?(發布于2013年1月28日《PT Plastics》)
--注塑成型后,乙縮醛(acetal)零件在室溫甚至低溫環境下仍會持續收縮。
我第一次觀察到某些材料這種延遲收縮現象,是在注塑大型乙縮醛均聚物零件時。此前我對精密注塑乙縮醛零件的經驗僅限于直徑不超過0.5英寸的小型齒輪。
然而,我們公司承接了一個新項目,涉及外殼和扇形齒輪,關鍵尺寸范圍為3.5至4英寸,壁厚0.110英寸的零件公差要求為±0.010英寸。其中一組定位孔間距的規格要求為4.046±0.010英寸。
在初期試產中,30件樣本的測量值集中在4.038至4.042英寸之間。當時統計過程控制(SPC)在美國制造業還是新概念,因此尺寸接近公差下限并未引起我們警覺——畢竟所有零件均符合圖紙要求。
但這些測量是在零件產出后90分鐘至2小時內進行的。零件觸感已達室溫,基于對其他半結晶材料的經驗,我們認為一切正常。次日質檢部門卻發現前一天半數零件已縮小至超差。復檢30件樣本顯示,所有零件均繼續收縮,尺寸比前日減少0.004英寸。再過一天又縮小0.001英寸后才趨于穩定。后來我在聚丙烯(PP)大型零件(包括填充PP)中也觀察到類似現象。
理解這一現象需明確半結晶材料的成型收縮與結晶度的關系:?結晶度越高,收縮越顯著?,但適度結晶是理想的。相比非晶聚合物,半結晶材料具有更好的抗疲勞性、耐磨性和高溫抗蠕變性。
若成型工藝抑制結晶發展,這些性能將無法達到預期水平。結晶發生的溫度窗口介于聚合物熔點與玻璃化轉變溫度(Tg)之間。注塑過程中,即使像PEEK這種模溫需達190℃的材料,從371℃的熔體驟冷至模溫仍屬熱沖擊。雖然快速冷卻能使零件定型,但只要溫度高于Tg(如PEEK的Tg為146℃),分子鏈仍能移動形成晶體結構。如果材料融體溫度下降到低于Tg,那么材料就不能結晶完善。
常有人說這些材料不遵循"零件觸達室溫即尺寸穩定"這個規則。實際上它們嚴格遵循物理規律,問題在于它們的Tg低于室溫:
--PP的Tg范圍:-10℃至+15℃(取決于品級)
--乙縮醛的Tg:-78℃(干冰溫度)
這意味著在常規使用環境中,這些材料始終高于Tg,分子鏈持續重排結晶。
實驗表明:
--乙縮醛零件在室溫穩定后仍會產生約0.001英寸/英寸的收縮(厚壁件更顯著)。
--即使尺寸變化停止了或者尺寸變化在不可測的水平,材料的分子結構重組仍持續數周。
對PP和乙縮醛試樣的5周跟蹤顯示:
--拉伸強度/模量隨時間上升(增速遞減)。
--抗沖擊性能變得更差(部分材料7-14天后由韌性轉為脆性)。
這些都是材料持續結晶的結果。
多數從業者僅關注零件是否符合圖紙,當尺寸偏小時常通過降低模溫來"修正":
--低溫抑制結晶→減少即時收縮。
--但對Tg低于室溫的材料,這種改善是暫時的。
--材料會持續趨向分子理想間距,乙縮醛供應商強調?模溫控制?和?充分保壓?正是為防止"后成型收縮"。
另一種影響尺寸穩定的機制主要作用于非晶材料(通常認為其尺寸穩定性更優),但變化更緩慢、幅度更小。對于高精度大型零件仍需關注,我們將在下一期討論。
