塑料收缩性改性配方的设计方法

2023-06-26 理论教育版权反馈

【摘要】：塑料的收缩率是指塑料制件在成型温度下尺寸与从模具中取出冷却至室温后尺寸之差的百分比。影响塑料收缩率的因素有：塑料品种、成型条件、模具结构等。收缩率最大的为氟类塑料，最高可以达到6%左右；收缩率次大者为低密度聚乙烯，收缩率最大可以达到5%。以PP树脂为例，其收缩率范围为1.8%～2.5%。晶须增强塑料的收缩率比玻璃纤维增强塑料更低。进行表面处理的填料，对收缩率影响效果更大。

塑料的收缩率是指塑料制件在成型温度下尺寸与从模具中取出冷却至室温后尺寸之差的百分比。它反映的是塑料制件从模具中取出冷却后尺寸缩减的程度。影响塑料收缩率的因素有：塑料品种、成型条件、模具结构等。不同的高分子材料的收缩率各不相同。其次塑料的收缩率还与塑件的形状、内部结构的复杂程度、是否有嵌件等有很大的关系。

（一）影响塑料收缩率具体因素

（1）原料品种

不同原材料的热膨胀系数不同，因此在冷热加工过程中的热胀冷缩尺寸变化幅度不同，具体见表2-2所示。

表2-2 不同原料的收缩率

从表2-2中可以看出，热塑性能塑料品种以40%增强的PPS收缩率最低，热固性塑料以环氧树脂的收缩率最低，收缩率都为0.2%。收缩率最大的为氟类塑料，最高可以达到6%左右；收缩率次大者为低密度聚乙烯，收缩率最大可以达到5%。

（2）原料的结晶度

同一种原料结晶度不同，其收缩率大小不同，结晶度越小，收缩率也越小。在众多影响因素中，树脂的结晶度大小对收缩率影响最大。

（3）原料的相对分子质量

同一种原料相对分子质量越大，其收缩率越小。以PP为例，不同熔体流动指数的树脂收缩率大小完全不同，具体见表2-3所示。

表2-3 不同熔体流动指数PP对应的收缩率

（4）原料的改性

树脂中添加其他树脂、弹性体、填料后，收缩率下降。以PP树脂为例，其收缩率范围为1.8%～2.5%。而且随着相对分子质量越小，其收缩率越大。这在熔融加工过程中，极大地影响了其制品的成型精度。为此，世界各大公司都积极研究在保证树脂性能的条件下，降低树脂的自身收缩率，如巴塞尔开发出收缩率仅为1%的牌号为Hifax CA207A的低收缩率PP。

① 成型温度不变，注射压力增大，收缩率减小；

② 保压压力增大，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。

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 塑件长度方向的尺寸比厚度方向尺寸的收缩率小；

⑤ 内孔收缩率大，外形收缩率小。

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。

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。

（二）降低树脂收缩率最有效的办法

当然，降低树脂收缩率最有效的方法为各类改性技术，具体见下述。

纤维包括各类无机纤维和有机纤维。以短玻璃纤维增强为例，在PP树脂中加入不同含量的玻璃纤维，其收缩率如表2-4所示。

表2-4 不同含量玻璃纤维增强PP的收缩率

长玻璃纤维增强塑料的优点为收缩率更低，而且纵横向收缩率小且一致。

晶须增强塑料的收缩率比玻璃纤维增强塑料更低。例如玻璃纤维与硫酸钙晶须增强PP和ABS材料收缩率的比较如表2-5所示。

表2-5 玻璃纤维与硫酸钙晶须增强PP和ABS材料的收缩率比较

具体如滑石粉、碳酸钙、硫酸钡、云母粉、硅灰石及蒙脱土等。

（1）填料的形状

不同品种无机填料的形状不同，对收缩率的影响效果不同，具体影响大小顺序为片状＞针状＞颗粒＞球状，例如片状的蒙脱土和云母对复合材料收缩率的降低就很明显。例如，在PP中加入相同含量的各类填料其对PP收缩率的影响见表2-6所示。

表2-6 不同品种填料对PP收缩率的影响单位：%

再如在PP（HHP10）中加入20%不同形状的填料，复合材料的收缩率见表2-7所示。

表2-7 不同形状填料对复合PP（20%填料+8%POE）的收缩率

（2）填料的粒度

同一种填料的粒度不同，对收缩率的影响效果也不同，粒度越小，对收缩率的影响就越大。以滑石粉填充PP（20%滑石粉+8%POE）为例，不同粒度滑石粉对收缩率的影响见表2-8所示。

表2-8 不同粒度滑石粉对PP复合材料收缩率的影响

（3）填料的处理

同一种填料，在与树脂复合时是否进行表面处理，对收缩率的影响效果也不同。进行表面处理的填料，对收缩率影响效果更大。例如以10%含量滑石粉填充ABS为例，具体效果见表2-9所示。

表2-9 是否表面处理对滑石粉/ABS复合材料收缩率的影响

（4）填料的用量

同一种填料添加量不同对收缩率的影响也不同，添加量越大收缩率的下降越大。以PP填充为例，滑石粉不同填充量对收缩率的影响见表2-10所示。

表2-10 1250目滑石粉不同含量对PP复合材料收缩率的影响单位：%

（1）添加降低结晶助剂

常用的降低结晶助剂为小分子化合物，加入后在熔融状态时破损了大分子的规则性、阻碍大分子的运动，从而达到降低结晶的目的。如一种市场上提供的有机降结晶剂A，外观为黄白色粉末，熔点为60℃左右，在PP中加入0.5%～1%即可。又如一种市场上提供的无机降结晶剂B，外观为白色粉末，pH为8，白度95%，在PP中加入0.5%～1%即可。

（2）添加其他树脂

在PP中共混少量的LDPE、HDPE，可以大大破坏PP加工中的结晶。也可以添加如PS、ABS、PMMA、PC等非结晶树脂，同样可以起到降低结晶的作用。

具体举例为UP树脂中加入其他树脂，可以大大降低制品收缩率：第一代添加PS、PE，收缩率0.2%～0.4%；第二代添加PMMA，收缩率0.05%；第三代添加PVAC，收缩率0.03%。

另外，以在PP中加入PE树脂为例，不同含量PE对PP收缩率的影响见表2-11所示。

表2-11 不同含量PE对PP收缩率的影响单位：%

从表中可以看出，添加其他树脂对收缩率的影响远远小于填充纤维和无机填料的影响，一般只有玻璃纤维增强PP对收缩率影响幅度的50%左右。

弹性体具体包括POE、EPDM、SBS等，各类弹性体对塑料收缩率的影响接近，具体见表2-12所示。

表2-12 各类不同含量弹性体对PP收缩率的影响单位：%

从表2-12中可以看出，在弹性体含量低于5%以下时，各类弹性体对PP收缩率的影响基本相同。只是弹性体含量超过5%以后，不同弹性体品种的影响程度出现分歧，对收缩率影响大小的顺序为POE＞EPDM＞SBS，与弹性体对PP的增韧效果一致。

在PP中采用无机填料与弹性体混合加入，收缩率下降效果更好。在滑石粉含量为20%时，不同含量的POE对PP收缩率的影响见表2-13所示。

表2-13 不同POE含量对20%滑石粉填充PP收缩率的影响单位：%

以PP树脂为例，接枝改性后可以降低结晶度，从而达到降低收缩率的目的。