ABS注塑件應力開裂原因及解決措施
摘要針對(丙烯腈/丁二烯/苯乙烯)共聚物(ABS)注塑件在使用中經常出現放射狀裂紋,從而造成制件報廢的問題。人們在分析原因時往往只考慮成型工藝的影響,而忽視使用環境的影響。通過試驗找到了ABS注塑件使用中產生的裂紋是因乙酸、油漆稀料等造成的外應力釋放所致,并提出了ABS注塑件設計、制造、裝配及使用的正確操作方法,為ABS注塑件的安全使用提供了科學依據。
(丙烯腈/丁二烯/苯乙烯)共聚物(ABS)樹脂經共混改性后,形成了多種不同的牌號,其成型方法有注射、擠出、吸塑等,其中注射成型是主要的成型加工方法。注射成型主要有可成型復雜、尺寸精密的制件,易于實現自動化,操作簡單等優點,但也存在注塑件會出現各種各樣質量問題的缺點。ABS注塑件質量分為內部質量和外部質量兩方面的內容。內部質量包括制件內部的材料組織結構形態,制件的密度、強度、應力等;外部質量即為制件表面質量,常見的有欠注(未注滿)、分型線明顯(跑料)、凹陷(塌坑或縮痕)、變色(分解紋)、暗紋(黑印)、熔接痕(合料紋)、銀絲(水紋)、剝層(起皮)、流動痕(水波紋)、噴射流(蛇行紋)、變形(翹曲、扭曲)、光潔程度差(劃傷、劃痕)、龜裂(裂紋)、無光澤(不亮)、氣泡(空洞或中空)、白化(有白印)等。影響ABS注塑件質量問題的因素很多,其中應力開裂是常見的致命缺陷之一,嚴重阻礙了ABS注塑件的應用。
1、ABS注塑件應力開裂原因分析
1. 1 應力分類及產生過程聚合物受力后,內部會產生與外力相平衡的內力,單位面積上的內力即稱為應力。根據形成的原因應力可分為內應力和外應力。內應力包括主動應力和誘發應力兩種類型。主動應力是與外力(注塑壓力、保壓壓力等)相平衡的內力,故也稱為成型應力。
成型應力的大小取決于聚合物的大分子結構、鏈段的剛性、熔體的流變學性質及制件形狀的復雜程度和壁厚大小等許多因素。成型應力值過大,很容易使制件發生應力開裂和熔體破裂等成型缺陷。誘發應力的形成原因很多,諸如塑料熔體或注塑件內部溫差或收縮不均勻引起的內力;制件脫模時因為模腔壓力和外界壓力的差值所引起的內力;
塑料熔體因為流動取向引起的內力等。顯然,誘發應力一般都無法與外力平衡,并且很容易保留在冷卻后的制件內部,成為殘余應力,從而對制件質量產生影響。外應力主要指注塑件使用中因受到外力的作用而產生的應變力。對于塑料結構件,使用中往往與金屬固定件連接,為達到緊固、牢靠,從而使制件受到較大的剪切、擠壓,制件內部必然產生與外力相平衡的內力。
應力在注射過程中對制件質量的影響從理論上講,當聚合物注射充模后,如能在保壓壓力作用下以極其緩慢的冷卻速率固化,則聚合物大分子在模腔內就有充分的時間進行變形和重排,從而可使變形量逐漸與注塑壓力和保壓壓力的作用達到平衡,脫模后制件中無殘余應力,尺寸和形狀穩定。然而,在實際生產中,出于對生產率的要求,上述方法幾乎是不可能的。即使生產中采用緩冷措施,所得到的冷卻速率對于大分子的變形和重排來講,仍然非常劇烈。
故充模后的聚合物在保壓壓力作用下冷卻固化時,大分子只能簡單地按照模腔形狀堆積在一起,而沒有時間進行趨向于穩定狀態的排列。所以,變形量與注塑壓力和保壓壓力的作用不相適應,脫模后制件內仍將存在較大的殘余應力。大分子還將隨時間的延長繼續進行變形和重排,以便和成型時的應力作用結果相適應(消除殘余應力)。帶有較大殘余應力的制件經常會在不大的外力或溶劑作用下脆化開裂,即應力開裂。
應力開裂是注塑件常出現的質量問題之一,尤其是在氣候溫差變化較大的北方地區,應力開裂現象更為突出。裂紋多出現在制件的澆口、棱邊、熔接痕等應力較集中的部位。另外,由于應力的作用,制件還常出現變形、翹曲、扭曲等缺陷。內應力從成型工藝上采取相應的措施,一般都可以使之降低到較低的限度。外應力往往容易被人們忽略,以致于把注塑件的開裂完全歸結于成型過程中產生的應力,使質量問題無法從根本上得到解決。
2、影響ABS注塑件應力的因素分析
影響ABS注塑件應力的因素主要有樹脂的質量、成型條件、制件和模具設計的合理性、制件的使用環境和過程等。樹脂的質量對制件的應力影響很大。揮發物多,分子量分布寬,制件應力就大。
成型條件的影響因素主要有材料中的水分、料筒溫度、注塑壓力、保壓時間、模具溫度等。ABS樹脂成型前必須干燥,干燥程度越高,對降低內應力越明顯。提高料筒溫度,可以降低熔體粘度,有利于解除分子取向,降低應力,但過高的料筒溫度易使樹脂分解,反而增大了制件應力,所以料筒溫度應適宜。提高注塑壓力或延長保壓時間,會增加分子取向應力,但有利于降低收縮應力。模具溫度提高會降低應力,但會使成型周期延長,增加了樹脂分解的可能。
制件和模具結構主要包括制件厚度、轉角過渡、進料方式等。如澆口位置、冷卻管道的位置會對制件的成型質量有較大影響。增加制件壁厚會降低分子取向應力,但使收縮應力增加。制件轉角處用圓弧過渡,可避免應力集中。
制件的使用環境主要包括受力情況、是否接觸溶劑等。制件裝配中與金屬組合,應控制裝配扭矩,過大的扭矩易使ABS注塑件在組合處產生較大應力。易使ABS注塑件應力開裂的溶劑或溶劑氣體環境應避免接觸。
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