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塑料制品開裂分析及處理方法

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塑料制品開裂分析及處理方法

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【摘要】:
塑料制品缺陷表現形式可分為外在缺陷(如表觀、尺寸等)和內部缺陷(如開裂、脆性等)。塑料制品缺陷的本質成因則可歸納為P(力)、V(填充量)、T(溫度)。而塑料制品開裂的終極原因則是由于P(力)引起的。
  1:塑料制品缺陷綜述 
  塑料制品缺陷表現形式可分為外在缺陷(如表觀、尺寸等)和內部缺陷(如開裂、脆性等)。塑料制品缺陷的本質成因則可歸納為P(力)、V(填充量)、T(溫度)。而塑料制品開裂的終極原因則是由于P(力)引起的。 
  2:塑料制品開裂現象 
  脫模開裂:塑料制品從模具脫模出來或在機加工過程中出現開裂;這種開裂產生的原因和后果比較容易預估到。 
  應用開裂:塑料制品在后置一段時間或使用過程中出現開裂。這種開裂往往是比較難預測到的,產生的后果可能是致命的。如前一段時間出現的3G iPhone 手機白色版后蓋開裂現象,給蘋果帶來大麻煩。(電池加熱升溫導致后蓋塑料熱脹冷縮不均衡引起的) 
  3:制品開裂成因分析 
  不管什么塑料制品,最終開裂本質原因是受力(內應力、外部力等)引起的。由此必須深入了解力的來源。目前一些客戶在塑料選擇上出現一些誤區,造成大量塑料產品開裂。 
  現將一些典型案例進行分析: 
  3.1 圓孔型連接器(代表成型中空制品) 
  選材背景:聚苯硫醚PPS GF30/GF40 可以成型小型圓孔,沒有任何開裂現象。在開發大圓孔徑系列連接器,再次選用全球多家知名廠家PPS GF30/GF40 材料。 
  加工結果:制品開裂非常嚴重,有些脫模開裂、有些屬于應用開裂。不同廠家同類型含量的PPS 均存在制品開裂問題。相關工程師和材料廠商起初確認是塑料沖擊強度不夠,但同時發現沖擊強度比PPS GF30/40 低的PA6 和PC 材料則反而不開裂。選用一些知名廠家提供的高抗沖擊型PPS GF40 材料后,開裂問題仍然存在。(見圖1) 
  原因分析:由于成型塑料圓孔的模具型芯采用硬質合金材料,金屬材料導熱和散熱能力較強,而一般塑料材料散熱能力則較弱。金屬材料和塑料接觸不可避免產生收縮相差較大情況,塑料產品不同部位溫度也有較大差別;對于延展性能(斷 裂伸長率)不好的塑料無疑會產生斷裂現象。 
  3.2 中空管材制品(代表塑料型材機加工) 
  選材背景:考慮到提高強度,將此前使用PEEK 的產品改為PEEK GF30 和PPSGF40。由于產品成中空長管狀(壁厚5mm),使用PEEK GF3 和PPS GF40 棒材(Φ95)進行機加工。 
  加工結果:制品有個別開裂現象,基本屬于應用開裂。出現斷裂問題處上是處壁厚到壁薄的過渡處。但選用純的PEEK、PP、PC、PEI 等棒材進行加工則沒有出現開裂。(見圖2)
  原因分析:塑料切屑處易局部升溫(塑料傳熱慢),導致會導致產生更多殘余應力;同時產品管徑較大,塑料具有后收縮不均衡特點。 
  4:塑料制品開裂預防 
  改善塑料制品開裂的途徑國內外同行總結出很多寶貴的經驗,現從塑料材料選擇角度來探討如何有效解決塑料制品開裂。 
  在產品選材方面,應該充分考慮塑料材料的成型方式、部件結構、傳熱方式等實際工藝操作問題;對于一些中空結構,應該充分考慮壁厚、中空尺寸大小等。如壁薄、空芯大的部件應該盡量選用延展性好(斷裂伸長率高)、傳熱性好的塑料,而選用塑料棒材加工成管材則要充分考慮到塑料熱平衡問題,盡可能選擇延展性好塑料棒材,對于一些延展性不好的塑料管材,盡可能避免選用棒材加工成管材(一般出廠管材已進行殘余應力熱處理)。對于一些延展性不好的塑料,采用塑料管材和塑料棒材的效果是不一樣的。 
  滿足開裂條件: 
  l/h?Ψ≥ ξ 
  μ—經驗工藝系數、h—制品壁厚、l—中空周長、?—塑料收縮率、Ψ—塑料導熱系數、ξ—斷裂伸長率 
  5.結語 
  預防塑料制品的開裂最困難的一點就是如何防止塑料制品不同部位的明顯熱平衡,而使用碳纖維或合金填充的塑料,由于傳熱導能力較強,故開裂的幾率比較小。從塑料材料角度考慮,制品開裂涉及到制品壁厚、制品中空容積、塑料延展性等。
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