ABS塑料外观性能一. 流纹.doc

ABS塑料外观性能一. 流纹一. 流纹流纹常由熔体中的气泡产生，气泡来自潮气、包陷的气体和裂解气体。适当的预干燥可避免与潮湿潮湿有关的流纹。（Fritch.L., “Injection Molding ABS for Properties of Weld Line in Injection Molded Thermoplastics” SPE ANTEC Papers）错误的螺杆设计、过小的螺杆背压、大的塑料颗粒、高的螺杆转速以及使用螺杆减压可引起由包陷气体产生的流纹。裂解气体产生的流纹产生于过高的熔体温度或在塑化筒中长时间的停留、高的喷嘴温度和过度的剪切。过度的剪切产生于：.导致熔体过热的不良螺杆设计；.螺旋片或单向阀开裂；.高的螺杆转速；.螺杆背压过高；.节流浇道和浇口；.非常高的注射速率。通过模具设计和机器调节等措施，流纹也能得到各种程度的消除。某些提高流纹消除能力的机器条件却又反过来加重了型腔流动时产生的气泡。最终的结果总是难以预测的。在喷嘴和模具流道设计正确的假定下，快速充填常常产生较少的流纹（图一）。这是由于气泡生长的时间被缩短了，而且快速充填提高了流纹的消除能力。提高熔体温度虽然也能帮助消除流纹，但结果几乎总是产生更多的流纹（图一）。较高的熔体温度产生较多的气泡，因为熔体的黏度小了，而气泡中的压力却大了。所以，根据不同的情况，高温熔体的快速充填既可减少流纹，也可使其增多。如果快速充填因剪切热使熔体过热，那么流纹就将增多。图二表示增加充填压力可以减少流纹的情形,这在高模温时最有效.消除流纹是一件费力而不易见效的事,最好是避免产生气泡的根本原因,如此就不必再要求消除流纹了.对有待电镀或油漆的塑件,或者将浸泡在热水或溶剂中的塑件,就毋需采用消除流纹的方法.二.光泽ABS塑料含有两种材料,其中一相比另一相容易变形,所以熔体锋面滚动产生的塑料表面本质上是在微米量级内起伏不平的.最佳的光泽取决于将这种起伏不平的新生表面紧贴在高度抛光的模具表面上.虽然人们总是期望较高的熔体温度会有利于提高光泽,但是在大多数情况下却正好相反,尤其是在冷模具中(图三).某些牌号的ABS塑料不甚敏感,所以性能响应曲线比较平坦.熔体过冷也会使光泽降低,因为充填受到了障碍.因为,总的性能响应曲线是一条弓背型的曲线.模具温度对光泽有强烈的影响.冷模具(低于1400F)减少了可得到的光泽,同时使其它成形参数对光泽更为敏感.较高的模具温度(1501800F)提高了光泽,并减小了熔体温度的影响.只要熔体在节流浇道和浇口中不受到过度的剪切,较快的充填往往有助于提高光泽.充填速率的影响在低模温时最大(图四).令人感到意外的是,在塑件良好充填所需范围之外提高充填压力,并不总会产生人们所期望的强烈影响.充填压力的影响可能是微弱的,并且与模具温度相互作用(图五).曾发现过高的充填压力降低光泽的情况.最好的光泽得自中等熔体温度.“上限”模温.快速充填和充分而不过度的充填压力.由于高模温会牺牲冷却时间和成形效率,所以不采用比所需要模温更高的温度是明智的.利用这四种成形条件,同一种牌号的ABS塑料的光泽可从20%变化到98%该项结果由文献11公布.三.翘曲由于若干原因,成形塑件在不受载条件下因温度升高而可能发生翘曲.应该了解,翘曲更容易发生在高温度时(即翘曲倾向在湿热条件下比干热条件下更大).成形塑件中的芯部方向性和冷却应力都能引起塑件的翘曲.提高熔体温度减少了塑件中的方向性,因为减少了翘曲的倾向.较快异充填也减少了塑件芯部的方向性,当然也常能减小翘曲.图六表示综合的影响.冷模具以几种方式产生较大的翘曲倾向.方向性松驰的机会较少及快速冷却产生了有害的冷却应力.提高充填压力也产生较大的应力,阻碍松驰并降低不退火热扭变温度(见热扭变温度一节).充填压力和模具温度的影响见图七.u械性能和成形参数机一. 拉伸强度和弹性模量上述四个成形参数并不明显影响弹性模量.拉伸强度主要受方向性影响,塑件在取向方向强度较高.有证据表明,加热时间具有有害的影响.与冲击性能相对照,拉伸性能受的影响处胾较低的量级内.图八定性地表示了重要的性能响应.定量地说,在从冷熔体慢速充填到热熔体快速充填的典型条件内.室温时的拉伸屈服强度可降低正常值的510%15.模具温度和充填压力无明显的影响.二. 弯曲强度和弯曲模量这些性能对成形参数的响应与拉伸性能的相同,所以上述内容完全可用.三.蠕变可获得的有限数据表明,成形参数对蠕变没有明显影响.四. 热扭变温度研究结果表明,不退火和退火材料的热扭变温度对成形参数响应稍有不同.不退火材料的热扭变温度受充填压力和模具温度影响,未发现熔体温度和充填速率对此有何影响.试图将不退火热扭变温度与方向性或冷却应力相联系的努力已经失败11.一个众所周知的事实是有趣的,即退火常常将热扭变温度提高400F.文献4在分子松驰概念基础上解释了成形参数的影响.图九表明,过高的充填压力使不退火热扭变温度损失10150F15.冷模具(800F)也能使不退火热扭变温度降低100F11.高充填压力和快速冷却阻碍分子运作,并且阻碍塑料分子的优惠排列.另一方面,充填压力.模具温度或充填速度对退火热扭变温度没有影响.已收集的一些数据表明,当熔体温度上升时,退火热扭变温度下降约达100F(图十).这种影响并不总是存在,它取决于所使用的ABS塑料牌号.五. 悬挂梁式冲击V形缺口冲击受到方向性的强烈影响,因此冲击值也能反映方向性的强弱.因为方向性是有向的概念,所以必须特别规定相对于流动方向断裂方向.冲击断裂方向与流动方向垂直时的方向性是有利的.另一方面,塑件沿流动方向断裂时,相同的方向性就是不利的.垂直冲击断裂值可能比平行断裂值大14倍11.在某些应用中,尽可能在一个方向上有较大的冲击值是有益的,而其它方向则是无关紧要的.另一些应用中则要求均匀的冲击值(即没有优先方向).成形参数的相互作用可在某种程度上取得这两种结果.熔体温度通过两种可能的方式影响冲击值.在推荐范围内,升高熔体温度降低了强烈影响该项性能的芯部方向性,使得垂直断裂值下降而平行断裂值上升(图十一).过高的熔体温度不仅减小了方向性,而且还会使塑料降解,这就同时减小了平行方向和垂直方向的冲击强度.图十一中的曲线在超出推荐温度范围后呈现下降趋势的原因就在于此.根据各种ABS塑料不同的结构和稳定性,熔体温度对强度的影响降到几分之一,而对平行断裂冲击强度的影响没有这么大,在推荐范围内提高熔体温度可提高平行断裂冲击强度约50%11,15.快速充填减小芯部方向性,结果其影响是减小垂直断裂冲击强度和增大平行断裂冲击强度.在低熔体温度时,充填速率的影响可为1550%或更大.高熔体温度时,充填速率的影响明显减小,因为熔体松驰抵消了充填引起的方向性(图十二).提高模具温度还可减小垂直断裂和平行断裂冲击强度的差别,因为这促进了缓冷过程和增加了熔体的松驰.模温(800F和1800F)的影响不象充填速率那么大.模温影响最大发生在低熔体温度和低充填速率时(图十三).充填压力对冲击强度没有强烈和确定的影响.六. 熔接痕强度熔接痕由两股熔流汇合而成,有几个原因决定了它的强度低于非熔接痕区.熔接痕缺口处存在应力集中.熔体锋面的拉伸延展产生,与主流动方向垂直.这种方向性也被认为是弱熔接痕的一个原因1619.在熔接痕处避免陷入空气是最重要的,所以成形模正确排气是必不可少的.有关成形参数的影响资料并不充裕,但是现有的数据告诉了我们下列的一般规则.提高熔体和模具的温度往往增加熔接痕的强度(图十四).较高的熔体温度促进熔接痕处分子的合并和缠连,也产生较小的残留方向性.因此,可尝试在推荐限度内提高熔体温度.过高的熔体温度会使熔体降解,使包括熔接痕区在内的强度降低.因此,图十四中熔体温度的响应曲线在推荐限度上呈现下降趋势.提高模具温度会促进缓冷,可以有较多的时间填满熔接痕处的缝隙,并使该处分子互相缠连,方向性也得到更多的松驰,因此有利于提高熔接痕强度.然而,在大多数情况下,模温的提高虽然是有利的,但不如熔体温度的影响大.由于充填速率和充填压力的相互作用,它们的影响是复杂的因此,确切的影响程度取决于ABS塑料牌号.塑料设计和熔体及模具温度.一方面,提高充填速率可促进拼合,其机理与提高熔接温度相同.快速充填会产生热量以及减少流动时的模内冷却.另一方面,快速充填可产生更多不利熔体锋面的方向性和加剧排气问题,因此使熔接痕变弱(图十五).充填压力不足会产生较明显和较弱的熔接痕.可是有两个因素决定了过高充填压力也会产生较弱的熔接痕.过高的充填压力产生比较尖锐的缺口,在使用条件下容易增加应力集中.过高充填压力也阻碍熔体松驰和分子的缠连.图十六总结了可能发生的情况.最佳的充填压力和充甜速率取决于塑件设计的特殊性.排除故障时可从正.反两个方向调整这两个参数,并仔细注意性能的响应.充填压力和充填速率的影响都不如熔体或模具温度的影响.还应认识到,变动这些参数虽可在一定程度上改善熔接痕,但熔接痕区的强度总要比非熔接痕区的差.七. 投掷冲击投掷冲击性能与垂直断裂悬臂梁式冲击性能相比较,成形参数的影响在某些方面是不同的.在垂直断裂悬臂梁式冲击的情况下,芯部方向性提高了冲击强度.相形之下,方向性对投掷冲击性能几乎总是有害的,因为流动倾向的强度较弱.投掷冲击产生双向变形,塑件不会比最弱方向的强度更牢固,流动方向上的高强度是无用的.通常的规则是在不引起塑料降解的条件下改变成形参数,以促使方向性减小.这意味着在许可范围内提高熔体温度.各种ABS塑料的热稳定性是不同的.在降解抵消方向性减小带来的好处之前,某些牌号经受较高熔体温度.各种牌号ABS塑料投掷冲击性能响应在图十七中表示为包络线.模具温度的升高促进方向性的消除,并且常与充填速率相互作用.在模具温度降低时,改变充填速率具有最大的影响(图十八).充填压力对投掷冲击性能一般没有什么影响.在发现提高充填压力的影响时,这种几乎总是有害的,在综合较低熔体和模具温度及缓慢充填时尤其如此.实验和工业实践已显示,过高充填压力时的投掷强度最优值的一半.过高充填压力增加残留方向性,并可能打破冷却应力的平衡,使表面受拉而不象通常那样受压6.预计这两种情况都会减小投掷冲击强度.八. 用于电镀的注射成形件成形件电镀时,其外观.镀层附着性和尺寸稳定性都是关键的质量指针.由于存在各种相互矛盾的因素,从成形参数最优化的观点来看,电镀代表了最复杂的情况中的一种.例如,某种成形参数配置使镀层附着性最佳,但它却不是抑制流纹或塑件翘曲倾向的最好选择.一般情况下选择的参数使镀层附着性和热循环性能最优,下面的讨论将围绕这个方面展开.假定电镀预处理和电镀的各个步骤都能正确地实现,那么ABS塑料的镀层附着性主要取决于镀层底下塑料薄层的强度.低附着性和镀层气泡很少能使镀层和ABS塑料彻底分离,而是ABS塑料本身在边界层处剥离.边界层受到熔体锋面产生的方向性的制约.为使这个要害层次的强度达成最大,希望该层的方向性最小20.如图十九所示,两个关键性参数是熔体温度和充填速率.应采用缓慢充填来促使表面方向性减小,从而提高ABS塑料与镀层相结合的边界层的强度.不过,这里的例子很好地说明了前述的折衷方法.由于电镀塑件的扭曲或弯曲会产生应力,使得镀层起伏或开裂,因此还应使塑件的翘曲达成最小.如前所述,快速充填使方向性产生在表层而不是在芯部,所以减小了翘曲.有一个合理的方法可以幸运地摆脱这种状况高熔体温度有利于解除方向性,尤其是对于缓慢充填产生的芯部方向性.因此应该使用较高的熔体温度,只要不至于使塑料降解和产生流纹或低劣的塑件外表.合理选择充填速率和熔体温度可使镀层附着性增加50%或更高.模温和充填压力的影响较小.高的模具温度有助于减小方向性,尤其是对要求的缓慢充填所产生的芯部方向性.充足的充填压力仅仅是为了得到充满的美观的塑件.过高的充填压力会产生不利的方向性和应力.图二十表示模温和充填压力的影响.u塑件内各点的性能变化熔体温度和压力以及充填速率等成形参数在型腔内各点很少是相同的,尤其是头两项参数在流动方向上发生变化.在简单的塑件中,局部速度会在流动方向上改变;在复杂的塑件中,横截面上的局部速度也不一致. 局部速度还受到局部厚度的影响.甚至连型腔各点的模具表面温度基本上也是不同的.因为这些参数在模具中是逐点变化的,所以它们同样也影响到性能变化.像冲击和电镀附着性这类性能的确在塑件各点变化. 塑件浇口端的方向性常达到最大,并朝着盲端逐渐减小.结果垂直断裂冲击强度在浇口端较高,而在盲端较低.投掷冲击强度受不均匀方向相的影响,所以投掷冲击强度在浇口端较低,而在盲端较高.文献15中的一个范例说明,投掷冲击强度和悬臂梁式冲击强度可随位置发生变化.在一块4in宽的板上,从浇口处开始