基础知识之增强塑料的成型

进一步改善热固性及热塑性塑料的力学性能。常在塑料中加入玻璃纤维(简称玻纤)，滑石粉、云母、碳酸钙、高岭土、碳纤维等作为增强材料，以树脂为母体及粘结剂而组成新型复合材料，称为增强塑料（如环氧树脂为母体树脂塑料的增强塑料又称为玻璃钢）。
　　由于塑料混用玻璃纤维的品种、长度、含量等不同，其工艺性及物性也各不相同。下面主要介绍模塑用的热固性增强塑料及注射用的热塑性增强塑料。

1、热固性增强塑料
　　热固性增强塑料是由树脂、增强材料、助剂等组成。其中树脂作为母体和粘结剂，它要求有良好的流动性、适宜的固化速度、副产物少，易调节粘度和良好的相溶性，并需满足塑件及成型要求。增强材料起骨架作用，其品种规格繁多，但常用玻璃纤维，一般用量为 60%、长度为15～20毫米。助剂包括调节粘度的稀释剂（用以改进玻纤与树脂的粘结）、用以调节树脂-纤维界面状态的玻纤表面处理剂、用以改进流动性，降低收缩，提高光泽度及耐磨性等用的填料和着色剂等。由于选用的树脂，玻纤的品种规格（长度、直径，无碱或含碱，支数，股数，加捻或无捻），表面处理剂，玻纤与树脂混制工艺（预混法或预浸法，塑料配比等不同则其性能也各不相同。
　　1.1加工特性
　　　⑴流动性增强料的流动性比一般压塑料差，流动性过大时易产生树脂流失与玻纤分头聚积。过小则成型压力及温度将显著提高。影响流动性的因素很多，要评定某种料的流动性，必须按组成作具体分析。影响流动性的因素
　　⑵收缩率增强塑料的收缩率比一般压塑料小，它主要由热收缩及化学结构收缩组成。影响收缩的因素首先是塑料类种。一般酚醛比环氧、环氧酚醛、不饱和聚酯等要大，其中不饱和聚酯料收缩最小。其它影响收缩的因素是塑件形状及壁厚，厚壁则收缩大，塑料中含填料及玻纤量大则收缩小，挥发物含量大则收缩也大，成型压力大，装料量大则收缩小，热脱模比冷脱模的收缩大，固化不足收缩大，当加压时机及成型温度适当，固化充分而均匀时则收缩小。同一塑件其不同部位的收缩也各不相同，尤其对薄壁塑件更为突出。一般收缩率为0～0.3%，以0.1%～0.2%的居多，收缩大小还与模具结构有关，总之确定收缩率时应综合考虑各种因素。
　　　⑶压缩比增强料的比容，压缩比都较一般压塑料大，预混料则更大，因此在模具设计时需取较大的装料室，另外向模内装料也较困难，尤其预混料更为不便，但如采用料坯预成型工艺则压缩比就可显著减小。
　　　　装料量一般可预先估算，经试压后再作调整。估算装料量的方法可由如下四种：
　　　　　①计算法装料量可按公式（1-1）计算：
　　　　　　　A = V ?G[1 (3%～5%)] （1-1）
　　　　　　式中:A--装料量（克）；
　　　　　　　　V--塑件体积（厘米3）；
　　　　　　　　G--所用塑料比重（克/厘米3）；
　　　　　　　　3%～5%--物料挥发物、毛刺等损耗量补偿值。
　　②形状简化计算法，将复杂形状塑件简化成由若干个简单形状组成，同时将尺寸也相应变更，再按简化形状进行计算。
　　③比重比较法，当按金属或其它材料的零件仿制塑件时，则可将原零件的材料比重与所选用的增强塑料比重之比及原零件重量求得装料量。
　　④注型比较法用树脂或石蜡等浇注型材料注入模具型腔成型后再以此零件按比重比较法求得装料量。
　　　⑷物料状态增强料按其玻纤与树脂混合制成原料的方式可分为如下三种状态。
　　①预混料是将长达15～30毫米的玻纤与树脂混合烘干而成，它比容大，流动性比预浸料好，成型时纤维易受损伤，质量均匀性差，装料困难，劳动条件差。适用于压制中小型、复杂形状塑料及大量生产时，不宜用于压制要求高强度的塑件。使用预混料时要防止料"结"使流动性迅速下降。该料互溶性不良，树脂与玻纤易分头聚积。
　　②预浸料是将整束玻纤浸入树脂，烘干切短而成。它流动性比预混料差，料束间相溶性差，比容小，玻纤强度损失小，物料质量均匀性良好，装模时易按塑件形状受力状态进行合理辅料，适用于压制形状复杂的高强度塑料。
　　③浸毡料是将切短的纤维均匀地铺在玻璃布上浸渍树脂而成的毡状料，其性能介于上述两者之间。适用压制形状简单，厚度变化不大的薄壁大型塑件。
　　　⑸硬化速度及贮存性增强塑料按其硬化速度可分为快速和慢速两种。快速料固化快，装料模温高，为适用于压塑小型塑件及大量生产时常用原料。慢速料适用于压制大型塑件，形状复杂或有特殊性能要求及小批量生产时，慢速料必须慎重选择升温速度，过快易发生内应力，硬化不匀，填充不良。过慢则降低生产效率。所以模具设计时应预先了解所用料的性能和要求。
　　各种料都有其允许贮存期及贮存条件。凡超期或贮存条件不良者都会导致塑料变质，影响流动性及塑件质量，故试模及生产时都应注意。
　　1.2成型条件（略）
　　　　热固性增强塑料的成型条件
　　1.3塑件及模具设计注意事项
　　　　⑴塑件设计时应注意下列事项。
　　①塑件光洁度可达7～ 9，精度一般宜取3～5级，但沿压制方向的精度不易保证，宜取自由公差。
　　②不易脱模，宜取较大脱模斜度。若不允许取较大脱模斜度时，则塑件径向公差宜取大。
　　③塑件宜取回转体对称外形，不宜过高。
　　④壁应厚而均匀，避免尖角、缺口、窄槽等形状，各面应圆弧过渡连接以防止应力集中、死角滞料，填充不良，物料集聚堵塞流道。
　　⑤孔一般应取通孔，避免用Φ5毫米以下的盲孔，盲孔底部应成半球面或圆锥面以利物料流动，孔径及深度比一般为1∶2～1∶3，大型塑件尽量不设计小孔，孔间距、孔边距宜取大，大密度排列的小孔不宜模压成型。
　　⑥螺孔比螺纹易成型，M6以下螺纹不宜成型，齿形宜用半圆形及梯形，其圆角半径应大于0.3毫米，并应注意半角公差，可以参照一般塑制的螺纹进行设计。当塑件螺纹与其它材料螺纹零件接合时，要考虑其配合张力，螺纹段长度应取最小尺寸。
　　⑦成型压力大，嵌件应有足够强度，防止变形损坏，定位必须可靠。
　　⑧收缩小，有方向性，易发生熔接不良，变形、翘曲、缩孔、裂纹及应力集中，树脂填料分布不匀。薄壁塑件易碎，不易脱模，大面积塑件易发生波纹及物料聚积。
　　　　⑵模具设计时应注意下列事项：
　　①要便于装料，有利于物料流动填充型腔。
　　②脱模斜度宜取1?以上。
　　③宜选塑件投影面大的方向作为成型加压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、型芯轴线垂直方向作为成型加压方向。
　　④物料渗入力强，导致飞边厚不易去除，选择分型面时应注意飞边方向。上下模及并镶件宜取整体结构，组合结构装配间隙不宜取大，上下模可拆成型零件宜取3～4级滑动配合。
　　⑤收缩率为0～0.3%，一般取0.1～0.2%，物料体积一般取塑件体积的2～3倍。
　　⑥成型压力大，物料渗挤力大。模具型芯嵌件应有足够强度、防止变形、位移与损坏。尤其对细长型芯与型腔间空隙较小时更应注意。
　　⑦模具应抛光、淬硬。
　　⑧顶出力大，顶杆应有足够强度，顶出应均匀，顶杆不宜兼作型芯。
　　⑨快速成型料在成型温度下即可脱模，慢速成型料模具应设有加热及强迫冷却措施。