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ABS注塑件成型收縮率的研究
采用 ASTM D 955－89標(biāo)準(zhǔn)測定了ABS塑料在不同工藝條件下注射模塑的成型收縮率，得出了ABS塑料的成型收縮率隨工藝條件的變化規(guī)律，為制訂合理的工藝條件、進(jìn)行正確的工藝控制和注塑件模具設(shè)計，從而生產(chǎn)出合格尺寸的產(chǎn)品提供了重要依據(jù)。 關(guān)鍵詞：ABS；注塑件成型；收縮率 塑料收縮率直接關(guān)系到制品的形狀和尺寸精度。塑料制品特性、注塑件模具設(shè)計、工藝條件控制等影響成型收縮率和后收縮的各因素，對注塑件制品及其穩(wěn)定性影響極大［門。目前注塑件模具尺寸的設(shè)計通常運(yùn)用公差帶或平均收縮率的方法計算，注塑件模具在試模后，根據(jù)試制出的制品尺寸來修正注塑件模具，然而一些高硬度。低粗糙度注塑件模具的表面尺寸修正起來相當(dāng)困難，且費(fèi)工費(fèi)時，有時甚至無法修正，造成巨大的損失。所以，要得到所需尺寸的精密注塑件件，同時又能盡量減少對注塑件模具的修正，就需要充分了解成型收縮率隨工藝條件的變化規(guī)律，預(yù)先精確測定成型收縮率。 （丙烯膨丁二慚苯乙烯）三元共聚物（ABS）塑料綜合了丙烯睛的耐化學(xué)藥品性、耐油性、剛度和硬度，丁二烯的韌性和耐寒性及苯乙烯的電性能，被廣泛應(yīng)用于汽車、電器儀表和機(jī)械工業(yè)中，是目前通用工程塑料中應(yīng)用最廣泛的品種之一［z］。 國外對塑料成型收縮率的研究開始得較早，且取得了比較豐富的研究成果「3－7］，國內(nèi)專門從事塑料成型收縮率研究的并不多［8－11］。因此，筆者采用xsrn n oss－so標(biāo)準(zhǔn)測定了 ＾ss塑料在不同工藝條件下注射模塑的成型收縮率，得出了ABS塑料的成型收縮率隨工藝條件的變化規(guī)律，為制訂合理的工藝條件進(jìn)行正確的工藝控制和注塑件模具設(shè)計從而生產(chǎn)出合格尺寸的制品提供了重要依據(jù)。 一、實(shí)驗(yàn)部分 （一）主要原材料 ABS：IH－100，上海高橋石化公司。 （二） 主要設(shè)備 干燥料斗：FNH－A型，日本日永化工株式會社； 模溫調(diào)節(jié)機(jī)：NT－55型，日本日永化工株式會社； 注塑件機(jī)：PS40SESASE型，日本日精樹脂l業(yè)株式會社； 注塑件模具：按ASTM D 955－89制造，長條模、圓片模，自制。 （三）測試方法 試樣分別為長條門27．045 mm x 10•000 mm X3．200 mm）和圓片（o101．975 mm）。測試時運(yùn)用帶百分表的靠模，精度為0．of mm，測試長條形試樣在平行于流動方向及圓片形試樣在平行和垂直于流動方向上的尺寸變化。測量時間分別為試樣出模后2、24、48 h。按公式（1）計算試樣的成型收縮率（S）。 式中s——試樣成型收縮率，％； L0——注塑件模具型腔任意單向上的尺寸，mm； L1——試樣在不同測試時間相應(yīng)的單向上的尺寸，mm。 （四） 基本工藝條件 將ABS原料干燥4 h，注塑件成型為標(biāo)準(zhǔn)試樣，然后在規(guī)定的時間內(nèi)進(jìn)行測試。具體的注射工藝條件見表1。 二、結(jié)果與討論 塑料的成型收縮主要由熱收縮、相變收縮、取向收縮和壓縮收縮及彈性回復(fù)四部分組成。對無定形的ABS塑料，不存在相變收縮。下面分別討論測試標(biāo)準(zhǔn)、成型工藝參數(shù)對ABS成型收縮率的影響。 （一）且 測試標(biāo)準(zhǔn)的確定 測定塑料試樣收縮率的標(biāo)準(zhǔn)有很多種，如國際標(biāo)準(zhǔn)ISO25557/1－1989（E）德國標(biāo)準(zhǔn)DIN、前蘇聯(lián)標(biāo)準(zhǔn)TOCT [CT C3B 890－78]及美國標(biāo)準(zhǔn)ASTM D955－89等[l2－15]。其中，國際標(biāo)準(zhǔn)測定的是“最大收縮率”和“部分收縮率”，而且測試范圍漢限于無定形熱塑性塑料，不能測定玻纖增強(qiáng)和結(jié)晶性塑料；德國標(biāo)準(zhǔn)同佯山是測定“最大收縮率”的方法，僅限于無定形熱塑性塑料；前蘇聯(lián)標(biāo)準(zhǔn)雖然能測定各種塑料的“收縮率”、‘’后收縮率”及“各向異性收縮（橫向收縮和縱向收縮的比值廣，但測定的“收縮率”只適用于壓制成型。而美國標(biāo)準(zhǔn)適用于各種不同類型的塑料，且能測定“l(fā)~2 h”、“24 h”?！?8 h”成型收縮率，因此其測試范圍廣，可測定的塑料品種多，能測定反映縱、橫向收縮率差異的“各向異性收縮”，而且能反映塑料件收縮率隨時間的變化規(guī)律，這是上述三個標(biāo)準(zhǔn)不能做到的。因此，筆者選擇美國ASTM D 955—89標(biāo)準(zhǔn)作為ABS試樣成型收縮率測定的標(biāo)準(zhǔn)。 （二） 注塑件工藝對ABS成型收縮率的影響 1.注塑件壓力 注塑件壓力對ABS成型收縮率的影響如圖l所示。由圖1看出，成型收縮率隨注塑件壓力的提高而減小。這是因?yàn)樵黾幼⑺芗毫笰BS制品密實(shí)程度增加，線脹系數(shù)減小，熱收縮減小，況且彈性回復(fù)加大，從而使成型收縮率減小。與此同時，隨注塑件壓力的增大，ABS分子鏈的取向也會有所增加，這會使收縮率變大，但比較兩種效應(yīng)，前者占主導(dǎo)地位。 圖12. 保壓壓力 保壓壓力對ABS成型收縮率的影響最大，如圖2所示。這是因?yàn)樵谧⑺芗^程中型腔尚未充滿熔體，注塑件壓力對熔體的壓實(shí)不明顯，而保壓壓力作用時注塑件模具型腔己被充滿，因此保壓壓力對制品的補(bǔ)縮。壓實(shí)作用明顯、從而導(dǎo)致制品的成型收縮率大大降低。由圖2還可以看出，當(dāng)保壓壓力增加到80＊掄后，壓力的改變對成型收縮率的影響已不明顯了。 圖23.螺桿轉(zhuǎn)速 圖3是ABS成型收縮率隨螺桿轉(zhuǎn)速變化的關(guān)系曲線。由圖3可看出，隨著螺桿轉(zhuǎn)速的增大，成型收縮率減小。這是因?yàn)槁輻U轉(zhuǎn)速增加，料筒內(nèi)的剪切作用增加，使料溫上升，熔體粘度減小，流動阻力減小，促迸了壓力的傳遞，使成型收縮率降低。但另一方面，制品的熱收縮率也變大，圖3是綜合以上兩種效應(yīng)得到的結(jié)果。當(dāng)螺桿轉(zhuǎn)速較小時，轉(zhuǎn)速的提高，減小收縮率的因素占主導(dǎo)地位，但轉(zhuǎn)速提高到120r／mi。以上，減小和增大收縮率的因素趨于平衡，對制品成型收縮率的影響趨緩。 圖34.注射速率 注射速率的增大可以促進(jìn)ABS分子鏈的取向，但快速充模時，會使制品維持在較高的溫度下冷卻，分子在高溫下松弛的時間延長，明顯對解取向有利，使取向度降低，成型收縮率減小，結(jié)果如圖4所示。反之，如果低速注射，進(jìn)模熔體的溫度相對低些，凍結(jié)的取向結(jié)構(gòu)多，同時高分子鏈布朗運(yùn)動的能力減弱，解取向作用小，使成型收縮率增大。 圖45. 保壓時間 延長保壓時間，可以減少熔體向澆口的倒流，增強(qiáng)補(bǔ)縮作用，使制品密實(shí)，從而使制品的成型收縮率減小，如圖5所示。但是；在澆口封閉后再延長保壓時間，就起不到補(bǔ)縮的作用。由圖5可見，隨保壓時間的增加，成型收縮率出現(xiàn)一平臺，由此看出，該注射試樣澆口的封閉時間為15 S。 6. 注塑件模具溫度 注塑件模具溫度升高，雖然熔體充模時冷卻慢，有使制品加大彈性回復(fù)的作用，而且注塑件模具溫度越高，解取向的作用越顯著，使分子定向減少，成型收縮率減小。叵注塑件模具溫度高也會使制品的熱收縮加大，成型收縮率增大。圖6是注塑件模具溫度與ABS成型收縮率的關(guān)系曲線。由圖6可知，在注塑件模具溫度較低時，熱收縮居于次要地位，因而隨著注塑件模具溫度的升高；制品的成型次縮率減?。欢谳^高的注塑件模具溫度下，熱收縮成為主要影響因素，此時，隨著注塑件模具溫度的提高，制品的成型收縮率增大。所以，在控制注塑件模具溫度時，過高的注塑件模具溫度是不合適的。 7.料筒溫度 圖7是料筒溫度與ABS成型收縮率的關(guān)系曲線。由圖7可看出，隨著料筒溫度的升高，ABS制品的成型收縮率先減小，爾后再增大。這是因?yàn)榱蠝氐纳呤谷垠w粘度降低，壓力損失減小，這與提高壓力有相同的作用，同時，料溫高時分子鏈的解取向作用增強(qiáng)，使成型收縮率減小；但隨著料溫的繼續(xù)升高，熱收縮作用更加顯著，使制品的成型收縮率增大。因此，在圖7中低溫區(qū)分子定向起主要作用，而在高溫區(qū)熱收縮是主要的影響因素。 三、 結(jié)論 通過測定成型收縮率不同標(biāo)準(zhǔn)的比較，最終選擇了美國 ASTMD 955－89標(biāo)準(zhǔn)來測定 ABS試樣的成型收縮率。在本試驗(yàn)條件下，ABS的成型收縮率范圍為0．29％－0．76％。ABS成型收縮率受注塑件壓力、保壓壓力、螺桿轉(zhuǎn)速、注射速率、保壓時間、注塑件模具溫度及料筒溫度等諸多因素的影響，其中保壓壓力、保壓時間的影響最顯著。 (end)
