常見塑料制品開裂的原因淺析及檢測方法簡述.doc

常見塑料制品開裂的原因淺析及檢測方法簡述引言 工程塑料因?yàn)槠鋬?yōu)異的特性高強(qiáng)度、耐熱、耐沖擊、抗老化等而被廣泛應(yīng)用于工業(yè)零件及各種外殼制造上。但在制造或使用過程中，塑料制品很有可能被釘螺絲或涂膠水，這樣的處理常常會(huì)誘發(fā)塑料制品的應(yīng)力開裂，致使次品率很高。而開裂是塑料制品經(jīng)常出現(xiàn)的致命缺陷，包括制作表面絲狀裂紋、微裂、頂白、開裂及因制件粘模、流道粘模而造成的創(chuàng)傷。引起開裂的原因涉及模具、成型工藝、塑料材料、環(huán)境應(yīng)力等方面。開裂原因淺析及改進(jìn)建議 不同的開裂原因會(huì)導(dǎo)致不同的開裂類型，如果按照開裂的時(shí)間分類，塑料制品開裂現(xiàn)象通常有兩種情況：（一）脫模開裂，塑料制品從模具脫出或在機(jī)器加工過程中出現(xiàn)開裂，這種開裂原因和后果比較容易預(yù)估；（二）應(yīng)用開裂，塑料制品在放置一段時(shí)間后或使用過程中出現(xiàn)開裂，這種開裂往往難以預(yù)測，且產(chǎn)生的后果可能是毀滅性的。 以下主要從塑料材料的選擇和環(huán)境應(yīng)力的角度出發(fā)，結(jié)合以上兩種開裂類型簡單闡述開裂原因及改進(jìn)建議。1. 材料類型所致開裂的原因分析及改進(jìn)建議 下面通過兩個(gè)案例，從選材背景及加工后出現(xiàn)的問題來分析材料選擇對產(chǎn)品開裂可能造成的影響。1.1 圓孔性連接器（代表成型中空制品） 一直以來，客戶在生產(chǎn)成型小型圓孔時(shí)，選擇的都是聚苯硫醚PPS GF30/GF40這種材料，器件沒有出現(xiàn)任何開裂現(xiàn)象。在開發(fā)大圓孔徑系列連接器時(shí)，客戶再次選用全球多家知名廠家的PPS GF30/GF40材料。加工的結(jié)果是制品開裂非常嚴(yán)重，有些屬于脫模開裂，有些屬于應(yīng)用開裂，而且不同廠家同類型含量的PPS均存在制品開裂問題?？蛻艉筒牧蠌S商起初懷疑是塑料沖擊強(qiáng)度不夠，但同時(shí)發(fā)現(xiàn)沖擊強(qiáng)度比PPS GF30/GF40低的PA6和PC材料卻反而不開裂。在選用一些知名廠家提供的高抗沖擊性PPS GF40材料后，開裂問題依然存在（圖1）。 根據(jù)客戶提供的信息，我們分析，很可能是由于成型塑料圓孔的模具型芯采用的是硬質(zhì)合金材料。金屬材料導(dǎo)熱和散熱能力較強(qiáng)，而一般塑料材料散熱能力較弱，金屬材料和塑料擠出時(shí)不可避免會(huì)產(chǎn)生收縮相差較大的情況，塑料產(chǎn)品不同部位溫度也有較大差別，對于延展性不好（斷裂伸長率偏?。┑乃芰?，無疑會(huì)發(fā)生斷裂的現(xiàn)象。圖11.2中空管材制品（代表塑料型材機(jī)加工） 某客戶考慮到要提高產(chǎn)品強(qiáng)度，將此前使用的PEEK的材料改為PEEK GF30和PPS GF40，由于產(chǎn)品呈中空長管狀（壁厚5mm）,于是使用PEEK GF30和PPS GF40棒材（95）進(jìn)行機(jī)加工。加工的結(jié)果是制品有個(gè)別開裂現(xiàn)象，基本屬于應(yīng)用開裂。出現(xiàn)斷裂處是壁厚到壁薄的過渡處。但選用純的PEEK 、PP、 PC 、PEI等棒材加工則沒有出現(xiàn)開裂。（圖2） 根據(jù)以上信息，我們初步推測塑料切屑處易局部升溫（塑料傳熱慢），從而導(dǎo)致更多殘余應(yīng)力；同時(shí)產(chǎn)品管徑較大，塑料具有后收縮不均衡的特點(diǎn)。圖2 綜合以上兩個(gè)案例可以看出，在產(chǎn)品選材方面，應(yīng)該充分考慮塑料材料的成型方式、部件結(jié)構(gòu)、傳熱方式等實(shí)際工藝操作問題；對于一些中空結(jié)構(gòu)，應(yīng)該充分考慮壁厚、中空尺寸太小等，如壁薄、空芯大的部件應(yīng)該盡量選用延展性好（斷裂伸長率大）、傳熱性好的塑料，而選用塑料棒材加工成管材時(shí)則要充分考慮塑料熱平衡問題，盡可能選擇延展性好的塑料棒材，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(jìn)行殘余應(yīng)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。2環(huán)境應(yīng)力所致開裂的原因分析及改進(jìn)建議 原料為GP-22型ABS+高濃度黑色母粒的塑料件從模具中拿出時(shí)完好無缺，空氣中放置2到3天后，部分零件中銅嵌件周圍出現(xiàn)垂直裂紋，有的甚至已完全裂開。因?yàn)樗芰霞诔尚瓦^程中未出現(xiàn)任何問題，說明問題不在于成型設(shè)備及工藝，經(jīng)初步分析確認(rèn)，問題主要由環(huán)境應(yīng)力開裂引起，引起環(huán)境應(yīng)力開裂的原因可能有以下幾個(gè)方面。2.1原料方面 （1）原料混有其它雜質(zhì)或摻雜不適當(dāng)?shù)幕蜻^量的溶劑或其它添加劑。環(huán)境應(yīng)力開裂是聚烯烴類塑料的特有現(xiàn)象，它是指當(dāng)制品存在應(yīng)力時(shí)，與某些活性介質(zhì)接觸，會(huì)出現(xiàn)脆性裂紋，最終可能導(dǎo)致制品破壞。這些活性物質(zhì)可以是洗滌劑、皂類、水、油、酸、堿、鹽及對材料并無顯著溶脹作用的有機(jī)溶劑。環(huán)境應(yīng)力開裂的必要條件是試樣或零件內(nèi)存在應(yīng)力，并存在某種應(yīng)力集中因素如缺口、表面劃傷等。而ABS里含有聚烯烴成分，且原料里含的雜質(zhì)或溶劑間接提供了這些活性物質(zhì)，當(dāng)ABS塑料件在儲(chǔ)存的過程中由于種種偶然因素致表面出現(xiàn)缺口或劃傷時(shí)，就會(huì)導(dǎo)致裂紋。 （2）有些塑料如ABS等，在受潮狀況下加熱會(huì)與水汽發(fā)生催化裂化反應(yīng)，使制件發(fā)生大的應(yīng)變從而開裂。 （3）塑料在機(jī)筒內(nèi)加熱時(shí)間太長，也會(huì)促使制件脆裂。2.2制品設(shè)計(jì)方面 像聚苯乙烯及含有此成分的塑料應(yīng)盡量少用金屬嵌件，因?yàn)檫@些塑料脆性的冷熱比容大。如果為了裝配和強(qiáng)度的要求必須加入嵌件，比如嵌件由金屬銅制成，而金屬銅嵌件冷卻時(shí)尺寸變化與塑料ABS的熱收縮值相差很大，致使嵌件周圍產(chǎn)生較大的內(nèi)應(yīng)力，于是造成了制品的開裂。具體改進(jìn)措施如下： （1）更換嵌件所用材料，使嵌件與ABS制品線膨脹系數(shù)應(yīng)盡可能接近； （2）加大嵌件各尖角部位的圓角，圓角太小可能引起產(chǎn)品應(yīng)力集中，導(dǎo)致產(chǎn)品開裂； （3）加大嵌件周圍塑料層的厚度。2.3嵌件的預(yù)熱方面 在帶有嵌件的塑料制品中，嵌件的周圍易出現(xiàn)裂紋或?qū)е轮破窂?qiáng)度下降，這是由金屬嵌件與塑料的熱性能和收縮率差別較大引起。因此，在設(shè)計(jì)制件時(shí)，應(yīng)加大嵌件周圍的壁厚，借以克服這種困難，成型前對金屬嵌件進(jìn)行預(yù)熱也是一項(xiàng)有效措施。因?yàn)轭A(yù)熱后可減少熔料與嵌件的溫度差，在成型中可以使嵌件周圍的熔料冷卻較慢，收縮比較均勻，發(fā)生一定的熱料補(bǔ)縮作用，可防止嵌件周圍產(chǎn)生過大的內(nèi)應(yīng)力。2.4退火處理方面 由于塑料在料筒內(nèi)塑化不均勻或在模腔內(nèi)冷卻速度不同，因此常會(huì)產(chǎn)生不均的結(jié)晶、定向和收縮，致使制品存有內(nèi)應(yīng)力，這在生產(chǎn)厚壁或帶金屬嵌件的制品時(shí)更為突出。存有內(nèi)應(yīng)力的制件在貯存和使用中常會(huì)出現(xiàn)力學(xué)性能下降，光學(xué)性能變壞，表面有銀紋，甚至變形開裂。生產(chǎn)中解決這些問題的辦法是對制件進(jìn)行退火處理。高分子材料測試 在衡量塑料等高分子材料的性能方面，通常進(jìn)行的測試項(xiàng)目有：物理性能拉伸/延伸率，彎曲強(qiáng)度/模量，沖擊強(qiáng)度，硬度，壓縮強(qiáng)度/模量，吸水率，低溫脆化溫度，熔融指數(shù)，熱變形/維卡軟化點(diǎn)溫度等熱性能DSC分析（熔