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ABS注射成型收缩率的研究
时间: 2015-10-10 来源: 未知 作者: 四川大学 杨其 王鹏驹 霄军 薛良 黄亚 点击:
摘要：采用 ASTM D 955－89标准测定了ABS塑料在不同工艺条件下塑的成型收缩率，得出了ABS塑料的成型收缩率随工艺条件的变化规律，为制订合理的工艺条件、进行正确的工艺控制和设计，从而生产出合格尺寸的产品提供了重要依据。
关键词：ABS；注射成型；收缩率
塑料收缩率直接关系到制品的形状和尺寸精度。塑料制品特性、模具设计、工艺条件控制等影响成型收缩率和后收缩的各因素，对注塑制品及其稳定性影响极大〔门。目前模具尺寸的设计通常运用公差带或平均收缩率的方法计算，模具在试模后，根据试制出的制品尺寸来修正模具，然而一些高硬度。低粗糙度模具的表面尺寸修正起来相当困难，且费工费时，有时甚至无法修正，造成巨大的损失。所以，要得到所需尺寸的精密注塑件，同时又能尽量减少对模具的修正，就需要充分了解成型收缩率随工艺条件的变化规律，预先精确测定成型收缩率。
（丙烯膨丁二惭苯乙烯）三元共聚物（ABS）塑料综合了丙烯睛的耐化学药品性、耐油性、刚度和硬度，丁二烯的韧性和耐寒性及苯乙烯的电性能，被广泛应用于汽车、电器仪表和机械工业中，是目前通用工程塑料中应用最广泛的品种之一〔z〕。
国外对塑料成型收缩率的研究开始得较早，且取得了比较丰富的研究成果“3－7〕，国内专门从事塑料成型收缩率研究的并不多〔8－11〕。因此，笔者采用xsrn n oss－so标准测定了 ︿ss塑料在不同工艺条件下注射模塑的成型收缩率，得出了ABS塑料的成型收缩率随工艺条件的变化规律，为制订合理的工艺条件进行正确的工艺控制和模具设计从而生产出合格尺寸的制品提供了重要依据。
一、实验部分
（一）主要原材料
ABS：IH－100，上海高桥石化公司。
（二） 主要设备
干燥料斗：FNH－A型，日本日永化工株式会社；
模温调节机：NT－55型，日本日永化工株式会社；
：PS40SESASE型，日本日精树脂l业株式会社；
模具：按ASTM D 955－89制造，长条模、圆片模，自制。
（三）测试方法
试样分别为长条门27．045 mm x 10?000 mm X3．200 mm）和圆片（o101．975 mm）。测试时运用带百分表的靠模，精度为0．of mm，测试长条形试样在平行于流动方向及圆片形试样在平行和垂直于流动方向上的尺寸变化。测量时间分别为试样出模后2、24、48 h。按公式（1）计算试样的成型收缩率（S）。式中s——试样成型收缩率，％；
L0——模具型腔任意单向上的尺寸，mm；
L1——试样在不同测试时间相应的单向上的尺寸，mm。
（四） 基本工艺条件
将ABS原料干燥4 h，注射成型为标准试样，然后在规定的时间内进行测试。具体的注射工艺条件见表1。二、结果与讨论
塑料的成型收缩主要由热收缩、相变收缩、取向收缩和压缩收缩及弹性回复四部分组成。对无定形的ABS塑料，不存在相变收缩。下面分别讨论测试标准、成型工艺参数对ABS成型收缩率的影响。
（一）且 测试标准的确定
测定塑料试样收缩率的标准有很多种，如国际标准ISO25557/1－1989（E）德国标准DIN、前苏联标准TOCT [CT C3B 890－78]及美国标准ASTM D955－89等[l2－15]。其中，国际标准测定的是“最大收缩率”和“部分收缩率”，而且测试范围汉限于无定形热塑性塑料，不能测定玻纤增强和结晶性塑料；德国标准同佯山是测定“最大收缩率”的方法，仅限于无定形热塑性塑料；前苏联标准虽然能测定各种塑料的“收缩率”、‘’后收缩率”及“各向异性收缩（横向收缩和纵向收缩的比值广，但测定的“收缩率”只适用于压制成型。而美国标准适用于各种不同类型的塑料，且能测定“l~2 h”、“24 h”。“48 h”成型收缩率，因此其测试范围广，可测定的塑料品种多，能测定反映纵、横向收缩率差异的“各向异性收缩”，而且能反映塑料件收缩率随时间的变化规律，这是上述三个标准不能做到的。因此，笔者选择美国ASTM D 955—89标准作为ABS试样成型收缩率测定的标准。
（二） 注塑工艺对ABS成型收缩率的影响
1.注塑压力
注塑压力对ABS成型收缩率的影响如图l所示。由图1看出，成型收缩率随注塑压力的提高而减小。这是因为增加注塑压力会使ABS制品密实程度增加，线胀系数减小，热收缩减小，况且弹性回复加大，从而使成型收缩率减小。与此同时，随注塑压力的增大，ABS分子链的取向也会有所增加，这会使收缩率变大，但比较两种效应，前者占主导地位。
保压压力对ABS成型收缩率的影响最大，如图2所示。这是因为在注塑过程中型腔尚未充满熔体，注塑压力对熔体的压实不明显，而保压压力作用时模具型腔己被充满，因此保压压力对制品的补缩。压实作用明显、从而导致制品的成型收缩率大大降低。由图2还可以看出，当保压压力增加到80＊抡后，压力的改变对成型收缩率的影响已不明显了。
图3是ABS成型收缩率随螺杆转速变化的关系曲线。由图3可看出，随着螺杆转速的增大，成型收缩率减小。这是因为螺杆转速增加，料筒内的剪切作用增加，使料温上升，熔体粘度减小，流动阻力减小，促迸了压力的传递，使成型收缩率降低。但另一方面，制品的热收缩率也变大，图3是综合以上两种效应得到的结果。当螺杆转速较小时，转速的提高，减小收缩率的因素占主导地位，但转速提高到120r／mi。以上，减小和增大收缩率的因素趋于平衡，对制品成型收缩率的影响趋缓。
注射速率的增大可以促进ABS分子链的取向，但快速充模时，会使制品维持在较高的温度下冷却，分子在高温下松弛的时间延长，明显对解取向有利，使取向度降低，成型收缩率减小，结果如图4所示。反之，如果低速注射，进模熔体的温度相对低些，冻结的取向结构多，同时高分子链布朗运动的能力减弱，解取向作用小，使成型收缩率增大。
延长保压时间，可以减少熔体向浇口的倒流，增强补缩作用，使制品密实，从而使制品的成型收缩率减小，如图5所示。但是；在浇口封闭后再延长保压时间，就起不到补缩的作用。由图5可见，随保压时间的增加，成型收缩率出现一平台，由此看出，该注射试样浇口的封闭时间为15 S。6. 模具温度
模具温度升高，虽然熔体充模时冷却慢，有使制品加大弹性回复的作用，而且模具温度越高，解取向的作用越显著，使分子定向减少，成型收缩率减小。叵模具温度高也会使制品的热收缩加大，成型收缩率增大。图6是模具温度与ABS成型收缩率的关系曲线。由图6可知，在模具温度较低时，热收缩居于次要地位，因而随着模具温度的升高；制品的成型次缩率减小；而在较高的模具温度下，热收缩成为主要影响因素，此时，随着模具温度的提高，制品的成型收缩率增大。所以，在控制模具温度时，过高的模具温度是不合适的。7.料筒温度
图7是料筒温度与ABS成型收缩率的关系曲线。由图7可看出，随着料筒温度的升高，ABS制品的成型收缩率先减小，尔后再增大。这是因为料温的升高使熔体粘度降低，压力损失减小，这与提高压力有相同的作用，同时，料温高时分子链的解取向作用增强，使成型收缩率减小；但随着料温的继续升高，热收缩作用更加显著，使制品的成型收缩率增大。因此，在图7中低温区分子定向起主要作用，而在高温区热收缩是主要的影响因素。三、 结论
通过测定成型收缩率不同标准的比较，最终选择了美国 ASTMD 955－89标准来测定 ABS试样的成型收缩率。在本试验条件下，ABS的成型收缩率范围为0．29％－0．76％。ABS成型收缩率受注塑压力、保压压力、螺杆转速、注射速率、保压时间、模具温度及料筒温度等诸多因素的影响，其中保压压力、保压时间的影响最显著。(end)
关键词：ABS；注射成型；收缩率
塑料收缩率直接关系到制品的形状和尺寸精度。塑料制品特性、模具设计、工艺条件控制等影响成型收缩率和后收缩的各因素，对注塑制品及其稳定性影响极大〔门。目前模具尺寸的设计通常运用公差带或平均收缩率的方法计算，模具在试模后，根据试制出的制品尺寸来修正模具，然而一些高硬度。低粗糙度模具的表面尺寸修正起来相当困难，且费工费时，有时甚至无法修正，造成巨大的损失。所以，要得到所需尺寸的精密注塑件，同时又能尽量减少对模具的修正，就需要充分了解成型收缩率随工艺条件的变化规律，预先精确测定成型收缩率。
（丙烯膨丁二惭苯乙烯）三元共聚物（ABS）塑料综合了丙烯睛的耐化学药品性、耐油性、刚度和硬度，丁二烯的韧性和耐寒性及苯乙烯的电性能，被广泛应用于汽车、电器仪表和机械工业中，是目前通用工程塑料中应用最广泛的品种之一〔z〕。
国外对塑料成型收缩率的研究开始得较早，且取得了比较丰富的研究成果“3－7〕，国内专门从事塑料成型收缩率研究的并不多〔8－11〕。因此，笔者采用xsrn n oss－so标准测定了 ︿ss塑料在不同工艺条件下注射模塑的成型收缩率，得出了ABS塑料的成型收缩率随工艺条件的变化规律，为制订合理的工艺条件进行正确的工艺控制和模具设计从而生产出合格尺寸的制品提供了重要依据。
一、实验部分
（一）主要原材料
ABS：IH－100，上海高桥石化公司。
（二） 主要设备
干燥料斗：FNH－A型，日本日永化工株式会社；
模温调节机：NT－55型，日本日永化工株式会社；
：PS40SESASE型，日本日精树脂l业株式会社；
模具：按ASTM D 955－89制造，长条模、圆片模，自制。
（三）测试方法
试样分别为长条门27．045 mm x 10?000 mm X3．200 mm）和圆片（o101．975 mm）。测试时运用带百分表的靠模，精度为0．of mm，测试长条形试样在平行于流动方向及圆片形试样在平行和垂直于流动方向上的尺寸变化。测量时间分别为试样出模后2、24、48 h。按公式（1）计算试样的成型收缩率（S）。式中s——试样成型收缩率，％；
L0——模具型腔任意单向上的尺寸，mm；
L1——试样在不同测试时间相应的单向上的尺寸，mm。
（四） 基本工艺条件
将ABS原料干燥4 h，注射成型为标准试样，然后在规定的时间内进行测试。具体的注射工艺条件见表1。二、结果与讨论
塑料的成型收缩主要由热收缩、相变收缩、取向收缩和压缩收缩及弹性回复四部分组成。对无定形的ABS塑料，不存在相变收缩。下面分别讨论测试标准、成型工艺参数对ABS成型收缩率的影响。
（一）且 测试标准的确定
测定塑料试样收缩率的标准有很多种，如国际标准ISO25557/1－1989（E）德国标准DIN、前苏联标准TOCT [CT C3B 890－78]及美国标准ASTM D955－89等[l2－15]。其中，国际标准测定的是“最大收缩率”和“部分收缩率”，而且测试范围汉限于无定形热塑性塑料，不能测定玻纤增强和结晶性塑料；德国标准同佯山是测定“最大收缩率”的方法，仅限于无定形热塑性塑料；前苏联标准虽然能测定各种塑料的“收缩率”、‘’后收缩率”及“各向异性收缩（横向收缩和纵向收缩的比值广，但测定的“收缩率”只适用于压制成型。而美国标准适用于各种不同类型的塑料，且能测定“l~2 h”、“24 h”。“48 h”成型收缩率，因此其测试范围广，可测定的塑料品种多，能测定反映纵、横向收缩率差异的“各向异性收缩”，而且能反映塑料件收缩率随时间的变化规律，这是上述三个标准不能做到的。因此，笔者选择美国ASTM D 955—89标准作为ABS试样成型收缩率测定的标准。
（二） 注塑工艺对ABS成型收缩率的影响
1.注塑压力
注塑压力对ABS成型收缩率的影响如图l所示。由图1看出，成型收缩率随注塑压力的提高而减小。这是因为增加注塑压力会使ABS制品密实程度增加，线胀系数减小，热收缩减小，况且弹性回复加大，从而使成型收缩率减小。与此同时，随注塑压力的增大，ABS分子链的取向也会有所增加，这会使收缩率变大，但比较两种效应，前者占主导地位。
图1
保压压力对ABS成型收缩率的影响最大，如图2所示。这是因为在注塑过程中型腔尚未充满熔体，注塑压力对熔体的压实不明显，而保压压力作用时模具型腔己被充满，因此保压压力对制品的补缩。压实作用明显、从而导致制品的成型收缩率大大降低。由图2还可以看出，当保压压力增加到80＊抡后，压力的改变对成型收缩率的影响已不明显了。
图2
图3是ABS成型收缩率随螺杆转速变化的关系曲线。由图3可看出，随着螺杆转速的增大，成型收缩率减小。这是因为螺杆转速增加，料筒内的剪切作用增加，使料温上升，熔体粘度减小，流动阻力减小，促迸了压力的传递，使成型收缩率降低。但另一方面，制品的热收缩率也变大，图3是综合以上两种效应得到的结果。当螺杆转速较小时，转速的提高，减小收缩率的因素占主导地位，但转速提高到120r／mi。以上，减小和增大收缩率的因素趋于平衡，对制品成型收缩率的影响趋缓。
图3
注射速率的增大可以促进ABS分子链的取向，但快速充模时，会使制品维持在较高的温度下冷却，分子在高温下松弛的时间延长，明显对解取向有利，使取向度降低，成型收缩率减小，结果如图4所示。反之，如果低速注射，进模熔体的温度相对低些，冻结的取向结构多，同时高分子链布朗运动的能力减弱，解取向作用小，使成型收缩率增大。
图4
延长保压时间，可以减少熔体向浇口的倒流，增强补缩作用，使制品密实，从而使制品的成型收缩率减小，如图5所示。但是；在浇口封闭后再延长保压时间，就起不到补缩的作用。由图5可见，随保压时间的增加，成型收缩率出现一平台，由此看出，该注射试样浇口的封闭时间为15 S。6. 模具温度
模具温度升高，虽然熔体充模时冷却慢，有使制品加大弹性回复的作用，而且模具温度越高，解取向的作用越显著，使分子定向减少，成型收缩率减小。叵模具温度高也会使制品的热收缩加大，成型收缩率增大。图6是模具温度与ABS成型收缩率的关系曲线。由图6可知，在模具温度较低时，热收缩居于次要地位，因而随着模具温度的升高；制品的成型次缩率减小；而在较高的模具温度下，热收缩成为主要影响因素，此时，随着模具温度的提高，制品的成型收缩率增大。所以，在控制模具温度时，过高的模具温度是不合适的。7.料筒温度
图7是料筒温度与ABS成型收缩率的关系曲线。由图7可看出，随着料筒温度的升高，ABS制品的成型收缩率先减小，尔后再增大。这是因为料温的升高使熔体粘度降低，压力损失减小，这与提高压力有相同的作用，同时，料温高时分子链的解取向作用增强，使成型收缩率减小；但随着料温的继续升高，热收缩作用更加显著，使制品的成型收缩率增大。因此，在图7中低温区分子定向起主要作用，而在高温区热收缩是主要的影响因素。三、 结论
通过测定成型收缩率不同标准的比较，最终选择了美国 ASTMD 955－89标准来测定 ABS试样的成型收缩率。在本试验条件下，ABS的成型收缩率范围为0．29％－0．76％。ABS成型收缩率受注塑压力、保压压力、螺杆转速、注射速率、保压时间、模具温度及料筒温度等诸多因素的影响，其中保压压力、保压时间的影响最显著。(end)
