增強塑料的成型

　　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(chēng)玻纖)，滑石粉、云母、碳酸鈣、高嶺土、碳纖維等作為增強材料，以樹(shù)脂為母體及粘結劑而組成新型復合材料，稱(chēng)為增強塑料（如環(huán)氧樹(shù)脂為母體樹(shù)脂 塑料的增強塑料又稱(chēng)為玻璃鋼）。
　　由于塑料混用玻璃纖維的品種、長(cháng)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塑料及注射用的熱塑性增強塑料。

1、熱固性增強塑料
　　熱固性增強塑料是由樹(shù)脂、增強材料、助劑等組成。其中樹(shù)脂作為母體和粘結劑，它 要求有良好的流動(dòng)性、適宜的固化速度、副產(chǎn)物少，易調節粘度和良好的相溶性，并需滿(mǎn) 足塑件及成型要求。增強材料起骨架作用，其品種規格繁多，但常用玻璃纖維，一般用量為 60%、長(cháng)度為15～20毫米。助劑包括調節粘度的稀釋劑（用以改進(jìn)玻纖與樹(shù)脂的粘結）、 用以調節樹(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(zhù)色劑等。由于選用的樹(shù)脂，玻纖的品種規格（長(cháng)度、直徑， 無(wú)堿或含堿，支數，股數，加捻或無(wú)捻），表面處理劑，玻纖與樹(shù)脂混制工藝（預混法或 預浸法，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(zhù)提高。影響流動(dòng)性的因素很多，要評定某種料 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)結構收縮 組成。影響收縮的因素首先是塑料類(lèi)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，當加壓時(shí)機及成型溫度適當， 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構有關(guān)，總 之確定收縮率時(shí)應綜合考慮各種因素。
　　?、菈嚎s比 增強料的比容，壓縮比都較一般壓塑料大，預混料則更大，因此在模 具設計時(shí)需取較大的裝料室，另外向模內裝料也較困難，尤其預混料更為不便，但如采用 料坯預成型工藝則壓縮比就可顯著(zhù)減小。
　　　　裝料量一般可預先估算，經(jīng)試壓后再作調整。估算裝料量的方法可由如下四種：
　　　　?、儆嬎惴ㄑb料量可按公式（1-1）計算：
　　　　　　　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、毛刺等損耗量補償值。
　?、谛螤詈?jiǎn)化計算法，將復雜形狀塑件簡(jiǎn)化成由若干個(gè)簡(jiǎn)單形狀組成，同時(shí)將 尺寸也相應變更，再按簡(jiǎn)化形狀進(jìn)行計算。
　?、郾戎乇容^法，當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塑料比重之比及原零件重量求得裝料量。
　?、茏⑿捅容^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混料是將長(cháng)達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、復雜形狀塑料及大量生產(chǎn)時(shí)，不宜用于壓制要求高強度的塑件。使用預混料 時(shí)要防止料"結"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。
　?、陬A浸料是將整束玻纖浸入樹(shù)脂，烘干切短而成。它流動(dòng)性比預混料差， 料束間相溶性差，比容小，玻纖強度損失小，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，適用于壓制形狀復雜的高強度塑料。
　?、劢至鲜菍⑶卸痰睦w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)生內應力，硬化不勻，填充不良。過(guò)慢則降低生產(chǎn)效率。所以模具設計時(shí)應預先了 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)都應注意。
　　1.2成型條件（略）
　　　　熱固性增強塑料的成型條件
　　1.3塑件及模具設計注意事項
　　　?、潘芗O計時(shí)應注意下列事項。
　?、偎芗鉂嵍瓤蛇_7～ 9，精度一般宜取3～5級，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體對稱(chēng)外形，不宜過(guò)高。
　?、鼙趹穸鶆?，避免尖角、缺口、窄槽等形狀，各面應圓弧過(guò)渡連接以 防止應力集中、死角滯料，填充不良，物料集聚堵塞流道。
　?、菘滓话銘⊥?，避免用Φ5毫米以下的盲孔，盲孔底部應成半球面或圓 錐面以利物料流動(dòng)，孔徑及深度比一般為1∶2～1∶3，大型塑件盡量不設計小孔，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 圓角半徑應大于0.3毫米，并應注意半角公差，可以參照一般塑制的螺紋進(jìn)行設計。當塑件 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(cháng)度應取最小尺寸。
　?、叱尚蛪毫Υ?，嵌件應有足夠強度，防止變形損壞，定位必須可靠。
　?、嗍湛s小，有方向性，易發(fā)生熔接不良，變形、翹曲、縮孔、裂紋及應力 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。
　　　?、颇＞咴O計時(shí)應注意下列事項：
　?、僖阌谘b料，有利于物料流動(dòng)填充型腔。
　?、诿撃Ｐ倍纫巳?°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(xiàn)垂直方向作為成型加壓方向。
　?、芪锪蠞B入力強，導致飛邊厚不易去除，選擇分型面時(shí)應注意飛邊方向。上下 模及并鑲件宜取整體結構，組合結構裝配間隙不宜取大，上下?？刹鸪尚土慵巳?～4級 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。
　?、蕹尚蛪毫Υ?，物料滲擠力大。模具型芯嵌件應有足夠強度、防止變形、 位移與損壞。尤其對細長(cháng)型芯與型腔間空隙較小時(shí)更應注意。
　?、吣＞邞獟伖?、淬硬。
　?、囗敵隽Υ?，頂桿應有足夠強度，頂出應均勻，頂桿不宜兼作型芯。
　?、峥焖俪尚土显诔尚蜏囟认录纯擅撃?，慢速成型料模具應設有加熱及強迫 冷卻措施。

2、熱塑性增強塑料
　　熱塑性增強塑料一般由樹(shù)脂及增強材料組成。目前常用的樹(shù)脂主要為尼龍、聚苯 乙烯、ABS、AS，聚碳酸酯、線(xiàn)型聚酯、聚乙烯、聚丙烯、聚甲醛等。增強材料一般為無(wú)堿 玻璃纖維（有長(cháng)短兩種，長(cháng)纖維料一般與粒料長(cháng)一致為2～3毫米，短纖維料長(cháng)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。由于各種增強塑料所選用的樹(shù)脂不同，玻纖長(cháng)度、直徑，有無(wú)含堿及表面處 理劑不同其增強效果不一，成型特性也不一。
　　如前所述增強料可改善一系列力學(xué)性能，但也存在一系列缺點(diǎn)：沖擊強度與沖擊 疲勞強度低（但缺口沖擊強度提高）；透明性、焊接點(diǎn)強度也降低，收縮、強度、熱膨脹 系數、熱傳導率的異向性增大。故目前該塑料主要用于小型，高強度、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)性差增強料熔融指數比普通料低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。尤其對長(cháng)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，并對模具磨損大，在注射時(shí)料流對澆注 系統，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
　　　　為了解決增強料上述工藝弊病，在成型時(shí)應注意下列事項：
　　　?、乓擞酶邷?、高壓、高速注射。
　　　?、颇匾巳「撸▽Y晶性料應按要求調節），同時(shí)應防止樹(shù)脂、玻纖分頭聚積， 玻纖外露及局部燒傷。
　　　?、潜貉a縮應充分。
　　　?、人芗鋮s應均勻。
　　　?、闪蠝?、模溫變化對塑件收縮影響較大，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。
　　　?、视捎谠鰪娏蟿傂院?，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x用適當的脫模劑。
　　　?、桃擞寐輻U式注射機成型。尤其對長(cháng)纖維增強料必須用螺桿式注射機加工，如果 沒(méi)有螺桿式注射機則應在造粒后象短纖維料一樣才可在柱塞式注射機上加工。
　　2.3成型條件
　　　　常用熱塑性增強塑料成型條件見(jiàn)表（略）。
　　2.4模具設計注意事項
　　　?、潘芗螤罴氨诤裨O計特別應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〈?，含玻璃纖維15%的可取1°～2°，含玻璃纖維30%的可取 2°～3°。當不允許有脫模斜度時(shí)則應避免強行脫模，宜采用橫向分型結構。
　　　?、菨沧⑾到y截面宜大，流程平直而短，以利于纖維均勻分散。
　　　?、仍O計進(jìn)料口應考慮防止填充不足，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)料口截面可適當增大，其長(cháng)度應短。
　　　?、赡＞咝托?、型腔應有足夠剛性及強度。
　　　?、誓＞邞阌?，拋光、選用耐磨鋼種，易磨損部位應便于修換。
　　　?、隧敵鰬鶆蛴辛?，便于換修。
　　　?、棠＞邞O有排氣溢料槽，并宜設于易發(fā)生熔接痕部位。