▲ 滚筒洗衣机前桶产品头部翘曲变形导致密封圈和不锈钢内桶间隙太小, 密封圈和不锈钢内桶产生磨损,严重影响产品可靠性
1.3 预防问题比解决问题更重要
塑胶件翘曲变形一旦发生,解决起来就很麻烦,能够采用的手段往往少而无奈:
- 特殊甚至极端的注塑成型工艺条件(特殊模温、高模具温差、较长的注塑成型周期等);
- 修改模具(修改产品设计、修改浇口、模具反补偿、或者采用热流道),甚至重新开发模具;
- 整形治具;
以上手段往往需要多次试模调试,才能满足预想目标,同时还会降低注塑生产效率、延误产品上市时间、和增加产品成本。
因此,塑胶件的翘曲变形一定要在塑胶件的产品设计阶段就提前预防,不能等到模具加工完毕、试模发现翘曲变形问题时再去解决问题,就已经很晚了。
2.收缩塑胶材料在注塑成型过程中的收缩时塑胶件翘曲变形的一个重要原因。在深入了解翘曲变形之前,需要理解塑胶材料是如何收缩以及为什么会收缩。为此,需要从塑胶材料的分子结构入手来,看看塑胶材料在熔化和冷却过程中的发生的各种变化。
对于大多数的塑胶材料来说,熔化和冷却过程中的特性依赖于塑胶材料的类型以及是否添加了填充剂或玻纤。
2.1 无定形塑料
无定形塑料是指分子相互排列不呈晶体结构而呈无序状态的塑料。常见的无定型塑料包括ABS、PC、PMMA和PPO等。无论在熔融状态还是在固态,无定形塑料的分子排列均呈无序状态。
当无定形塑料熔化时,分子之间的力量变弱,使得分子相互之间移动。另外,在充填阶段中的剪切力(类似于摩擦)使得分子展开,分子取向与溶流流动方向一致。
当溶流停止流动,分子松弛,又回到最初的无序状态。分子之间的力促使分子互相靠近,直到温度足够低使它们固化。这些力会造成均匀的收缩,但是松弛效应会使得在溶流方向上收缩更多。
2.2 半结晶塑料
半结晶塑料是指在固态下,部分分子相互排列呈规则晶体结构的塑料,这部分晶体结构相对密度较高、更紧密,常见的半结晶塑料包括PBT、PA、POM、PPS和PEEK等。
当半结晶塑料熔化时,结晶部分松动,分子取向与溶流流动方向一致,与无定形塑料大致相同。但是当冷却时,这部分并不会松弛。相反,它们依然保持与溶流流动方向一致,并开始结晶,这显著增加了收缩率。松弛效应使得溶流流动方向的收缩率远大于垂直方向的收缩率。
半结晶塑料的收缩率较高,同时半结晶塑料在平行和垂直于溶料流动方向有着不同的收缩率,使得问题变得复杂。这问题又因注塑成型工艺条件改变致使结晶度变化而更加复杂。如果塑料冷却得慢,结晶度和收缩率都会增加。
2.3 玻纤增强塑料
玻纤常常添加在塑料中用于增加机械强度或其它特性。当玻纤添加到塑料中,它们可能会抵消前文中因为分子取向而产生的收缩。当温度变化时,玻纤不会膨胀、也不会缩小。所以,在溶流流动方向上,玻纤会显著降低塑料的收缩率。