为何塑料收缩率高

其实就是一个分子取向的问题，就某些材料的话，没有玻璃纤维存在的话，也会有流动方向的收缩大于垂直流动方向的收缩！有了玻璃纤维就更明显了！楼上说的对：流动方向收缩小是由于玻纤不能收缩而引起，横向不存在这种支撑力，所以收缩就大。

近年来，家用电器、仪器仪表，建筑器材，汽车工业、日用五金等众多领域，塑料制品所占的比例正迅猛增加。对塑料制品的高精度、高性能要求与日俱增，促使精密成型技术不断地进步。成型是最重要的塑料成型方法之一，影响精密成型的因素也很多。

注塑材料

在设计塑料制品的前期，应首先根据其应用环境选定相应性能需要的工程塑料。 

2.精密模具

合理地设计精密注塑模具是获得精密制品的基础和必要前提。要制造出精密的制品，精密模具是必不可少的。模具的精度一般受模具的温度控制、模具的精密制造和模具设计时对塑料收缩率选用等影响。

2. 1模具温度的控制

由于模具温度对成型收缩率的影响很大，同时也直接影响注塑制品的力学性能，还会引起制品表面发花等各种成型缺陷，因此必须使模具保持在规定的温度范围内，而且还要使模具温度不随时间变化而变化。在一般精度零件的成型中，控制模具温度主要是为了提高生产率。然而模具温度控制对精密成型的影响极大，它影响制件的收缩、形状、结晶、内应力等，因此设计模具冷热回路时要求温度分布合理，控制精度精确，最好采用模温机和冷水机控制。模具温度控制和冷却时间对制品性能的影响及其影响因素如下：

(1)塑料熔体注入和模具开模的循环时间二者会在模具中产生温度差的波动，因此应该尽量减小这种波动差峰。

(2)模具内的热量转移模具的热量是通过模具体和模具内的媒体传递出去的，模具是不变的，因此对媒体的控制是关键，一般其冷却水出入口温度差小于1℃，应用平均温度理论来计算，这样能够保证热量传递的稳定性。媒体的流量和热量转移是相互联系的，可以用模具表面温度传感器来控制媒体流量，以补偿因环境温度变化引起的模具温度变化。

(3)模具稳定状态为使模具所吸收和散发的热量保持平衡，注塑机出的熔体要严格保持稳定的温度。模具周围的温度对模具也有很大的影响，一般会影响到模具内媒体对流系数的变化，因此最好在模具表面设置温度传感器，随时观察模具表面温度，并使其保持稳定。

(4)热交换效率的变化模具用久后，在冷却水管道中会出现锈斑和水垢，这时交界面的热导率降低，应对水垢及时清除。

2. 2精密模具的设计与制造

模具设计的好坏是保证塑料制件尺寸精度的前提，为了提高精密注塑模的精度，在设计过程中采用计算机辅助分析是必要的，特别是对浇注系统的流动行为和模具温度调节系统热量分布的分析等。应尽可能地应用分析模拟并利用接近实际的加载条件来分析模拟熔体在模具中的浇注、冷却等非稳态的过程。

模具的制造质量是保证塑料制件尺寸精度的关键，精密模具主要的制造特点是除了抛光和装配作业外，均不用手工加工。一般模具机械加工和手工加工的比例约为6∶4～7∶3，而精密模具的机械加工和手工加工比例为9∶1。

模具材料和热处理是模具精度的保障。在成型加工过程中，模具处于高温状态，因而即使对模具零件采用低温回火，生产时高温熔体又会对零件进行重复回火而使硬度降低，同时还应考虑残留奥氏体所引起的体积膨胀。因此一般回火温度至少应是成型加工时模具温度的两倍以上，并适当地进行低温处理以便消除残余奥氏体。

对高精度制品，要求模具成型零件的精度、组合件累计精度、模具导向件的对中精度以及分型面的平行度应该达到微米级。模具应有足够的强度、刚度和耐磨性，在注塑压力下不易变形、磨损。要达到以上的加工精度可采用立体加工中心、数控机床和应用CAD /CAM /CAE等新技术。

2. 3精密模具设计时物料收缩率的选用

影响塑料收缩率的主要因素包括热收缩、相变收缩、取向收缩、压缩收缩与弹性回复等，这些影响因素与精密注塑制品的成型条件或操作条件有关。热塑性塑料制品成型时收缩率波动较大，给模具设计、确定型腔尺寸和控制制品尺寸精度带来困难。因此在模具设计时应了解塑料的收缩特性和因制件形状而造成的各部位收缩率的差异，然后采用必要的补偿措施。对高精度塑料件可在设计前先制造简易模具，以测出成型时各部位的实际收缩率，这样便可大大提高制件的尺寸精度。

浇口的形式、位置与分布都影响制件尺寸精度。点浇口喷射力大，但补缩效果差，对厚壁制件不适用。浇口位置影响熔体流向和流程远近，流程愈长收缩愈大。多浇口可以缩短流程，但熔接痕增多。浇口的设计应该根据制件大小和所选用的材料运用分析并借助于实际经验来最终确定。

3.精密成型最佳工艺参数的设定

选取最佳的成型工艺参数能够减少塑料制品的收缩率。塑料的收缩特性是指塑料的热收缩、弹性回复、塑性变形、后收缩和老化收缩的综合反映，通常是因材料吸水或分子链重排而引起，具体表现为线性收缩率和体积收缩率的变化，常用收缩特性值表示。热塑性塑料注塑制品成型时收缩率波动较大，特别是对于结晶性塑料注塑制品更加明显，由于结晶度不仅取决于化学结构，而且还受到加工过程中冷却参数(冷却速率、熔体温度、模具温度、制品厚度)的影响，给模具设计确定型腔尺寸和控制制品尺寸精度带来困难，所以迫切需要了解注塑工艺参数对各种塑料收缩率的影响规律。制件壁厚的差异一般认为是由两个方面的因素引起的：

一是高压熔体引起的模具型腔轻微变形二是当模具开模后材料的弹性膨胀。一般来说，质量精度能够很好地控制尺寸精度，而在较高的模具温度里熔体的粘度较低，所以粘度梯度较小，在一定的螺杆背压下，制件的质量精度就能够得到精确的控制。

精密塑料件不仅要求有稳定的尺寸公差，而且还要求有严格的力学性能。这些特性主要取决于熔体在冷却阶段的热- 机械作用的历史过程。模具温度和冷却时间对制品质量和生产率都有直接的影响。研究发现，在给定的模具温度下，制品的尺寸精度并不随冷却时间的延长而有明显的提高，只有在一定的时间段后才有明显的作用。在一般冷却过程中这样的关键冷却时间点有两个，在第一个冷却时间点时虽然生产的制品精度也较高，但不是最稳定的状态，而第二个冷却时间点冷却时间比较长，但能使制品的状态最稳定。

4.精密注塑机

应根据所选择的塑料材料、成品尺寸精度、制件重量、质量要求以及预想的模具结构来选用适当的注塑机。精密注塑机一般都采用较大的功率，这样除了可以满足注塑压力和速率方面的要求外，功率本身还会对制品精度起一定的改进作用。精密注塑机的控制系统一般都有很高的控制精度，这一点是制品本身所要求的。高的控制精度能保证各种工艺参数具有良好的重复精度，以避免制品精度因工艺参数波动而发生变化。因此精密注塑机一般都对量、注塑压力、速率、保压压力、背压和螺杆转速等工艺参数采取多级反馈控制。精密注塑要求其合模系统有足够的刚度，否则制品精度将会因合模系统的弹性变形而降低。其次合模系统的合模力大小必须能够精确控制，否则过大或过小的合模力都将对制品精度产生不良影响。所以在设计时，应该综合考虑模具刚度、系统刚度以及合模力的大小以精确控制制品的精度，尤其是平板薄壁制品。当模具面积较大时，必须对导向柱进行挠度校核。精密注塑机还必须能够对液压回路中的工作温度进行精确控制，以防工作油因温度变化而引起粘度和流量变化，进一步导致工艺参数波动而使制品失去应有的精度。

4. 1成型循环时间的一致性

在精密成型中应尽量采用全自动的模式，这样会避免因每次模塑的循环时间不相同而影响到模具温度和物料在料筒中的停留时间，进而影响到制件的精度。

4. 2 注塑机的温度控制和螺杆的设计

注塑机筒上自动调温器的循环性开和关导致了料筒内熔料密度和粘度的变化，从而影响制件质量和尺寸精度的周期性波动注塑机的喷嘴紧靠模具型腔，所以喷嘴的温度对模塑制件也有重大的影响。

要制得高质量和稳定的塑料件，注塑机的塑化单元是非常重要的。对塑化单元评判的重要标准是：量、塑化速率、速率、高聚物在塑化单元的停留时间。

由于塑料件质量的误差对于尺寸精度有很重要的影响，因此应精确控制注塑机的量。提高注塑机计量精度的最有效方法就是用技术上能够实现的最小的螺杆直径，特别是对于轻型制件更是如此。由于螺杆计量段的相对长度和螺杆的整体长度变小，因此物料在塑化单元中停留的时间也会变短。螺杆螺纹也近似地变宽，可避免物料的停留时间变长，使螺杆稳定地运行。螺槽的宽深比也相应地变小，这对制造许多工程塑料制件的小直径螺杆尤为有效。熔体的均一性并没有因为小压缩比而减小，这是因为由非常浅的螺槽引起非常强烈的剪切速率而导致的。喂料段是设计的难点，它必须要保证各种粒料能够均匀地喂进去。考虑到需要较短的循环周期，塑化速率也必须足够大，因此在设计喂料段时必须有效地解决这一对矛盾。另外，若要通过两阶段螺杆来达到精确控制量误差，这就需要熔体的计量要通过球形检测阀由注塑机到活塞注塑机中。

影响热塑性塑料成型收缩因素

① 塑料品种热塑性塑料成型过程中由于还存在结晶化形式的体积变化，内应力强，冻结在塑件内的残余应力大，分子取向性等因素，因此与热固性塑料相比则收缩率较大，收缩率范围宽、方向性明显，另外成型后的收缩、退火或调湿处理后的收缩率一般也都比热固性塑料大。

② 环球塑化网认为塑件特性成型时熔融料与型腔表面接触外层立即冷却形成低密度的固态外壳。由于塑料的导热性差，使塑料内层缓慢冷却而形成收缩大的高密度固态层。所以壁厚、冷却慢、高密度层厚的则收缩大。另外，有无嵌件及嵌件布局、数量都直接影响料流方向、密度分布及收缩阻力大小等，所以塑件的特性对收缩大小、方向性影响较大。

③ 进料口形式、尺寸、分布这些因素直接影响料流方向、分布密度、保压补缩作用及成型时间。直接进料口、进料口截面大(尤其截面较厚的)则收缩小，但方向性大，进料口宽及长度短的则方向性小。距进料口近的或与料流方向平行的则收缩大。

④ 成型条件模具温度高，熔融料冷却慢、密度高、收缩大，尤其对晶体料则因结晶度高，体积变化大，故收缩更大。

模温分布与塑件内外冷却及密度均匀性也有关，直接影响到各部分收缩量大小及方向性。另外，保持压力及时间对收缩也影响较大，压力大、时间长的则收缩小，但方向性大。

注塑压力高，熔融料黏度差小，层间剪切应力小，脱模后弹性回跳大，故收缩也可适量地减小，料温高、收缩大，但方向性小。因此在成型时调整模温、压力、注塑速度及冷却时间等诸因素也可适当改变塑料收缩情况。

模具设计时根据各种塑料的收缩范围，塑件壁厚、形状、进料口形式尺寸及分布情况，按经验确定塑件各部位的收缩率，再来计算型腔尺寸。

影响塑料缩水的因素有：塑料品种、成型条件、模具结构等。不同的高分子材料的收缩率各不相同。其次塑料的收缩率还与塑件的形状、内部结构的复杂程度、是否有嵌件等有很大的关系。

1.成型工艺对塑料制品收缩率的影响：成型温度不变，注射压力增大，收缩率减小保持压力增大，收缩率减小熔体温度提高，收缩率有所降低模具温度高，收缩率增大保压时间长，收缩率减小，但浇口封闭后不影响收缩率模内冷却时间长，收缩率减小注射速度高，收缩率略有增大倾向，影响较小成型收缩大，后收缩小。后收缩在开始两天大，一周左右稳定。柱塞式注射机成型收缩率大。

2.塑料结构对制品收缩率的影响：厚壁塑件比薄壁塑件收缩率大(但大多数塑料1mm薄壁制件反而比2mm收缩率大，这是由于熔体在模腔内阻力增大的缘故塑件上带嵌件比不带嵌件的收缩率小塑件形状复杂的比形状简单的收缩率要小塑件高度方向一般比水平方向的收缩率小细长塑件在长度方向上的收缩率小； 塑件长度方向的尺寸比厚度方向尺寸的收缩率小内孔收缩率大，外形收缩率小。

3、 模具结构对塑料制品收缩率的影响：浇口尺寸大，收缩率减小垂直的浇口方向收缩率减小，平行的浇口方向收缩率增大远离浇口比近浇口的收缩率小有模具限制的塑件部分的收缩率小,无限制的塑件部分的收缩率大。

在注塑成型过程中，收缩是必然的。 从加工温度至室温条件下，聚合物密 度会发生变化，从而发生收缩。在加 工温度和室温条件在下测得的塑料制 件的体积收缩可高达20%。

半结晶材料特别容易发生热收缩，而 无定型材料发生热收缩的可能性相对 较小。当晶体材料冷却至其转化温度 以下，分子间的自动排列会更加有序， 形成结晶体。而另一方面， 无定型材料的微结构 不会随着状态的改变而发 生变化。这种差异使得在加工状态下 （A点）与室温和大气压下（B点），半 结晶材料相对于无定型材料的比容变 化会更大。(见下图)

无定型和结晶聚合物的pvT曲线

在注塑成型过程中，制件全部和横截 面的收缩率变化会产生内应力（残余 内应力）。如果残余内应力较高、足以 克服制件的结构完整性，则制件从模 具中顶出出来时，由于存在外部工作 负荷而会发生翘曲或开裂。

不可补偿的体积收缩导致制件内部的 凹陷或缩孔。导致凹陷或缩孔的收缩 可以通过充填后对型腔进行填料来减 少或消除。在公差要求严格的应用中， 控制制件的收缩尤为重要。

以下诸多因素会导致过度收缩：

•- 有效保压压力低

- 填料-保压时间或冷却时间短

- 浇口的快速冷凝

- 熔融温度高

- 温度高

下图用示意图说明了收缩率和多种加工参数及制件厚度的 关系。

影响制件收缩率的加工和设计参数

各向同性与各向异性收缩

对于未填充型无定型和矿物增强型热 塑性塑料，其收缩大体上是各向同性 的；流动方向上的收缩约等于横向流 动方向上的收缩。而另一方面，玻纤 增强型塑料的收缩是各向异性的。由 于熔融流动方向上的纤维排列，流动 方向上的收缩通常会小于横向流动方 向上的收缩(见下图)。

假设加工的材料具有各向同性性能， 这通常是个很好的开始。但是，如果 完全忽略各向异性的话，在设计热塑 性塑料制件过程中可能产生很大的误 差。

设计师必须了解，随着各向异性度的 增加，用于表征材料特性的模量数也 会增加（最大值为21）。特别是对于玻 纤增强型材料，如果利用简单的分析 技术其数据具有局限性，因此通常需 要使用大量的FEA（有限元分析）测 试方法，来分析在严苛应用中的各向 异性材料。

不仅是纤维排列，分子排列也会导致 各向异性收缩。分子排列很规则的未 填充型注塑件，在高剪切应力条件下 会产生各向异性收缩，因为在排列方 向上的排列链收缩的程度更大。

玻纤增强型塑料的收缩率与玻纤排列（沿厚度方向）的关系 。

http://www.dsm.com/zh_CN/html/dep/Shrinkage.htm

（2）塑件结构：塑件的形状、尺寸、壁厚、有无嵌件、嵌件数量及布局等，对收缩率值有很大影响，如塑件壁厚收缩率大，有嵌件则收缩率小。

（3）模具结构：模具的分型面、加压方向、浇注系统形式、布局及尺寸等对收缩率及方向性影响也很大，尤其是挤出和注射成型更为明显。

（4）成型工艺：挤出成型和注射成型一般收缩率较大，方向性也很明显。塑料的装料形式、预热情况、成型温度、成型压力、保压时间等对收缩率及方向性都有较大影响。

塑料主要有以下特性：

①大多数塑料质轻，化学稳定性好，不会锈蚀；

②耐冲击性好；

③具有较好的透明性和耐磨耗性；

④绝缘性好，导热性低；

⑤一般成型性、着色性好，加工成本低；

⑥大部分塑料耐热性差，热膨胀率大，易燃烧；

⑦尺寸稳定性差，容易变形；

⑧多数塑料耐低温性差，低温下变脆；

⑨容易老化；

⑩某些塑料易溶于溶剂。

另外补充：

塑料的优点：

1、大部分塑料的抗腐蚀能力强，不与酸、碱反应。

2、塑料制造成本低。

3、耐用、防水、质轻。

4、容易被塑制成不同形状。

5、是良好的绝缘体。

6、塑料可以用于制备燃料油和燃料气，这样可以降低原油消耗。

塑料的缺点：

1、回收利用废弃塑料时，分类十分困难，而且经济上不合算。

2、塑料容易燃烧，燃烧时产生有毒气体。

3、塑料是由石油炼制的产品制成的，石油资源是有限的。

二、研究与之相关的知识

1、在生产制品过程中，凹痕是不良现象中发生频率最高的，注入模具的塑料在冷却时发生体积收缩，早冷却部分即表面首先硬化，内部就会产生气泡，所谓凹痕，就是冷却慢的部分在气泡收缩的方向产生了显眼的凹面。

2、收缩性大的材料也容易产生凹痕。当要改变成型条件来消除凹痕时，应该把设定条件往收缩小的方向设定。即模温、料筒温度降低，射出压力提高，但是应该注意由此可能会引起残余内应力。

3、因为凹痕以不显眼为好，所以，如果不影响外观的时候，有故意在模具上加工成腐蚀的模样，例如纹状、粒状等。还有，如果成型材料是HIPS时，用降低模温来降低光洁度也有效果。但是这些方法一旦有凹痕发生，想修理磨光制品就有困难。

三、国通的解决的方法

1、即时解决办法：提高射出压力，延长射出保压时间，降低料筒温度和模具温度，在产生凹痕的地方强制冷却。

2、短期解决办法：在产生凹痕的地方补上流边。在产生凹痕的地方的材料通边有狭小的场所时，把这部分边厚。

3、长期解决办法：应彻底避免设计制品厚度的差异。容易产生凹痕的加强筋，狭长的形状应尽量短。

经过如此的研究之后，国通的塑料模具制造凹痕问题已经得到了大大解决，尤其是彩砖塑料模盒的制作，更是达到了精益求精。