种不同刚度的弹簧，对每种刚度的弹簧都施加了多种不同的初始压力。