ABS注塑件應(yīng)力開裂原因及解決措施

1、ABS 注塑件應(yīng)力開裂原因及解決措施?（丙烯腈/ 丁二烯/苯乙烯）共聚物（ABS樹脂經(jīng)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(fù)雜、尺寸精密的制件，易于實(shí)現(xiàn)自動化， 操作簡單等優(yōu)點(diǎn)，但也存在注塑件會出現(xiàn)各種各樣質(zhì)量問題的缺點(diǎn)。ABS注塑件 質(zhì)量分為內(nèi)部質(zhì)量和外部質(zhì)量兩方面的內(nèi)容。內(nèi)部質(zhì)量包括制件內(nèi)部的材料組 織結(jié)構(gòu)形態(tài)，制件的密度、強(qiáng)度、應(yīng)力等；外部質(zhì)量即為制件表面質(zhì)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?。⑷劢雍郏ê狭霞y）、銀絲（水紋）、剝層（起皮）

2、、 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?。┑?。影響ABS注塑件質(zhì)量問題的因素很多，其中應(yīng)力開裂是常見的致命 缺陷之一，嚴(yán)重阻礙了 ABS注塑件的應(yīng)用1 ABS注塑件應(yīng)力開裂原因分析應(yīng)力分類及產(chǎn)生過程? 聚合物受力后，內(nèi)部會產(chǎn)生與外力相平衡的內(nèi)力，單位面積上的內(nèi)力即稱 為應(yīng)力。根據(jù)形成的原因應(yīng)力可分為內(nèi)應(yīng)力和外應(yīng)力。內(nèi)應(yīng)力包括主動應(yīng)力和 誘發(fā)應(yīng)力兩種類型。主動應(yīng)力是與外力（注塑壓力、保壓壓力等）相平衡的內(nèi) 力，故也稱為成型應(yīng)力。成型應(yīng)力的大小取決于聚合物的大分子結(jié)構(gòu)、鏈段的 剛性、熔體

3、的流變學(xué)性質(zhì)及制件形狀的復(fù)雜程度和壁厚大小等許多因素。成型 應(yīng)力值過大，很容易使制件發(fā)生應(yīng)力開裂和熔體破裂等成型缺陷。誘發(fā)應(yīng)力的 形成原因很多，諸如塑料熔體或注塑件內(nèi)部溫差或收縮不均勻引起的內(nèi)力；制 件脫模時因?yàn)槟Ｇ粔毫屯饨鐗毫Φ牟钪邓鸬膬?nèi)力；塑料熔體因?yàn)榱鲃尤?向引起的內(nèi)力等。顯然，誘發(fā)應(yīng)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(nèi)部，成為殘余應(yīng)力，從而對制件質(zhì)量產(chǎn)生影響。外應(yīng)力主要指 注塑件使用中因受到外力的作用而產(chǎn)生的應(yīng)變力。對于塑料結(jié)構(gòu)件，使用中往 往與金屬固定件連接，為達(dá)到緊固、牢靠，從而使制件受到較大的剪切、擠壓， 制件內(nèi)部必然產(chǎn)生與外力相平衡的內(nèi)力。? 應(yīng)力在注

4、射過程中對制件質(zhì)量的影響從理論上講，當(dāng)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(nèi) 就有充分的時間進(jìn)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(dá)到平衡，脫模后制件中無殘余應(yīng)力，尺寸和形狀穩(wěn)定。然而，在實(shí)際 生產(chǎn)中，出于對生產(chǎn)率的要求，上述方法幾乎是不可能的。即使生產(chǎn)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(jìn)行趨向于穩(wěn)定狀態(tài)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(yīng)，脫模后制件內(nèi)仍將存在較

5、大的殘余應(yīng)力。大 分子還將隨時間的延長繼續(xù)進(jìn)行變形和重排，以便和成型時的應(yīng)力作用結(jié)果相 適應(yīng)（消除殘余應(yīng)力）。帶有較大殘余應(yīng)力的制件經(jīng)常會在不大的外力或溶劑 作用下脆化開裂，即應(yīng)力開裂。應(yīng)力開裂是注塑件常出現(xiàn)的質(zhì)量問題之一，尤 其是在氣候溫差變化較大的北方地區(qū)，應(yīng)力開裂現(xiàn)象更為突出。裂紋多出現(xiàn)在 制件的澆口、棱邊、熔接痕等應(yīng)力較集中的部位。另外，由于應(yīng)力的作用，制 件還常出現(xiàn)變形、翹曲、扭曲等缺陷。內(nèi)應(yīng)力從成型工藝上采取相應(yīng)的措施， 一般都可以使之降低到較低的限度。外應(yīng)力往往容易被人們忽略，以致于把注 塑件的開裂完全歸結(jié)于成型過程中產(chǎn)生的應(yīng)力，使質(zhì)量問題無法從根本上得到 解決。影響ABS注塑件

6、應(yīng)力的因素分析影響ABS注塑件應(yīng)力的因素主要有樹脂的質(zhì)量、成型條件、制件和模具設(shè) 計(jì)的合理性、制件的使用環(huán)境和過程等。? 樹脂的質(zhì)量對制件的應(yīng)力影響很大。揮發(fā)物多，分子量分布寬，制件應(yīng)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(nèi)應(yīng)力越明 顯。提高料簡溫度，可以降低熔休粘度，有利于解除分子取向，降低應(yīng)力，但 過高的料筒溫度易使樹脂分解，反而增大了制件應(yīng)力，所以料筒溫度應(yīng)適宜。 提高注塑壓力或延長保壓時間，會增加分子取向應(yīng)力，但有利于降低收縮應(yīng)力。 模具溫度提高會降低應(yīng)力，但會使成型周期延長，增加了

7、樹脂分解的可能。? 制件和模具結(jié)構(gòu)主要包括制件厚度、轉(zhuǎn)角過渡、進(jìn)料方式等。如澆口位置、 冷卻管道的位置會對制件的成型質(zhì)量有較大影響。增加制件壁厚會降低分子取 向應(yīng)力，但使收縮應(yīng)力增加。制件轉(zhuǎn)角處用圓弧過渡，可避免應(yīng)力集中。? 制件的使用環(huán)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(yīng)控制裝配扭矩，過大的扭矩易使 ABS注塑件在組合處產(chǎn)生較大應(yīng)力。 易使ABS注塑件應(yīng)力開裂的溶劑或溶劑氣體環(huán)境應(yīng)避免接觸。2 典型事例原材料? ABS: H-08，粒料，蘭州化學(xué)工業(yè)公司合成橡膠廠；? 丙酮：分析純，新鄉(xiāng)福利化工廠；? 乙酸:分析純，新鄉(xiāng)福利化工廠；? 稀料:工業(yè)純，新鄉(xiāng)福利化工廠。

8、儀器與設(shè)備?注塑機(jī)：XS-ZY50Q柳州塑料機(jī)械廠；?注塑機(jī)：XS-ZY125上海塑料機(jī)械廠；?扭力扳手：8N- m 16 N m市售；? 料斗烘干機(jī)： SDG75 張家港輕工機(jī)械廠；? GN400- (3)電池蓋、極柱套管模具：新鄉(xiāng)七五五廠。注塑件的制備及環(huán)境試驗(yàn)? (1)將ABS粒料于80C烘4h，然后按成型工藝注射成型電池蓋。電池蓋 成型后用胎具在鉆床上鉆出直徑 23mm勺極柱孔。電池蓋成型工藝見表1。? (2)將ABS粒料烘干后按成型工藝注射成型極柱套管，極柱套管成型工藝 見表 2。? (3)模擬電池裝配。用極柱、電池蓋、橡膠密封圈、極柱套管、金屬墊圈、螺母組裝，見圖1。緊固至16 n

9、 m此時極柱套管已因螺母擠壓出現(xiàn)變形。放 置7d,極柱套管、電池蓋均無進(jìn)一步變化，無開裂現(xiàn)象。由此可見，ABS (H-08)具有良好的力學(xué)性能，可以作為結(jié)構(gòu)件的材料。? (4)分別取 5 只裝配好的組裝件分別浸入丙酮、乙酸、油漆稀料、電解液 中觀察。其變化如表 3。?從表3可以看出，受外力作用的 ABS注塑件具有耐堿性，可以作為堿性物 質(zhì)受力容器的選材，但不能接觸丙酮、乙酸、油漆稀料等有機(jī)溶劑。? (5)取電池蓋3只，其中一只電池蓋極柱孔裝配極柱，用 8N- m緊固，另 兩只不裝極柱。在 3 個極柱孔周圍都滴兩滴乙酸，可觀察到裝配極柱的電池蓋 的極柱孔周圍及極柱套管出現(xiàn)放射狀裂紋，未裝配極柱的

10、孔處未見裂紋出現(xiàn)。 對開裂的蓋、極柱套管解剖可觀察到電池蓋、極柱套管均發(fā)生以極柱孔中心軸 為圓心的放射狀裂紋。該裂紋并非成型中制件的內(nèi)應(yīng)力所致，而應(yīng)為電池裝配 中因緊固螺母產(chǎn)生的應(yīng)力，當(dāng)受到乙酸、油漆稀料等溶劑作用造成的應(yīng)力開裂。?由此可以看出，受外力作用的 ABS注塑件在接觸有機(jī)溶劑時易于發(fā)生應(yīng)力 開裂，未受到外力作用的制件，接觸到有機(jī)溶劑未發(fā)生開裂。在設(shè)計(jì)及使用 ABS 注塑件時，外應(yīng)力應(yīng)給予高度的重視。如果僅從成型工藝上采取措施，雖然可 以有效地降低制件內(nèi)應(yīng)力，但無法解決受力制件接觸到有機(jī)溶劑時產(chǎn)生的開裂。? (6)取電池蓋4只，裝上極柱，用8Nm緊固，其中兩只在極柱上涂凡士林，另兩只除

11、涂凡士林外，并在極柱套管周圍涂抹油漆稀料，觀察變化見表 4? 從表 4 可看出，凡士林對受力制件無影響，油漆稀料對受力制件有影響， 可以造成受力制件開裂。3 ABS 注塑件應(yīng)力的控制措施影響內(nèi)應(yīng)力的因素及措施? 因成型過程而引起的內(nèi)應(yīng)力從成型工藝入手，措施見表 5。影響外應(yīng)力的因素及措施?影響外應(yīng)力的因素主要有整機(jī)的結(jié)構(gòu)；制件的承載；外載荷的作用 面積大小；外載荷緩沖等。? 由上述分析可知，影響制件外應(yīng)力的因素很多，相互關(guān)系復(fù)雜，要徹底消 除外應(yīng)力十分困難，但可采取如下措施使其降至最低。? （1）對于結(jié)構(gòu)制件， 在整體設(shè)計(jì)中應(yīng)力求使制件受力較小， 避免制件承載， 增加必要的緩沖材料，避免金屬件

12、直接與制件接觸，增加制件承載面積，以降 低外應(yīng)力對制件的影響。對于 ABS注塑件還應(yīng)避免與溶劑接觸，包括噴漆環(huán)境。 筆者對電池蓋結(jié)構(gòu)進(jìn)行了改進(jìn)，增加了承載及受力部位的面積，并且與噴漆環(huán) 境進(jìn)行隔離。? （2）合理選擇成型材料。從降低制件外應(yīng)力的角度考慮，應(yīng)選擇抗應(yīng)力開 裂能力強(qiáng)的材料，通常平均分子量較高、分子量分布窄和含雜質(zhì)少的聚合物抗 應(yīng)力開裂能力較強(qiáng)。分子量高的材料，其大分子鏈間的作用和纏結(jié)數(shù)目都增加， 分子量分布窄的材料，可使制件有較大的剛性。對于玻璃纖維增強(qiáng)材料，因大 分子鏈與玻璃纖維的相互結(jié)合，其制件的抗應(yīng)力開裂能力也較高。對結(jié)晶性材 料，適當(dāng)加入成核劑，可使球晶體積小、數(shù)量多，從而

13、受到外力作用時使制件 產(chǎn)生的應(yīng)力較小且分布均勻。不同牌號的 ABS應(yīng)力開裂情況不同，其中普通級 別牌號為301的ABS電池蓋開裂比例大，而耐寒級別牌號為H-08的開裂比例小, 因此確定電池蓋及極柱套管均使用牌號為 H-08 的 ABS。? （3）熱處理。對受外力作用的制件可采取適當(dāng)?shù)臒崽幚韥硐龖?yīng)力。熱處 理的方法是把裝配好的制件在加熱介質(zhì)中先將溫度升到熱處理溫度，使制件在 此溫度下保持一定的時間，然后緩慢地冷卻到室溫。影響熱處理效果最重要的 工藝因素是熱處理溫度和熱處理時間。熱處理的實(shí)質(zhì)是加速制件中的大分子鏈 的松弛，從而消除或降低制件受力后產(chǎn)生的應(yīng)力。熱處理溫度一般都在制件的 使用溫度以上1020C至熱變形溫度以下510C之間進(jìn)行選擇和控制。熱處 理時間與塑料品種和制件厚度有關(guān)。如無數(shù)據(jù)資料，也可按每毫米厚度約的原 則估算。應(yīng)注意的是，退火冷卻時，冷卻速率不宜過快，否則還有可能重新產(chǎn) 生溫度應(yīng)力。當(dāng)然，是否需要進(jìn)行熱處理，應(yīng)根據(jù)制件的性質(zhì)及其經(jīng)濟(jì)性決定， 因?yàn)闊崽幚韺⒃黾虞o助生產(chǎn)工序和能耗。對于 ABS電池蓋和極柱套管，在裝配 好電池后，放至烘箱中80C烘2h，然后緩慢冷卻至