增強塑料的成型

　　為了進一步改善熱固性及熱塑性塑料的力學性能。常在塑料中加入玻璃纖維(簡 稱玻纖)，滑石粉、云母、碳酸鈣、高嶺土、碳纖維等作為增強材料，以樹脂為母體及粘結劑而組成新型復合材料，稱為增強塑料（如環氧樹脂為母體樹脂 塑料的增強塑料又稱為玻璃鋼）。
　　由于塑料混用玻璃纖維的品種、長度、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脂、增強材料、助劑等組成。其中樹脂作為母體和粘結劑，它 要求有良好的流動性、適宜的固化速度、副產物少，易調節粘度和良好的相溶性，并需滿 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%、長度為15～20毫米。助劑包括調節粘度的稀釋劑（用以改進玻纖與樹脂的粘結）、 用以調節樹脂-纖維界面狀態的玻纖表面處理劑、用以改進流動性，降低收縮，提高光澤 度及耐磨性等用的填料和著色劑等。由于選用的樹脂，玻纖的品種規格（長度、直徑， 無堿或含堿，支數，股數，加捻或無捻），表面處理劑，玻纖與樹脂混制工藝（預混法或 預{TodayHot}浸法，塑料配比等不同則其性能也各不相同。
　　1.1加工特性
　　　⑴流動性 增強料的流動性比一般壓塑料差，流動性過大時易產生樹脂流失與玻 纖分頭聚積。過小則成型壓力及溫度將顯著提高。影響流動性的因素很多，要評定某種料 的流動性，必須按組成作具體分析。影響流動性的因素
　　⑵收縮率增強塑料的收縮率比一般壓塑料小，它主要由 熱收縮及化學結構收縮 組成。影響收縮的因素首先是塑料類種。一般酚醛比環氧、環氧酚醛、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，當加壓時機及成型溫度適當， 固化充分而均勻時則收縮小。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，總 之確定收縮率時應綜合考慮各種因素。
　　　⑶壓縮比 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減小。
　　　　裝料量一般可預先估算，經試壓后再作調整。估算裝料量的方法可由如下四種：
　　　　　①計算法裝料量可按公式（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%--物料揮發物、毛刺等損耗量補償值。
　　②形狀簡化計算法，將復雜形狀塑件簡化成由若干個{HotTag}簡單形狀組成，同時將 尺寸也相應變更，再按簡化形狀進行計算。
　　③比重比較法，當按金屬或其它材料的零件仿制塑件時，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。
　　④注型比較法用樹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。
　　　⑷物料狀態增強料按其玻纖與樹脂混合制成原料的方式可分為如下三種狀態。
　　①預混料是將長達15～30毫米的玻纖與樹脂混合烘干而成，它比容大，流 動性比預浸料好，成型時纖維易受損傷，質量均勻性差，裝料困難，勞動條件差。適用于 壓制中小型、復雜形狀塑料及大量生產時，不宜用于壓制要求高強度的塑件。使用預混料 時要防止料"結"使流動性迅速下降。該料互溶性不良，樹脂與玻纖易分頭聚積。
　　②預浸料是將整束玻纖浸入樹脂，烘干切短而成。它流動性比預混料差， 料束間相溶性差，比容小，玻纖強度損失小，物料質量均勻性良好，裝模時易按塑件形狀 受力狀態進行合理輔料，適用于壓制形狀復雜的高強度塑料。
　　③浸氈料是將切短的纖維均勻地鋪在玻璃布上浸漬樹脂而成的氈狀料，其 性能介于上述兩者之間。適用壓制形狀簡單，厚度變化不大的薄壁大型塑件。
　　　⑸硬化速度及貯存性增強塑料按其硬化速度可分為快速和慢速兩種。快速料固 化快，裝料模溫高，為適用于壓塑小型塑件及大量生產時常用原料。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時，慢速料必須慎重選擇升溫速度，過 快易發生內應力，硬化不勻，填充不良。過慢則降低生產效率。所以模具設計時應預先了 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導致塑 料變質，影響流動性及塑件質量，故試模及生產時都應注意。
　　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
　　　　⑴塑件設計時應注意下列事項。
　　①塑件光潔度可達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。
　　②不易脫模，宜取較大脫模斜度。若不允許取較大脫模斜度時，則塑件徑 向公差宜取大。
　　③塑件宜取回轉體對稱外形，不宜過高。
　　④壁應厚而均勻，避免尖角、缺口、窄槽等形狀，各面應圓弧過渡連接以 防止應力集中、死角滯料，填充不良，物料集聚堵塞流道。
　　⑤孔一般應取通孔，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，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。
　　⑥螺孔比螺紋易成型，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行設計。當塑件 螺紋與其它材料螺紋零件接合時，要考慮其配合張力，螺紋段長度應取最小尺寸。
　　⑦成型壓力大，嵌件應有足夠強度，防止變形損壞，定位必須可靠。
　　⑧收縮小，有方向性，易發生熔接不良，變形、翹曲、縮孔、裂紋及應力 集中，樹脂填料分布不勻。薄壁塑件易碎，不易脫模，大面積塑件易發生波紋及物料聚積。
　　　　⑵模具設計時應注意下列事項：
　　①要便于裝料，有利于物料流動填充型腔。
　　②脫模斜度宜取1°以上。
　　③宜選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、型芯軸線垂直方向作為成型加壓方向。
　　④物料滲入力強，導致飛邊厚不易去除，選擇分型面時應注意飛邊方向。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，上下模可拆成型零件宜取3～4級 滑動配合。
　　⑤收縮率為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。
　　⑥成型壓力大，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。尤其對細長型芯與型腔間空隙較小時更應注意。
　　⑦模具應拋光、淬硬。
　　⑧頂出力大，頂桿應有足夠強度，頂出應均勻，頂桿不宜兼作型芯。
　　⑨快速成型料在成型溫度下即可脫模，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脂及增強材料組成。目前常用的樹脂主要為尼龍、聚苯 乙烯、ABS、AS，聚碳酸酯、線型聚酯、聚乙烯、聚丙烯、聚甲醛等。增強材料一般為無堿 玻璃纖維（有長短兩種，長纖維料一般與粒料長一致為2～3毫米，短纖維料長一般小于0.8 毫米）經表面處理后與樹脂配制而成。玻纖含量應按樹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脂不同，玻纖長度、直徑，有無含堿及表面處 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性能，但也存在一系列缺點：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，工作環境 差及高精度要求的塑件。
　　2.1工藝特性
　　　　⑴流動性差增強料熔融指數比普通料低30%～70%故流動性不良，易發生填充不 良，熔接不良，玻纖分布不勻等弊病。尤其對長纖維料更易發生上述缺陷，并還易損傷纖 維而影響力學性能。
　　　　⑵成型收縮小、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，近進料口處小，遠處大，塑件易發生翹曲、變形。
　　　　⑶脫模不良、磨損大不易脫模，并對模具磨損大，在注射時料流對澆注 系統，型芯等磨損也大。
　　　　⑷易發生氣體成型時由于纖維表面處理劑易揮發成氣體、必須予以排出，不 然易發生熔接不良、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，在成型時應注意下列事項：
　　　　⑴宜用高溫、高壓、高速注射。
　　　　⑵模溫宜取高（對結晶性料應按要求調節），同時應防止樹脂、玻纖分頭聚積， 玻纖外露及局部燒傷。
　　　　⑶保壓補縮應充分。
　　　　⑷塑件冷卻應均勻。
　　　　⑸料溫、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。
　　　　⑹由于增強料剛性好，熱變形溫度高可在較高溫度時脫模，但要注意脫模后均勻冷卻。
　　　　⑺應選用適當的脫模劑。
　　　　⑻宜用螺桿式注射機成型。尤其對長纖維增強料必須用螺桿式注射機加工，如果 沒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表（略）。
　　2.4模具設計注意事項
　　　　⑴塑件形狀及壁厚設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。
　　　　⑵脫模斜度應取大，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則應避免強行脫模，宜采用橫向分型結構。
　　　　⑶澆注系統截面宜大，流程平直而短，以利于纖維均勻分散。
　　　　⑷設計進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 生熔接痕等不良后果。進料口宜取薄片，寬薄，扇形，環形及多點形式進料口以使料流亂流， 玻璃纖維均勻分散，以減少異向性，最好不采用針狀進料口，進料口截面可適當增大，其長度應短。
　　　　⑸模具型芯、型腔應有足夠剛性及強度。
　　　　⑹模具應淬硬，拋光、選用耐磨鋼種，易磨損部位應便于修換。
　　　　⑺頂出應均勻有力，便于換修。
　　　　⑻模具應設有排氣溢料槽，并宜設于易發生熔接痕部位。