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(shù)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(shù)脂為母體樹(shù)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(shù)脂、增強(qiáng)材料、助劑等組成。其中樹(shù)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(shù)脂的粘結(jié)）、 用以調(diào)節(jié)樹(shù)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(shù)脂，玻纖的品種規(guī)格（長(zhǎng)度、直徑， 無(wú)堿或含堿，支數(shù)，股數(shù)，加捻或無(wú)捻），表面處理劑，玻纖與樹(shù)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(guò)大時(shí)易產(chǎn)生樹(shù)脂流失與玻 纖分頭聚積。過(guò)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。
　　?、菈嚎s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：
　　　　?、儆?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(shù)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(shù)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(shù)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(shù)脂與玻纖易分頭聚積。
　　②預(yù)浸料是將整束玻纖浸入樹(shù)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(shù)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。
　　?、捎不俣燃百A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(guò) 快易發(fā)生內(nèi)應(yīng)力，硬化不勻，填充不良。過(guò)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)
　　　　⑴塑件設(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?，宜取較大脫模斜度。若不允許取較大脫模斜度時(shí)，則塑件徑 向公差宜取大。
　?、鬯芗巳』剞D(zhuǎn)體對(duì)稱外形，不宜過(guò)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(guò)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。
　　⑥螺孔比螺紋易成型，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。
　?、叱尚蛪毫Υ?，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(shù)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。
　　　　⑵模具設(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?？刹鸪尚土慵巳?～4級(jí) 滑動(dòng)配合。
　　⑤收縮率為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。
　　⑨快速成型料在成型溫度下即可脫模，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(shù)脂及增強(qiáng)材料組成。目前常用的樹(shù)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(wú)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(shù)脂配制而成。玻纖含量應(yīng)按樹(shù)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(shù)脂不同，玻纖長(zhǎng)度、直徑，有無(wú)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
　　　?、帕鲃?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?、磨損大不易脫模，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(shù)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。
　　　?、视捎谠鰪?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。
　　　　⑺應(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(méi)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(jiàn)表（略）。
　　2.4模具設(shè)計(jì)注意事項(xiàng)
　　　　⑴塑件形狀及壁厚設(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。
　　　?、仍O(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。
　　　　⑸模具型芯、型腔應(yīng)有足夠剛性及強(qiáng)度。
　　　　⑹模具應(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。