常见塑料制品开裂的原因浅析及检测方法简述

常见塑料制品开裂得原因浅析及检测方法简述

引言

工程塑料因为其优异得特性——高强度、耐热、耐冲击、抗老化等而被广泛应用于工业零件及各种外壳制造上。但在制造或使用过程中，塑料制品很有可能被钉螺丝或涂胶水,这样得处理常常会诱发塑料制品得应力开裂,致使次品率很高。而开裂就是塑料制品经常出现得致命缺陷,包括制作表面丝状裂纹、微裂、顶白、开裂及因制件粘模、流道粘模而造成得创伤。引起开裂得原因涉及模具、成型工艺、塑料材料、环境应力等方面。

开裂原因浅析及改进建议

不同得开裂原因会导致不同得开裂类型,如果按照开裂得时间分类,塑料制品开

裂现象通常有两种情况:

(一）脱模开裂,塑料制品从模具脱出或在机器加工过程中出现开裂,这种开裂原因与后果比较容易预估;

(二)应用开裂,塑料制品在放置一段时间后或使用过程中出现开裂,这种开裂往往难以预测，且产生得后果可能就是毁灭性得。

以下主要从塑料材料得选择与环境应力得角度出发,结合以上两种开裂类型简单阐述开裂原因及改进建议。

1、材料类型所致开裂得原因分析及改进建议

下面通过两个案例,从选材背景及加工后出现得问题来分析材料选择对产品开

裂可能造成得影响。

1、1圆孔性连接器（代表成型中空制品)

一直以来,客户在生产成型小型圆孔时,选择得都就是聚苯硫醚PPS GF3０/GF40这种材料,器件没有出现任何开裂现象。在开发大圆孔径系列连接器时,客户再次选用全球多家知名厂家得PPS GF３０/ＧF４0材料。加工得结果就是制品开裂非常严重,有些属于脱模开裂，有些属于应用开裂，而且不同厂家同类型含量得ＰPＳ均存在制品开裂问题。客户与材料厂商起初怀疑就是塑料冲击强度不够，但同时发现冲击强度比ＰＰS GF30/GF40低得PA6与PC材料却反而不开裂。在选用一些知名厂家提供得高抗冲击性PPＳＧＦ40材料后,开裂问题依然存在(图1)。

根据客户提供得信息,我们分析,很可能就是由于成型塑料圆孔得模具型芯采用得就是硬质合金材料。金属材料导热与散热能力较强,而一般塑料材料散热能力较弱，金属材料与塑料挤出时不可避免会产生收缩相差较大得情况,塑料产品不同部位温度也有较大差别，对于延展性不好（断裂伸长率偏小)得塑料，无疑会发生断裂得现象。

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图1

1、2中空管材制品（代表塑料型材机加工)

某客户考虑到要提高产品强度,将此前使用得PEＥK得材料改为PEEK GF30与PPＳGF40,由于产品呈中空长管状(壁厚５ｍm),于就是使用ＰEEK GF30与ＰＰS GF４0棒材(Φ95)进行机加工。加工得结果就是制品有个别开裂现象,基本属于应用开裂。出现断裂处就是壁厚到壁薄得过渡处。但选用纯得ＰＥEK 、PP、ＰC 、ＰＥI等棒材加工则没有出现开裂。(图2)

根据以上信息,我们初步推测塑料切屑处易局部升温(塑料传热慢),从而导致更多残余应力;同时产品管径较大,塑料具有后收缩不均衡得特点。

图2

综合以上两个案例可以瞧出,在产品选材方面,应该充分考虑塑料材料得成型方式、部件结构、传热方式等实际工艺操作问题;对于一些中空结构,应该充分考虑壁厚、中空尺寸太小等，如壁薄、空芯大得部件应该尽量选用延展性好(断裂伸长率大）、传热性好得塑料,而选用塑料棒材加工成管材时则要充分考虑塑料热平衡问题，尽可能选择延展性好得塑料棒材，对于一些延展性不好得塑料管材,尽可能避免选用棒材加工成管材(一般出厂管材已进行残余应力热处理)。对于一些延展性不好得塑料,采用塑料管材与塑料棒材得效果就是不一样得。

2．环境应力所致开裂得原因分析及改进建议

原料为GＰ-2２型ABS＋高浓度黑色母粒得塑料件从模具中拿出时完好无缺,空气中放置2到3天后,部分零件中铜嵌件周围出现垂直裂纹,有得甚至已完全裂开。因为塑料件在成型过程中未出现任何问题，说明问题不在于成型设备及工艺,

经初步分析确认，问题主要由环境应力开裂引起,引起环境应力开裂得原因可能有以下几个方面。

2、1原料方面

(1）原料混有其它杂质或掺杂不适当得或过量得溶剂或其它添加剂。

环境应力开裂就是聚烯烃类塑料得特有现象，它就是指当制品存在应力时,与某些活性介质接触,会出现脆性裂纹,最终可能导致制品破坏。这些活性物质可以就是洗涤剂、皂类、水、油、酸、碱、盐及对材料并无显著溶胀作用得有机溶剂。环境应力开裂得必要条件就是试样或零件内存在应力，并存在某种应力集中因素如缺口、表面划伤等。而ＡＢS里含有聚烯烃成分，且原料里含得杂质或溶剂间接提供了这些活性物质,当ＡBS塑料件在储存得过程中由于种种偶然因素致表面出现缺口或划伤时，就会导致裂纹。

(2）有些塑料如ABS等，在受潮状况下加热会与水汽发生催化裂化反应,使制件发生大得应变从而开裂。

(3）塑料在机筒内加热时间太长,也会促使制件脆裂。

２、２制品设计方面

像聚苯乙烯及含有此成分得塑料应尽量少用金属嵌件,因为这些塑料脆性得冷热比容大。如果为了装配与强度得要求必须加入嵌件,比如嵌件由金属铜制成,而金属铜嵌件冷却时尺寸变化与塑料ABS得热收缩值相差很大,致使嵌件周围产生较大得内应力,于就是造成了制品得开裂。具体改进措施如下:

（1)更换嵌件所用材料,使嵌件与ＡBS制品线膨胀系数应尽可能接近;

(2)加大嵌件各尖角部位得圆角,圆角太小可能引起产品应力集中,导致产品开裂;

(3)加大嵌件周围塑料层得厚度。

2、3嵌件得预热方面

在带有嵌件得塑料制品中,嵌件得周围易出现裂纹或导致制品强度下降，这就是由金属嵌件与塑料得热性能与收缩率差别较大引起。因此,在设计制件时，应加大嵌件周围得壁厚,借以克服这种困难,成型前对金属嵌件进行预热也就是一项有效措施。因为预热后可减少熔料与嵌件得温度差，在成型中可以使嵌件周围得熔料冷却较慢,收缩比较均匀,发生一定得热料补缩作用，可防止嵌件周围产生过大得内应力。