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  模具材料的选择  
 

    在注塑模具的设计过程中,模具材料的选择、流道系统的布置、冷却方案和顶出方案的设计,都和塑料本身的性质密切相关。尽管塑料的内部结构比较复杂,系统地掌握其性能也比较困难,然而,对于一般的模具设计工程师来说,对塑料特性作一些基本的了解和认识,比如:流动性、机械性能、物理性能、化学性能及成型工艺等等,将有很大的帮助。
1 流动性
    不同形态的热塑性塑料具有不同的工艺性能、收缩性能及物理、机械性能等。
    一般来说,对于结晶形塑料,当加工温度高于其熔点时,其流动性较好,能很快的充满型腔,它所需要的注射压力也可以较小。而无定形塑料的流动性较差,因此,注入型腔的速度较慢,它所需要的注射压力也要较大。所以,在模具设计时,可以根据塑料的流动性来设计合理的流道系统尺寸,一方面可避免流道系统尺寸太大而浪费材料,同时也延长注塑成型周期,另一方面避免流道系统尺寸太小而导致充填、保压困难。当然,也有例外,比如,聚苯乙烯虽然是无定形塑料,但它的流动性却很好。反映流动性的指标通常有熔融指数(MFR)和表观粘度。MFR是指在熔体流动速率仪中,在一定的温度和负载下,熔体每10min从标准毛细管中流出的质量,它的单位是g/10min。对于高分子聚合物来讲,在通常的注塑成型条件下,它们的流动行为大都不服从牛顿流动定律,属于非牛顿流体,它们流动剪切应力与剪切速率的比值称为表观粘度。表观粘度在一定温度下并不是一个常数,可随剪切应力、剪切速率而变化,甚至有些还随时间而变化。
2 收缩性
    热塑性塑料由熔融态到凝固态,都要发生不同程度的体积收缩。而结晶形塑料一般比无定形塑料表现出更大的收缩率和收缩范围,且更容易受成型工艺的影响。结晶形塑料的收缩率一般在1.0%~3.0%,而无定形塑料的收缩率在0.4%~0.8%。对于结晶形塑料,还应考虑其后收缩,因为它们脱模以后在室温下还可以后结晶而继续收缩,后收缩量随制品厚度和环境温度而定,越厚后收缩越大。
3 流变性
    高聚物的流变性是指加工过程中,应力、形变、形变速率与粘度之间的关系。这就涉及到温度、压力、时间及分子结构、分子量大小及其分布对这些要素的影响。根据塑料的流变性,塑料又可分为剪敏性材料和热敏性材料。粘度对剪切速率的依赖性越强,粘度随剪切速率的提高而迅速降低,这种塑料属于剪敏性塑料。常见的剪敏性塑料有ABS、PS、PE、PP、POM等等。如果熔体粘度对温度的依赖性越强,粘度随温度的上升而下降得越快,这种塑料属于热敏性塑料。常见的热敏性塑料PC、PA、PMMA等等。对于高分子聚合物来讲,剪切速率对以上两种材料的粘度都有影响,剪切速率的提高都可以在不同程度上降低熔体的粘度,可以使熔体产生“剪切变稀”现象。所以,在设计流道系统时,并不是流道尺寸越大,压力降就越小,适当小的流道尺寸可以提高熔体的剪切速率来降低粘度,进一步减少压力降,这种效果对剪敏性材料来得明显些。较小的浇口尺寸可以使增加熔体的剪切速率,产生大量的摩擦热,熔体温度明显上升,熔体粘度跟着下降,增加流动性。所以,小浇口的采用对于剪敏性塑料往往是成功的。但制品的壁厚较厚时,应该考虑到保压而适当加大浇口尺寸以延长浇口的凝固时间。
4 取向效应
    影响制品性能的因素还有塑料熔体在流动过程中的取向效应。塑料熔体的大分子在外力的作用下被拉伸而顺着流动方向互相平行排列,这种排列在塑料冷却凝固之前来不及消除而冻结在固态制品中,便形成了取向效应。取向效应会使制品的整体性受到削弱,表现为各个的方向的物理机械性能的不一致,也可能导致各个方向收缩不均匀,从而可能导致制品翘曲变形。按熔体中大分子受力的形式和作用的性质可分为剪切应力作用下的“流动取向”和受拉伸作用下的“拉伸取向”下。控制取向的条件有以下因素:
    (1)熔体温度和模具温度的下降会加强取向效应;
    (2)注射压力增加可提高剪切速率和剪切应力而加强取向效应;
    (3)制品厚度越薄,取向效应越强;
    (4)较大的浇口尺寸将加强取向效应。
    有时采取某些特别的措施增强取向效应,使取向方向的拉伸强度和弯曲强度得到提高。如拉伸薄膜、铰链等。

 

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