塑料模流分析第七章-收缩.pdfVIP

7-2收缩

射出成形塑件从制程温度降到室温，体积收缩率(shrinkage)可以高达20％。

当结晶材料和半结晶材料冷却到玻璃转移温度以下，分子呈现比较规则的方式排

列，并形成结晶，特别容易产生热收缩；不定形材料于相变化时并没有微结构变

化，热收缩比较小。所以结晶材料和半结晶材料在熔融相和固相（结晶）之间的

比容差异比不定形材料的比容差异大，如图7-7所示。此外冷却速率也会影响结

晶材料与半结晶材料的PvT行为。

图7-7不定形与结晶性聚合物之PvT曲线。从制程状态(A点)到常压室温

状态造成比容变化△υ。注意：当压力升高时，比容减小。

塑件产生过量收缩的原因包括射出压力太低、保压时间不足或冷却时间不

足、熔胶温度太高、模具温度太高、保压压力太低，而收缩量与制程参数、肉厚

的关系说明图7-8：

射出成形时，假如没有补偿塑件的体积收缩量，会导致塑件表面凹陷或是内

部的气孔，所以设计模具时必须考虑到塑件收缩问题，塑件收缩率的控制对于塑

件设计、模具设计、制程条件设定非常重要，组合的塑件更是如此。紧接在充填

模穴后进行保压，可以减少／消除凹痕和气孔，以确定塑件尺寸。模流分析软件

可以预测塑件的收缩，提供正确设计模具的指导方针。

图7-8影响塑件收缩的制程与设计参数

7-3翘曲

翘曲(warpage)是塑件未按照设计的形状成形，却发生表面的扭曲，塑件翘曲

导因于成形塑件的不均匀收缩。假如整个塑件有均匀的收缩率，塑件变形就不会

翘曲，而仅仅会缩小尺寸；然而，由于分子链／纤维配向性、模具冷却、塑件设

计、模具设计及成形条件等诸多因素的交互影响，要能达到低收缩或均匀收缩是

一件非常复杂的工作。

塑件因收缩不均而产生翘曲，收缩率变化的原因包括：

塑件内部温度不均匀。

塑件凝固时，沿着肉厚方向的压力差异和冷却速率差异。

塑件尚未完全冷却就顶出，或是顶出销变形，倒勾太深，顶出方式不

当，脱模斜度不当等因素都可能造成塑件翘曲。

塑件肉厚变化导致冷却速率的差异。

塑件具有弯曲或不对称的几何形状。

塑件材料有、无添加填充料的差异。

流动方向和垂直于流动方向之分子链／纤维配向性差异，造成不同的

收缩率。

保压压力的差异（例如浇口处过度保压，远离浇口处却保压不足）。

塑件材料添加填充料与否，会造成收缩的差异，如图7-9所示。当塑件具有

收缩差异，其肉厚方向与流动方向产生不等向收缩，造成的内应力可能使塑件翘

曲。由于强化纤维使塑件的热收缩便小和模数变大，所以添加纤维的热塑性塑料

可以抑制收缩，它沿着添加纤维的排列方向（通常是流动方向）之收缩比横向之

收缩小。同样地，添加粒状填充物的热塑性塑料比无添加物的塑料之收缩率小很

多。另一方面，假如无添加填充材料的塑件具有高度的分子链配向性，则为非等

向性之收缩，它在分子链排列方向有比较大的收缩率。液晶聚合物具有紧密规则

排列的自我强化结构，其收缩倾向于非等向性。

图7-9塑件添加填充料与否，造成不同方向的收缩率差异。

不均匀冷却以及塑件在公模、母模之间肉厚方向的不对称冷却都会导致收缩

差异，如图7-10所示。材料从模壁到中心层发生不均一的冷却与收缩，结果会

在顶出以后造成翘曲。

图7-10塑件翘曲，导因于(a)不均匀冷却；和(b)不对称冷却。

塑件之收缩量随着肉厚增加而增加。不均匀肉厚所造成的收缩差异是无添加

强化填充材料之热塑性塑料塑件发生翘曲的主要原因。更具体地说，塑件剖面肉

厚的变化通常造成冷却速率差异与结晶度差异，结果就造成收缩差异与塑件翘

曲，如图7-11所示。

图7-11低冷却速率区域的高度结晶使塑件产生较大的收缩量

不对称的几何形状会导致冷却不均匀和收缩差异，造成塑件翘曲，例如图

7-12所示，在平板件的一侧加设一排补强肋即为不对称的几何形状。

图7-12塑件带肋一侧冷却较差，导致翘曲。

残留应力也会造成翘曲，加长成形品在模具内的冷却时间可以改善此类翘

曲。不均匀的冷却也会造成翘曲。顶出时成形品温度太高，顶针使成形品翘曲。

另外，当热的成形品掉入集料箱也会造成翘曲。

塑件温度分