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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。

非圆截面构件扭转时,原来为平面的横截面不再保持为平面,产生翘曲变形,即构件在扭矩作用下,截面上各点沿杆轴方向产生位移。如果扭转时轴向位移不受任何约束,截面可自由翘曲变形,称为自由扭转。自由扭转时,各截面的翘曲变形相同,纵向纤维保持直线且长度保持不变,截面上只有剪应力,没有纵向正应力

由于支承条件或外力作用方式使构件扭转时截面的翘曲受到约束,称为约束扭转。约束扭转时,构件产生弯曲变形,截面上将产生纵向正应力,称为翘曲正应力。同时还必然产生与翘曲正应力保持平衡的翘曲剪应力。 

塑件因收缩不均而产生翘曲 [1] ,收缩率变化的原因包括:

1.塑件内部温度不均匀。

2.塑件凝固时,沿着肉厚方向的压力差异和冷却速率差异。

3.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。

4.塑件肉厚变化导致冷却速率的差异。

5.塑件具有弯曲或不对称的几何形状。

6.塑件材料有、无添加填充料的差异。

7.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。

8.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。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变小和模数变大,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。

注塑件的翘曲、变形是很棘手的问题,主要应从模具的设计方面着手解决,而成型条件的调整效果则是很有限的,翘曲变形的原因及解决方法 [2] 可以参照以下各项:

1)由成型条件引起残余应力造成变形时,可通过降低注射压力,提高模具温度并使模具温度均匀及提高树脂温度或采用退火方法予以消除应力。

2)脱模不良引起应力时,可通过增加推杆数量或面积、设置脱模斜度等方法加以解决。

3)由于冷却方法不合适,使冷却不均匀或冷却时间不足时,可调整冷却方法及延长冷却时间等。例如,尽可能地在贴近变形的地方设置冷却回路。

4)对于成型收缩引起的变形,就必须修正模具的设计了,其中,最重要的是应注意使制品的壁厚一致。有时,再不得已的情况下,只好测量制品的变形,按相反的方向修正模具,加以校正。一般结晶性树比非结晶性树脂(如PMMA,PVC,PS,ABS,AS)的变形大。另外,由于玻璃纤维增强树脂具有纤维配向性,变形也大。

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