增強(qiáng)塑料的成型

　　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)氧樹脂為母體樹脂 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)塑料是由樹脂、增強(qiáng)材料、助劑等組成。其中樹脂作為母體和粘結(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)玻纖與樹脂的粘結(jié)）、 用以調(diào)節(jié)樹脂-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。由于選用的樹脂，玻纖的品種規(guī)格（長(zhǎng)度、直徑， 無堿或含堿，支數(shù)，股數(shù)，加捻或無捻），表面處理劑，玻纖與樹脂混制工藝（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)性過大時(shí)易產(chǎn)生樹脂流失與玻 纖分頭聚積。過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。
　　　⑶壓縮比 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：
　　　　　①計(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，樹脂與玻纖易分頭聚積。
　?、陬A(yù)浸料是將整束玻纖浸入樹脂，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。
　　　⑸硬化速度及貯存性增強(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 快易發(fā)生內(nèi)應(yīng)力，硬化不勻，填充不良。過慢則降低生產(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)
　　　?、潘芗O(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＃巳≥^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。
　　③塑件宜取回轉(zhuǎn)體對(duì)稱外形，不宜過高。
　?、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。
　?、蘼菘妆嚷菁y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。
　　⑦成型壓力大，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。
　　　?、颇＞咴O(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，上下模可拆成型零件宜取3～4級(jí) 滑動(dòng)配合。
　?、菔湛s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。
　?、峥焖俪尚土显诔尚蜏囟认录纯擅撃?，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)塑料一般由樹脂及增強(qiáng)材料組成。目前常用的樹脂主要為尼龍、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)表面處理后與樹脂配制而成。玻纖含量應(yīng)按樹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)塑料所選用的樹脂不同，玻纖長(zhǎng)度、直徑，有無含堿及表面處 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
　　　　⑴流動(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涣肌⒛p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。
　　　　⑹由于增強(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。
　　　?、藨?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)塑料成型條件見表（略）。
　　2.4模具設(shè)計(jì)注意事項(xiàng)
　　　?、潘芗螤罴氨诤裨O(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。
　　　　⑷設(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。
　　　?、赡＞咝托尽⑿颓粦?yīng)有足夠剛性及強(qiáng)度。
　　　?、誓＞邞?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。