ABS注塑件總是應力開(kāi)裂？
/ 2021/6/5 11:41:01
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針對(丙烯腈/丁二烯/苯乙烯)共聚物(ABS)注塑件在使用中經(jīng)常出現放射狀裂紋,從而造成制件報廢的問(wèn)題。人們在分析原因時(shí)往往只考慮成型工藝的影響,而忽視使用環(huán)境的影響。
通過(guò)試驗找到了ABS注塑件使用中產(chǎn)生的裂紋是因乙酸、油漆稀料等造成的外應力釋放所致,并提出了ABS注塑件設計、制造、裝配及使用的正確操作方法,為ABS注塑件的安全使用提供了科學(xué)依據。
(丙烯腈/丁二烯/苯乙烯)共聚物(ABS)樹(shù)脂經(jīng)共混改性后,形成了多種不同的牌號,其成型方法有注射、擠出、吸塑等,其中注射成型是主要的成型加工方法。注射成型主要有可成型復雜、尺寸精密的制件,易于實(shí)現自動(dòng)化,操作簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn),但也存在注塑件會(huì )出現各種各樣質(zhì)量問(wèn)題的缺點(diǎn)。
ABS注塑件質(zhì)量分為內部質(zhì)量和外部質(zhì)量?jì)煞矫娴膬热荨炔抠|(zhì)量包括制件內部的材料組織結構形態(tài),制件的密度、強度、應力等;
外部質(zhì)量即為制件表面質(zhì)量,常見(jiàn)的有欠注(未注滿(mǎn))、分型線(xiàn)明顯(跑料)、凹陷(塌坑或縮痕)、變色(分解紋)、暗紋(黑印)、熔接痕(合料紋)、銀絲(水紋)、剝層(起皮)、流動(dòng)痕(水波紋)、噴射流(蛇行紋)、變形(翹曲、扭曲)、光潔程度差(劃傷、劃痕)、龜裂(裂紋)、無(wú)光澤(不亮)、氣泡(空洞或中空)、白化(有白印)等。
影響ABS注塑件質(zhì)量問(wèn)題的因素很多,其中應力開(kāi)裂是常見(jiàn)的致命缺陷之一,嚴重阻礙了ABS注塑件的應用。
1、ABS注塑件應力開(kāi)裂原因分析
應力分類(lèi)及產(chǎn)生過(guò)程聚合物受力后,內部會(huì )產(chǎn)生與外力相平衡的內力,單位面積上的內力即稱(chēng)為應力。根據形成的原因應力可分為內應力和外應力。內應力包括主動(dòng)應力和誘發(fā)應力兩種類(lèi)型。主動(dòng)應力是與外力(注塑壓力、保壓壓力等)相平衡的內力,故也稱(chēng)為成型應力。
成型應力的大小取決于聚合物的大分子結構、鏈段的剛性、熔體的流變學(xué)性質(zhì)及制件形狀的復雜程度和壁厚大小等許多因素。成型應力值過(guò)大,很容易使制件發(fā)生應力開(kāi)裂和熔體破裂等成型缺陷。誘發(fā)應力的形成原因很多,諸如塑料熔體或注塑件內部溫差或收縮不均勻引起的內力;制件脫模時(shí)因為模腔壓力和外界壓力的差值所引起的內力;
塑料熔體因為流動(dòng)取向引起的內力等。顯然,誘發(fā)應力一般都無(wú)法與外力平衡,并且很容易保留在冷卻后的制件內部,成為殘余應力,從而對制件質(zhì)量產(chǎn)生影響。外應力主要指注塑件使用中因受到外力的作用而產(chǎn)生的應變力。對于塑料結構件,使用中往往與金屬固定件連接,為達到緊固、牢靠,從而使制件受到較大的剪切、擠壓,制件內部必然產(chǎn)生與外力相平衡的內力。
應力在注射過(guò)程中對制件質(zhì)量的影響從理論上講,當聚合物注射充模后,如能在保壓壓力作用下以極其緩慢的冷卻速率固化,則聚合物大分子在模腔內就有充分的時(shí)間進(jìn)行變形和重排,從而可使變形量逐漸與注塑壓力和保壓壓力的作用達到平衡,脫模后制件中無(wú)殘余應力,尺寸和形狀穩定。
然而,在實(shí)際生產(chǎn)中,出于對生產(chǎn)率的要求,上述方法幾乎是不可能的。即使生產(chǎn)中采用緩冷措施,所得到的冷卻速率對于大分子的變形和重排來(lái)講,仍然非常劇烈。
故充模后的聚合物在保壓壓力作用下冷卻固化時(shí),大分子只能簡(jiǎn)單地按照模腔形狀堆積在一起,而沒(méi)有時(shí)間進(jìn)行趨向于穩定狀態(tài)的排列。所以,變形量與注塑壓力和保壓壓力的作用不相適應,脫模后制件內仍將存在較大的殘余應力。
大分子還將隨時(shí)間的延長(cháng)繼續進(jìn)行變形和重排,以便和成型時(shí)的應力作用結果相適應(消除殘余應力)。帶有較大殘余應力的制件經(jīng)常會(huì )在不大的外力或溶劑作用下脆化開(kāi)裂,即應力開(kāi)裂。
應力開(kāi)裂是注塑件常出現的質(zhì)量問(wèn)題之一,尤其是在氣候溫差變化較大的北方地區,應力開(kāi)裂現象更為突出。裂紋多出現在制件的澆口、棱邊、熔接痕等應力較集中的部位。
另外,由于應力的作用,制件還常出現變形、翹曲、扭曲等缺陷。內應力從成型工藝上采取相應的措施,一般都可以使之降低到較低的限度。外應力往往容易被人們忽略,以致于把注塑件的開(kāi)裂完全歸結于成型過(guò)程中產(chǎn)生的應力,使質(zhì)量問(wèn)題無(wú)法從根本上得到解決。
2、影響ABS注塑件應力的因素分析
影響ABS注塑件應力的因素主要有樹(shù)脂的質(zhì)量、成型條件、制件和
模具設計的合理性、制件的使用環(huán)境和過(guò)程等。樹(shù)脂的質(zhì)量對制件的應力影響很大。揮發(fā)物多,分子量分布寬,制件應力就大。
成型條件的影響因素主要有材料中的水分、料筒溫度、注塑壓力、保壓時(shí)間、模具溫度等。ABS樹(shù)脂成型前必須干燥,干燥程度越高,對降低內應力越明顯。提高料筒溫度,可以降低熔體粘度,有利于解除分子取向,降低應力,但過(guò)高的料筒溫度易使樹(shù)脂分解,反而增大了制件應力,所以料筒溫度應適宜。
提高注塑壓力或延長(cháng)保壓時(shí)間,會(huì )增加分子取向應力,但有利于降低收縮應力。模具溫度提高會(huì )降低應力,但會(huì )使成型周期延長(cháng),增加了樹(shù)脂分解的可能。
制件和模具結構主要包括制件厚度、轉角過(guò)渡、進(jìn)料方式等。如澆口位置、冷卻管道的位置會(huì )對制件的成型質(zhì)量有較大影響。增加制件壁厚會(huì )降低分子取向應力,但使收縮應力增加。制件轉角處用圓弧過(guò)渡,可避免應力集中。
制件的使用環(huán)境主要包括受力情況、是否接觸溶劑等。制件裝配中與金屬組合,應控制裝配扭矩,過(guò)大的扭矩易使ABS注塑件在組合處產(chǎn)生較大應力。易使ABS注塑件應力開(kāi)裂的溶劑或溶劑氣體環(huán)境應避免接觸。
