常見塑料制品開裂的原因淺析及檢測方法簡述之歐陽學創(chuàng)編

1、歐陽學創(chuàng)編常見塑料制品開裂的原淺析及檢測方法簡述創(chuàng)作：歐陽學時間：2021.03.03引言工程塑料因為其優(yōu)異的特性高強度、耐熱、耐沖擊、抗老化等而被廣泛應用于工業(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，這樣的處理常常會誘發(fā)塑料制品的應力開裂，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)境應力等方面。開裂原因淺析及改進建議不同的開裂原因會導致不同的開裂類型，如果按照開裂的時間分類，塑料制品開裂現(xiàn)象通常有兩種情況：（一）脫模開裂，塑料

2、制品從模具脫出或在機器加工過程中出現(xiàn)開裂，這種開裂原因和后果比較容易預估；（二）應用開裂，塑料制品在放置一段時間后或使用過程中出現(xiàn)開裂，這種開裂往往難以預測，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建議。1.材料類型所致開裂的原因分析及改進建議下面通過兩個案例，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，選擇的都是聚苯硫醚PPSGF30/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，客戶再次選用全

3、球多家知名廠家的PPSGF30/GF40材料。加工的結(jié)果是制品開裂非常嚴重，有些屬于脫模開裂，有些屬于應用開裂，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度不夠，但同時發(fā)現(xiàn)沖擊強度比PPSGF30/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PPSGF40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。金屬材料導熱和散熱能力較強，而一般塑料材料散熱能力較弱，金屬材料和塑料擠出時不可避免會產(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

4、展性不好（斷裂伸長率偏小）的塑料，無疑會發(fā)生斷裂的現(xiàn)象。某客戶考慮到要提高產(chǎn)品強度，將此前使用的PEEK的材料改為PEEKGF30和PPSGF40,由于產(chǎn)品呈中空長管狀（壁厚5mm），于是使用PEEKGF30和PPSGF40棒材（95）進行機加工。加工的結(jié)果是制品有個別開裂現(xiàn)象，基本屬于應用開裂。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），從而導致更多殘余應力；同時產(chǎn)品管徑較大，塑料具有后收縮不均衡的特點。圖2綜合以上兩個案例可以看出，在產(chǎn)品選材方面，應該充分考慮塑料材料的

5、成型方式、部件結(jié)構(gòu)、傳熱方式等實際工藝操作問題；對于一些中空結(jié)構(gòu)，應該充分考慮壁厚、中空尺寸太小等，如壁薄、空芯大的部件應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（一般出廠管材已進行殘余應力熱處理）。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)境應力所致開裂的原因分析及改進建議原料為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

6、裂開。因為塑料件在成型過程中未出現(xiàn)任何問題，說明問題不在于成型設備及工藝，經(jīng)初步分析確認，問題主要由環(huán)境應力開裂引起，引起環(huán)境應力開裂的原因可能有以下幾個方面。2.1原料方面（1）原料混有其它雜質(zhì)或摻雜不適當?shù)幕蜻^量的溶劑或其它添加劑。環(huán)境應力開裂是聚烯烴類塑料的特有現(xiàn)象，它是指當制品存在應力時，與某些活性介質(zhì)接觸，會出現(xiàn)脆性裂紋，最終可能導致制品破壞。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溶劑。環(huán)境應力開裂的必要條件是試樣或零件內(nèi)存在應力，并存在某種應力集中因素如缺口、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)

7、，當ABS塑料件在儲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，就會導致裂紋。（2）有些塑料如ABS等，在受潮狀況下加熱會與水汽發(fā)生催化裂化反應，使制件發(fā)生大的應變從而開裂。（3）塑料在機筒內(nèi)加熱時間太長，也會促使制件脆裂。2.2制品設計方面像聚苯乙烯及含有此成分的塑料應盡量少用金屬嵌件，因為這些塑料脆性的冷熱比容大。如果為了裝配和強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)應力，于是造成了制品的開裂。具體改進措施如下：（1）更換嵌件所用材料，使嵌件與ABS制品線膨脹系數(shù)應盡可能接近；（2）加大嵌件各尖角

8、部位的圓角，圓角太小可能引起產(chǎn)品應力集中，導致產(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轮破窂姸认陆?，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，在設計制件時，應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行預熱也是一項有效措施。因為預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)生一定的熱料補縮作用，可防止嵌件周圍產(chǎn)生過大的內(nèi)應力。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，因此常會產(chǎn)生不均的結(jié)晶、定向和收縮，致使制品存有內(nèi)應力，這在生產(chǎn)厚壁或帶金屬嵌件的制品時更為突出。存有內(nèi)應力的制件在貯存和使用中常會出現(xiàn)力學性能下降，光學性能變壞，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，通常進行的測試項目有：物理性能拉伸/延伸率，彎曲強度/莫量，沖擊強度，硬度，壓縮強度/莫量，吸水率，低溫脆化溫度，熔融指數(shù)，熱變形/維卡軟化點溫度等熱性能DSC分析（熔點，Tg點，結(jié)晶溫度等），TGA分析（