影响塑料制品收缩率的因素

影响塑料制品收缩率的因素:
1.成型工艺对塑料制品收缩率的影响
（1）成型温度不变，注射压力增大，收缩率减小；
（2）保持压力增大，收缩率减小；
（3）熔体温度提高，收缩率有所降低；
（4）模具温度高，收缩率增大；
（5）保压时间长，收缩率减小，但浇口封闭后不影响收缩率；
（6）模内冷却时间长，收缩率减小；
（7）注射速度高，收缩率略有增大倾向，影响较小；
（8）成型收缩大，后收缩小。

后收缩在开始两天大，一周左右稳定。

柱塞式注射机成型收缩率大。

2、塑料结构对制品收缩率的影响
（1）厚壁塑件比薄壁塑件收缩率大（但大多数塑料1mm薄壁制件反而比2mm收缩率大，这是由于熔体在模腔内阻力增大的缘故）；
（2）塑件上带嵌件比不带嵌件的收缩率小；
（3）塑件形状复杂的比形状简单的收缩率要小；
（4）塑件高度方向一般比水平方向的收缩率小；
（5）细长塑件在长度方向上的收缩率小；
（6）塑件长度方向的尺寸比厚度方向尺寸的收缩率小；
（7）内孔收缩率大，外形收缩率小。

3、模具结构对塑料制品收缩率的影响
（1）浇口尺寸大，收缩率减小；
（2）垂直的浇口方向收缩率减小，平行的浇口方向收缩率增大；
（3）远离浇口比近浇口的收缩率小；
（4）有模具限制的塑件部分的收缩率小，无限制的塑件部分的收缩率大。

4、塑料性质对制品收缩率的影响
（1）结晶型塑料收缩率大于无定形塑料；
（2）流动性好的塑料，成型收缩率小；
（3）塑料中加入填充料，成型收缩率明显下降；
（4）不同批量的相同塑料，成型收缩率也不相同。

流动取向是塑料在模塑过程中由于流动而产生的分子链取向。

拉伸取向是塑料在外力作用下分子链被强制拉伸产生的取向。

淬火是塑料成型过程中为了减小结晶度而进行的快速冷却。

异相成核，是结晶过程中结晶在相界面，或者杂质表面发生。

膨胀比：塑料在挤出过程中，挤出后材料径向膨胀，膨胀比就是挤出后材料的直径和出口孔径的比。

离模膨胀又叫出口膨胀，在挤出过程中，挤出物离开模后，其横截面尺寸因弹性回复而大于口模尺寸的现象。

收缩是塑料加工商们面临的大敌，特别是对于表面质量要求较高的大型塑料制品，收缩更是一个顽疾。

因此人们开发了各种技术，以最大限度地减少收缩，提高产品质量。

在注塑塑料部件较厚位置，如筋肋或突起处形成的收缩要比邻近位置更严重，这是由于较厚区域的冷却速度要比周围区域慢得多。

冷却速度不同导致连接面处形成凹陷，即为人们所熟悉的收缩痕。

这种缺陷严重限制了塑料产品的设计和成型，尤其是大型厚壁制品如电视机的斜面机壳和显示器外壳等。

事实上，对于日用电器这一类要求严格的产品上必须消除收缩痕，而对于玩具等一些表面质量要求不高的产品允许有收缩痕的存在。

形成收缩痕的原因可能有一个或多个，包括加工方法、部件几何形状、材料的选择以及模具设计等。

其中几何形状和材料选择通常由原材料供应商决定，且不太容易改变。

但是模具制造商方面还有很多关于模具设计的因素可能影响到收缩。

冷却流道设计、浇口类型、浇口尺寸可能产生多种效果。

例如，小浇口如管式浇口比锥形的浇口冷却得快得多。

浇口处过早冷却会减少型腔内的填充时间，从而增加收缩痕产生的几率。

对于成型工人，调整加工条件是解决收缩问题的一种方法。

填充压力和时间显著影响收缩。

部件填充后，多余的材料继续填充到型腔中补偿材料的收缩。

填充阶段太短将会导致收缩加剧，最终会产生较多或较大的收缩痕。

这种方法本身也许并不能将收缩痕减少到满意的水平，但是成型工人可以调整填充条件改善收缩痕。

还有一种方法是修改模具，有一种简单的解决方法就是修改常规的型芯孔，但是并不能指望这一方法适用于所有的树脂。

另外，气体辅助方法同样值得一试。

柱、气体和泡沫
GE聚合物加工研究中心(PPDC)进行了一项12个月的研究，来评估8种不同的旨在减少收缩痕的方法。

这些技术代表了减少收缩痕的一些最新思路。

这些方法可以分为两类：一类可以称为取代材料法，另一类为去除热量法。

取代材料法是通过增加或减少可能收缩区域的材料用量来减少收缩痕。

去除热量法旨在快速地将可能产生收缩的区域的热量去除，从而减少较薄区域和较厚区域产生的冷却不均的可能性。

在本次研究中，共评估了5种取代材料法：伸出式凸柱、圆头凸柱、带弹簧凸柱、气体辅助成型和化学发泡。

三种去除热量法：铍-铜凸柱、铍-铜嵌件以及特殊设计的热活动凸柱。

评估的对象是待试部件中产生的收缩痕的数量，待试部件为带有三角形凸起的制品。

所有方法比较的标准为标准工具——不锈钢凸柱。

该测试工具能产生壁厚为2.5mm的圆盘，凸柱高为22.25mm，直径为4.5mm，壁厚为1.9mm，在底盘上有2mm的三角铁。

该研究所用的成型设备为350t的水平触动液压机，材料为日用电子产品中常用的材料，也是收缩问题严重的材料，即GE的PC/ABS、CycoloyCU6800和PPE/PS、NorylPX5622。

这两种材料的加工范围均在产品技术参数建议范围的中间点。

如果收缩痕处于最小状态，可以下调填充量来引发更多收缩痕，以方便度量并与经验方法进行比较。

尽管收缩痕通常都是通过肉眼来观察的，但是这些试验采用了一种机器对收缩痕的深度进行了定量测量。

试验内容
试验的标准技术之一是伸出式凸柱，即标准凸柱伸出进入凸柱底部的壁里，从而减小壁厚并补偿凸柱中多余材料造成的效果。

试验中采用了两种伸出深度，分别为壁厚的25%和50%。

另外一个试验采用了一种圆头而不是尖头的凸柱。

这个方法不是去除凸柱区域的材料，而是使得各区域的过渡更加连贯。

还有一种方法在顶出板和凸柱之间使用弹簧。

弹簧使得部件冷却后凸柱底下的材料仍处于压力状态，以使材料获得补偿收缩的效果。

结果会受到弹簧初始压力以及弹簧“刚性”的影响，试验评估了这两种因素的影响。

使用了两种不同刚度的弹簧，对每种刚度的弹簧都施加了多种不同的初始压力。

化学发泡剂也在本次试验的评估内容里，因为化学发泡剂的优势在于不用对工具进行任何改变。

该方法的理论依据是在较厚的区域也就是最可能产生收缩的区域发泡，发泡过程会产生足够的局部压力以阻止收缩。

当然，在发泡过程中只能使用少量(0.25%)的发泡剂(SafoamRPC-40)，以免形成裂纹损伤部件表面。

通过加工过的凸柱注射氮气来试验气体辅助成型，氮气在通常容易出现收缩的区域形成气泡，这样就可以去除该区域的材料用气泡里的气体来填充该区域。

为了实现热量快速转移，使用了一种由铍-铜构成的凸柱，热传导速度远远超过不锈钢材料。

该技术同样要求凸柱的后端与巨大的热池连接，使得热量能够完全从凸柱的区域去除。

该方法的另一种方式是利用标准的不锈钢凸柱但是在凸柱周围区域安装铍-铜的插件。

这就要求对模具型腔进行充分的修改，在该区域加工出一个小槽安装筋肋/凸柱结构。

筋肋/凸柱结构加工成独立的铍-铜型腔插件，安装在小槽里。

热传导速率高的插件会将凸柱区域的热量完全吸收并导入到工具中。

前两种方法采用的是被动的热去除方法，“热活动凸柱”包含了一种流体将热区域的热量带走并分散到冷却装置。

结果的比较
采用PC/ABS材料时，五个试验方法产生的收缩比标准凸柱产生的收缩少。

所有的去除热量的方法效果很好，取代材料的方法中只有加载弹簧的凸柱的方法比标准凸柱效果好，而弹簧的预加载压力对性能的影响尤为突出。

气体辅助方法的结果不是决定性的：使用该种模具和材料，由于制品壁太薄，熔融-冷却速度太快，从而气体渗透很难保持一致。

发泡试验也没有决定性的影响。

部件表面明显的裂纹表明，在本方法还不能与其他方法相提并论之前，应该减少发泡剂的数量。

使用PPE/PS树脂时，加载弹簧的凸柱同样表现出色。

其他三种取代材料方法，包括伸出式凸柱法和气体辅助成型法效果也比标准凸柱的效果好。

对于去除热量法，只有铍-铜凸柱方法比标准凸柱方法的效果好。

而圆头凸柱方法对于两种材料的效果都不好。

意外的是伸出式凸柱方法对于PC/ABS材料而言效果很不好，而二十年来，伸出式凸柱一直是推荐的方法。

这些试验结果表明这些方法对于不同材料而言效果并不是相同的。

最有趣的结果还是来自加载弹簧式凸柱的方法。

对于两种材料而言，适当使用弹簧的预压力，制品收缩性均得到了50%的改善。

弹簧钢性的影响似乎不如弹簧预压力的影响大。

预压力过小，塑料熔体将凸柱的背端推得太远，导致凸柱区域太多材料滞留，从而导致收缩。

弹簧预压力过大，在熔体的压力下不会被压缩，效果和标准凸柱一样。

测量筋肋结构附近的收缩痕时，弹簧加载方法还显示了惊人的结果。

尽管该方法旨在将凸柱附近的收缩最小化，加工PPE/PS材料时，相连的筋肋结构处的收缩也得到了惊人的改善。

可能是凸柱压缩时有效地将材料填充进筋肋结构，从而减少了收缩。

不管结果如何，人们也不应就此低估气体辅助成型方法和化学发泡剂方法。

对于气体辅助成型，模具没有得到优化，有望在较大尺寸部件中起到很好的效果，因为它能覆盖的区域比加载弹簧凸柱覆盖的范围更大。

而且，如前所述，这些试验中发泡剂的配方也没有得到优化。

影响成型收缩率的因素影响成型收缩率的因素
影响热塑性塑料成型收缩的因素有以下几点：
一、塑料品种
热塑性塑料成型过程中由于还存在结晶化形成的体积变化，内应力强，冻结在塑件产品的残余应力大，分子取向强等因素，因此与热固性塑料相比则成型收缩率较大，收缩率范围宽，方向性明显，另外成型后的收缩、退火或者调湿度处理后的收缩一般也都比热固性塑料大。

二、塑件特性
成型时熔料与型腔表面接触外层立即冷却形成低密度的固态外壳。

由于塑料的导热性差，使塑件内层缓慢冷却形成收缩率大的高密度固态层。

所以壁厚、冷却慢、高密度层厚的则收缩大。

另外，有无嵌件布局、数量都直接影响料流方向，密度分布及收缩阻力大小等，所以塑件的特性对收缩大小，方向性影响极大。

三、浇口尺寸、形式、分布
这些因素直接影响料流方向、密度分布、保压补缩作用及成型时间，直接进料口、浇口截面积大则收缩小但方向性大，浇口宽及长度短的则方向性小。

距进料口近的或与料流方向平行的则收缩率大。

四、成型条件
模具温度高，熔料冷却慢、密度高、收缩大，尤其对结晶性料则结晶度高，体积变化左，故收缩更大。

模具温度分布与塑件内外冷却及密度均匀性也有关，直接影响到各部分收缩量大小及方向性。

另外，保压压力及时间对收缩影响较大，压力大，时间长的则收缩小但方向性大。

注射压力高，熔料粘度差小，脱模后弹性回跳大，故收缩也可适量的减小，料温高、收缩大，但方向性小。

因此在成型时调整模具温度、压力、注射速度及冷却时间等诸多因素也可适当改变塑件产品收缩情况。

注塑制品的成型是一个非常复杂的多因素耦合作用的动态加工过程,成型过程的每个因素都对制品的成型质量产生重要影响,其中成型收缩是影响制品质量的关键因素之一。

影响注塑制品收缩的因素很多,成型材料包括高聚物的分子链结构、结晶度、力学性能、流变性能等)、制品结构包括制品厚度、嵌件结构等)、工艺条件;包括注射速度、保压压力、保压时间、冷却时间等);和模具设计;包括浇口位置和数量、冷却回路分布等);等都影响其收缩行为。

本文采用CAE的方法来研究制品厚度的变化对注射成型横向收缩率(;沿着流动的方向);和纵向收缩率(;垂直流动方向);的影响。

模拟实验条件
<P>（一）实验制品结构与尺寸</P>
<P>模拟实验采用的制品结构如图1所示,&nbsp;制品为36mm×36mm&nbsp;的方形制品,&nbsp;为了研究清楚厚度对注射成型收缩率的影响规律,&nbsp;在厚度范围0.8～4.0mm&nbsp;内,厚度每增加0.5mm&nbsp;得到一个制品,&nbsp;测定其横向收缩率Sh(&nbsp;测Sh1、Sh2、Sh3&nbsp;等3&nbsp;处收缩率的平均值)与纵向收缩率Sz(&nbsp;Sz1、Sz2、Sz3&nbsp;等3&nbsp;处收缩率的平均值)&nbsp;。

</P>
<P>
<P align=center><IMG src="/news/jishu/UploadFiles_1de333/200703/20073614422574.gif"></P>
<P>
<P align=left>&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp; （二）&nbsp;模拟实验的工艺条件与方法</P> <P>实验针对不同厚度的制品,&nbsp;分别采用2种材料进行研究,&nbsp;结晶型材料PP&nbsp;和非结晶型材料ABS进行模拟。

每种材料均按常用的工艺条件进行“填充+翘曲”模拟,&nbsp;工艺条件如表1所示。

同一材料的工艺条件用于不同厚度的制品,&nbsp;浇口位置如图1&nbsp;所示。

分别对每一种厚度的制品进行“填充+翘曲”分析,&nbsp;然后测得如图1&nbsp;所示的Sh1、Sh2、Sh3、Sz1、Sz2、Sz3&nbsp;等6&nbsp;个位置的收缩率,&nbsp;取Sh1、Sh2、Sh3&nbsp;等3&nbsp;个的平均值即为制品的横向收缩率Sh,&nbsp;而Sz1、Sz2、Sz3&nbsp;等3&nbsp;个位置的收缩率即为制品的纵向收缩率Sz。

</P>
<P>
<P align=center><IMG src="/news/jishu/UploadFiles_1de333/200703/20073614422948.jpg"></P>
<P>
<P align=left><STRONG>&nbsp;模拟结果及数据处理</STRONG></P>
<P>采用图1所示的制品和表1中的工艺条件,&nbsp;应用MoldFlow软件的“Flow+Warp”功能模拟制品收缩的情况,&nbsp;如图2所示,&nbsp;图2中显示为用PP&nbsp;塑料,&nbsp;厚度为1.4mm制品的翘曲情况。

</P>
<P>
<P
<P align=left>&nbsp;&nbsp; &nbsp;在模拟的结果中利用MoldFlow的结果查询功能,&nbsp;对图1所示的6个位置的收缩率进行测量,&nbsp;得到Sh1、Sh2、Sh3、Sz1、Sz2、Sz3&nbsp;等6个位置的收缩率,&nbsp;记录于表2表3。

</P>
<P align=left>&nbsp;根据以上不同厚度的制件的模拟结果,&nbsp;利用MA TAB软件进行样条曲线拟合的方法对制品收缩率的结果数据进行拟合处理,&nbsp;可得如图3(&nbsp;结晶型材料PP)&nbsp;和图4(&nbsp;非结晶型材料ABS)&nbsp;所示的不同厚度制品的收缩率
变化曲线。

</P>
<P><STRONG>结束语</STRONG></P>
<P>由图3和图4曲线可以看出,&nbsp;不论是结晶型塑料还是非结晶型塑料的制品,;制品的厚度不同时, p;制品的收缩率是有很大的差别,;随着制品厚度的增大,;制品的纵向收缩率和横向收缩率都在增大。

<
<P>但是这种增大的趋势是非线性的;而是随着厚度的增加而逐渐减缓,;且纵向收缩率略小于横向收缩率。

塑料加工收缩问题
塑料加工收缩问题是塑料加工中最常见的问题之一，对表面质量要求高的塑料制品，收缩更是棘手的问题。

因此随着塑料加工工艺的不断完善，以最大限度地减少塑料加工收缩问题，提高产品质量势在必行。

在塑料加工注塑塑料部件较厚位置，如筋肋或突起处形成的收缩要比邻近位置更严重，这是由于较厚区域的冷却速度要比周围区域慢得多。

冷却速度不同导致连接面处形成凹陷，即为人们所熟悉的收缩痕。

这种缺陷严重限制了塑料产品的设计和成型，尤其是大型厚壁制品如电视机的斜面机壳和显示器外壳等。

事实上，对于日用电器这一类要求严格的产品上必须消除收缩痕，而对于玩具等一些表面质量要求不高的产品允许有塑料加工收缩痕的存在。

形成塑料加工收缩痕的原因可能有一个或多个，包括加工方法、部件几何形状、材料的选择以及模具设计等。

其中几何形状和材料选择通常由原材料供应商决定，且不太容易改变。

但是模具制造商方面还有很多关于模具设计的因素可能影响到塑料加工收缩环节。

冷却流道设计、浇口类型、浇口尺寸可能产生多种效果。

例如，小浇口如管式浇口比锥形的浇口冷却得快得多。

浇口处过早冷却会减少型腔内的填充时间，从而增加收缩痕产生的几率。

对于成型工人，调整加工条件是解决塑料加工收缩问题的一种方法。

填充压力和时间显著影响收缩。

部件填充后，多余的材料继续填充到型腔中补偿材料的收缩。

填充阶段太短将会导致收缩加剧，最终会产生较多或较大的收缩痕。

这种解决塑料加工收缩方法本身也许并不能将收缩痕减少到满意的水平，但是成型工人可以调整填充条件改善收缩痕。

还有一种方法是修改模具，有一种简单的解决方法就是修改常规的型芯孔，但是并不能指望这一方法适用于所有的树脂。

另外，气体辅助方法同样可以解决塑料加工收缩问题。

注塑模具设计得合理与否会直接影响塑料制品的收缩率，由于模具型腔尺寸是由塑料制品尺寸加上所估算的收缩率求得的，而收缩率则是由塑料生产厂家或工程塑料手册推荐的一个范围内的数值，它不仅与模具的浇口形式、浇口位置与分布有关，而且与工程塑料的结晶取向性(各向异性)、塑料制品的形状、尺寸、到浇口的距离及位置有关，同时和模具冷却分布系统紧密相关。

影响塑料收缩率的主要有热收缩、相变收缩、取向收缩、压缩收缩与弹性回复等因素，而这些影响因素与精密注塑制品的成型条件或操作条件有关。

因此，在设计模具时必须考虑这些影响因素与注塑条件的关系及其表观因素，如注塑压力与模腔压力及充模速度、注射熔体温度与模具温度、模具结构及浇口形式与分布，以及浇口截面积、制品壁厚、塑料材料中增强填料的含量、塑料材料的结晶度与取向性等因素的影响。

上述因素的影
响也因塑料材料不同、其它成型条件如温度、湿度、继续结晶化、成型后的内应力、注塑机的变化而不同。

由于注塑过程是把塑料从固态(粉料或粒料)向液态(熔体)又向固态(制品)转变的过程。

从粒料到熔体，再由熔体到制品，中间要经过温度场、应力场、流场以及密度场等的作用，在这些场的共同作用下，不同的塑料(热固性或热塑性、结晶性或非结晶性、增强型或非增强型等)具有不同的聚合物结构形态和流变性能。

凡是影响到上述"场"的因素必将会影响到塑料制品的物理力学性能、尺寸、形状、精度与外观质量。

这样，工艺因素与聚合物的性能、结构形态和塑料制品之间的内在联系会通过塑料制品表现出来。

分析清楚这些内在的联系，对合理地拟定注塑加工工艺、合理地设计并按图纸制造模具、乃至合理选择注塑加工设备都有重要意义。

精密注塑与普通注塑在注塑压力和注射速率上也有区别，精密注塑常采用高压或超高压注射、高速注射以获得较小的成型收缩率。

综合上述各种原因，设计精密注塑模具时除考虑一般模具的设计要素外，还须考虑以下几点：①采用适当的模具尺寸公差；②防止产生成型收缩率误差；③防止发生注塑变形；④防止发生脱模变形；⑤使模具制造误差降至最小；⑥防止模具精度的误差；⑦保持模具精度。

收缩率会因注塑压力而发生变化，因此，对于单型腔模具，型腔内的模腔压力应尽量一致；至于多型腔模具，型腔之间的模腔压力应相差很小。

在单型腔多浇口或多型腔多浇口的情况下，必须以相同的注塑压力注射，使型腔压力一致。

为此，必须确保使浇口位置均衡。

为了使型腔内的模腔压力一致，最好使浇口入口处的压力保持一致。

浇口处压力的均衡与流道中的流动阻力有关。

所以，在浇口压力达到均衡之前，应先使流通均衡。

由于熔体温度和模具温度对实际收缩率产生影响，因此在设计精密注塑模具型腔时，为了便于确定成型条件，必须注意型腔的排列。

因为熔融塑料把热量带入模具，而模具的温度梯度分布一般是围绕在型腔的周围，呈以主流道为中心的同心圆形状。

因此，流道均衡、型腔排列和以主流道为中心的同心圆状排列等设计措施，对减小各型腔之间的收缩率误差、扩大成型条件的允许范围以及降低成本都是必要的。

精密注塑模具的型腔排列方式应满足流道均衡和以主流道为中心排列两方面的要求，且必须采用以主流道为对称线的型腔排列方式，否则会造成各型腔的收缩率差异。

由于模具温度对成型收缩率的影响很大，同时也直接影响注塑制品的力学性能，还会引起制品表面发花等各种成型缺陷，因此必须使摸具保持在规定的温度范围内，而且还要使模具温度不随时间变化而变化。

多型腔模具的各型腔之间的温差也不得发生变化。

为此，在模具设计中必须采取对模具加热或冷却的温度控制措施，且为了使模具各型腔间的温差尽量缩小，必须注意温控-冷却回路的设计。

在型腔、型芯温控回路中，主要有串联冷却与并联冷却两种连接方式。

从热交换效率来看，冷却水的流动应呈紊流。

但是在并联冷却回路中，成为分流的一条回路中的流量比在串联冷却回路中的流量小，这样可能会形成层流，而且实际进入每条回路中的流量也不一定相同。

由于进入各回路的冷却水温度相同，各型腔的温度也应相同，但实际上因各回路中的流量不同，且每条回路的冷却能力也不相同，致使各模腔的温度也不可能一致。

采用串联冷却回路的缺点是冷却水的流动阻力大，最前面的型腔入口处的冷却水温度同最后型腔入口处的冷却水温度有明显的差别。

冷却水出入口的温差因流量的大小而变化。

对于加工.塑料件的小型精密注塑模具而言，一般从降低模具成本考虑，采用串联冷却。