ABS注塑件应力开裂原因及解决措施
摘要
针对(丙烯腈/丁二烯/苯乙烯)共聚物(ABS)注塑件在使用中经常出现放射状裂纹,从而造成制件报废的问题。人们在分析原因时往往只考虑成型工艺的影响,而忽视使用环境的影响。通过试验找到了ABS注塑件使用中产生的裂纹是因乙酸、油漆稀料等造成的外应力释放所致,并提出了ABS注塑件设计、制造、装配及使用的正确操作方法,为ABS注塑件的安全使用提供了科学依据。
(丙烯腈/丁二烯/苯乙烯)共聚物(ABS)树脂经共混改性后,形成了多种不同的牌号,其成型方法有注射、挤出、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复杂、尺寸精密的制件,易于实现自动化,操作简单等优点,但也存在注塑件会出现各种各样质量问题的缺点。ABS注塑件质量分为内部质量和外部质量两方面的内容。内部质量包括制件内部的材料组织结构形态,制件的密度、强度、应力等;外部质量即为制件表面质量,常见的有欠注(未注满)、分型线明显(跑料)、凹陷(塌坑或缩痕)、变色(分解纹)、暗纹(黑印)、熔接痕(合料纹)、银丝(水纹)、剥层(起皮)、流动痕(水波纹)、喷射流(蛇行纹)、变形(翘曲、扭曲)、光洁程度差(划伤、划痕)、龟裂(裂纹)、无光泽(不亮)、气泡(空洞或中空)、白化(有白印)等。影响ABS注塑件质量问题的因素很多,其中应力开裂是常见的致命缺陷之一,严重阻碍了ABS注塑件的应用。
1、ABS注塑件应力开裂原因分析
1. 1 应力分类及产生过程聚合物受力后,内部会产生与外力相平衡的内力,单位面积上的内力即称为应力。根据形成的原因应力可分为内应力和外应力。内应力包括主动应力和诱发应力两种类型。主动应力是与外力(注塑压力、保压压力等)相平衡的内力,故也称为成型应力。
成型应力的大小取决于聚合物的大分子结构、链段的刚性、熔体的流变学性质及制件形状的复杂程度和壁厚大小等许多因素。成型应力值过大,很容易使制件发生应力开裂和熔体破裂等成型缺陷。诱发应力的形成原因很多,诸如塑料熔体或注塑件内部温差或收缩不均匀引起的内力;制件脱模时因为模腔压力和外界压力的差值所引起的内力;
塑料熔体因为流动取向引起的内力等。显然,诱发应力一般都无法与外力平衡,并且很容易保留在冷却后的制件内部,成为残余应力,从而对制件质量产生影响。外应力主要指注塑件使用中因受到外力的作用而产生的应变力。对于塑料结构件,使用中往往与金属固定件连接,为达到紧固、牢靠,从而使制件受到较大的剪切、挤压,制件内部必然产生与外力相平衡的内力。
应力在注射过程中对制件质量的影响从理论上讲,当聚合物注射充模后,如能在保压压力作用下以极其缓慢的冷却速率固化,则聚合物大分子在模腔内就有充分的时间进行变形和重排,从而可使变形量逐渐与注塑压力和保压压力的作用达到平衡,脱模后制件中无残余应力,尺寸和形状稳定。然而,在实际生产中,出于对生产率的要求,上述方法几乎是不可能的。即使生产中采用缓冷措施,所得到的冷却速率对于大分子的变形和重排来讲,仍然非常剧烈。
故充模后的聚合物在保压压力作用下冷却固化时,大分子只能简单地按照模腔形状堆积在一起,而没有时间进行趋向于稳定状态的排列。所以,变形量与注塑压力和保压压力的作用不相适应,脱模后制件内仍将存在较大的残余应力。大分子还将随时间的延长继续进行变形和重排,以便和成型时的应力作用结果相适应(消除残余应力)。带有较大残余应力的制件经常会在不大的外力或溶剂作用下脆化开裂,即应力开裂。
应力开裂是注塑件常出现的质量问题之一,尤其是在气候温差变化较大的北方地区,应力开裂现象更为突出。裂纹多出现在制件的浇口、棱边、熔接痕等应力较集中的部位。另外,由于应力的作用,制件还常出现变形、翘曲、扭曲等缺陷。内应力从成型工艺上采取相应的措施,一般都可以使之降低到较低的限度。外应力往往容易被人们忽略,以致于把注塑件的开裂完全归结于成型过程中产生的应力,使质量问题无法从根本上得到解决。
2、影响ABS注塑件应力的因素分析
影响ABS注塑件应力的因素主要有树脂的质量、成型条件、制件和模具设计的合理性、制件的使用环境和过程等。树脂的质量对制件的应力影响很大。挥发物多,分子量分布宽,制件应力就大。
成型条件的影响因素主要有材料中的水分、料筒温度、注塑压力、保压时间、模具温度等。ABS树脂成型前必须干燥,干燥程度越高,对降低内应力越明显。提高料筒温度,可以降低熔体粘度,有利于解除分子取向,降低应力,但过高的料筒温度易使树脂分解,反而增大了制件应力,所以料筒温度应适宜。提高注塑压力或延长保压时间,会增加分子取向应力,但有利于降低收缩应力。模具温度提高会降低应力,但会使成型周期延长,增加了树脂分解的可能。
制件和模具结构主要包括制件厚度、转角过渡、进料方式等。如浇口位置、冷却管道的位置会对制件的成型质量有较大影响。增加制件壁厚会降低分子取向应力,但使收缩应力增加。制件转角处用圆弧过渡,可避免应力集中。
制件的使用环境主要包括受力情况、是否接触溶剂等。制件装配中与金属组合,应控制装配扭矩,过大的扭矩易使ABS注塑件在组合处产生较大应力。易使ABS注塑件应力开裂的溶剂或溶剂气体环境应避免接触。
实用！ABS、PP等材料作塑胶产品电镀6大注意事项及步骤！
与金属制件相比，塑料电镀制品不仅可以实现很好的金属质感，而且能减轻制品重量，在有效改善塑料外观及装饰性的同时，也改善了其在电、热及耐蚀等方面的性能，但电镀用塑料材料的选择却要综合考虑材料的加工性能、机械性能、材料成本、电镀成本、电镀的难易程度以及尺寸精度等因素。
而因其结构上的优势，不仅具有优良的综合性能，易于加工成型，而且材料表面易于侵蚀而获得较高的镀层结合力，所以目前在电镀中应用极为普遍。
抗腐蚀机理
第1步：在零件表面有腐蚀介质时，微孔处暴露在外的镍层作为阳极性镀层先遭受腐蚀，腐蚀电流的大小由铬层的表面积决定，在大量不连续微孔的作用下，遭受腐蚀的镍层面积将大大增多且不连续，在腐蚀电流一定的情况下，这些“微孔”极大的分散了腐蚀电流，降低了腐蚀速率,延缓的腐蚀速度。
第2步：当腐蚀到达光亮镍层时，由于微孔镍电位较光亮镍电位高（大约20mv），此时光亮镍被作为阳极性镀层优先腐蚀，微孔镍中的腐蚀被终止。
第3步：腐蚀在光亮镍中进一步向下延伸直到半光镍时，由于半光镍的电位同样比亮镍高（大约100mv），光亮镍同样被当做了阳极性镀层，此时向下延伸的腐蚀在半光镍被终止，腐蚀方向在光亮镍中横向进行，这样又进一步延缓了腐蚀至底材的时间,大大降底了腐蚀的速度。
1. 塑件选材
塑料的种类很多，但并非所有的塑料都可以电镀。有的塑料与金属层的结合力很差，没有实用价值；有些塑料与金属镀层的某些物理性质如膨胀系数相差过大，在高温差环境中难以保证其使用性能。目前用于电镀最多的是ABS，其次是PP。另外PSF、PC、PTFE等也有成功电镀的方法，但难度较大。
2. 塑件造型设计
在不影响外观和使用的前提下，塑件造型设计时应尽量满足如下要求：
(1) 金属光泽会使原有的缩瘪变得更明显，因此要避免制品的壁厚不均匀状况，以免出现缩瘪，而且壁厚要适中，以免壁太薄(小于1.5 mm)，否则会造成刚性差，在电镀时易变形，镀层结合力差，使用过程中也易发生变形而使镀层脱落。
(2) 避免盲孔，否则残留在盲孔内的处理液不易清洗干净，会造成下道工序污染，从而影响电镀质量。
(3) 电镀工艺有锐边变厚的现象。电镀中的锐边会引起尖端放电，造成边角镀层隆起。因此应尽量采用圆角过渡，圆角半径至少0.3 mm 以上。平板形塑件难电镀，镀件的中心部分镀层薄，越靠边缘镀层越厚，整个镀层呈不均匀状态，应将平面形改为略带圆弧面或用桔皮纹制成亚光面。电镀的表面积越大，中心部位与边缘的光泽差别也越大，略带抛物面能改善镀面光泽的均匀性。
(4) 塑件上尽量减少凹槽和突出部位。因为在电镀时深凹部位易露塑，而突出部位易镀焦。凹槽深度不宜超过槽宽的1/3，底部应呈圆弧。有格栅时，孔宽应等于梁宽，并小于厚度的1/2。
(5) 镀件上应设计有足够的装挂位置，与挂具的接触面应比金属件大2～3倍。
(6) 塑件的设计要使制件在沉陷时易于脱模，否则强行脱模时会拉伤或扭伤镀件表面，或造成塑件内应力而影响镀层结合力。
(7) 当需要滚花时，滚花方向应与脱模方向一致且成直线式．滚花条纹与条纹的距离应尽量大一些。
(8) 塑件尽量不要用金属镶嵌件，否则在镀前处理时嵌件易被腐蚀。
(9) 塑件表面应保证有一定的表面粗糙度。
3. 模具设计与制造
为了确保塑料镀件表面无缺陷、无明显的定向组织结构与内应力，在设计与制造模具时应满足下面要求：
(1) 模具材料不要用铍青铜合金，宜用高质量真空铸钢制造，型腔表面应沿出模方向抛光到镜面光亮，不平度小于0.2 m，表面最好镀硬铬。
(2) 塑件表面如实反映模腔表面，因此电镀塑件的模腔应十分光洁，模腔表面粗糙度应比制件表面表面粗糙度高1～2级。
(3) 分型面、熔接线和型芯镶嵌线不能设计在电镀面上。
(4) 浇口应设计在制件最厚的部位。为防止熔料充填模腔时冷却过快，浇口应尽量大(约比普通注射模大1O%)，最好采用圆形截面的浇口和浇道，浇道长度宜短一些。
(5) 应留有排气孔，以免在制件表面产生气丝、气泡等疵病。
(6) 选择顶出机构时应确保制件顺利脱模。
4. 注射机选用
注射机选用不当，有时会因为压力过高、喷嘴结构不合适或混料使制件产生较大的内应力，从而影响镀层的结合力。
5. 塑件成型工艺
注塑制件由于成型工艺特点不可避免地存在内应力，但工艺条件控制得当就会使塑件内应力降低到最小程度，能够保证制件的正常使用。
相反，如工艺控制不当，就会使制件存在很大的内应力，不仅使制件强度性能下降，而且在储存和使用过程中出现翘曲变形甚至开裂，从而造成镀层的开裂，甚至脱落。
所以工艺参数的控制应使制件内应力尽可能小。要控制的工艺条件有原材料干燥、模具温度、加工温度、注射速度、注射时间、注射压力、保压压力、保压时间、冷却时间等。
6. 塑件后处理对电镀的影响
由于注塑条件、注射机选择、制件造型设计及模具设计的原因，都会使塑件在不同部位不同程度地存在内应力，它会造成局部粗化不足，使活化和金属化困难，最终造成金属化层不耐碰撞和结合力下降。
试验表明，热处理和用整面剂处理都可有效地降低和消除塑件内应力，使镀层结合力提高20～6O%。此外，成型后的塑件应专门包装、隔离，严禁碰伤、划伤表面，以免影响电镀外观。检验时检验员应戴脱脂手套，防止污染镀件表面，影响镀层结合力。
ABS是什么材料？ABS、PE、PP、PVC材料的区别
在我们的生活中我们总会碰到各种各样的材料，有些是我们认识的，而有些与我们的生活息息相关但我们并不注意到，今天小编带大家去了解的是ABS材料。ABS是什么材料？ABS、PE、PP、PVC材拌料的区别是什么？我们了解下∶
发展前景∶
ABS是上世纪40年代发展起来的通用热塑性工程塑料，是一个综合力学性能十分优秀的塑料品种，不仅具有良好的刚性、硬度和加工流动性，而且具有高韧性特点，可以注塑、挤出或热成型。大部分汽车部件都是用注塑成型方法加工的，ABS树脂的优点是抗冲性、隔音性、耐划痕性，耐热性更好，比PP更美观，特别在横向抗冲性和使用温度较为严格的部件。ABS树脂是汽车中使用仅次于聚氨脂和聚丙烯的第三大树脂。ABS树脂可用于车内和车外部外壳，方向盘、导油管及把手和按钮等小部件，车外部包括前散热器护栅和灯罩等。
ABS树脂容易加工，加工尺寸稳定性和表面光泽好，容易涂装、着色，还可以进行喷涂金属、电镀、焊接和粘接等二次加工性能，可广泛应用于电子电器领域，包括各种办公和消费性电子/电器，办公电器包括电子数据处理机、办公室设备。如今在电子电器市场，ABS树脂在要求阻燃和高耐热的电子/电器市场中将保持其地位，阻燃与耐高热的ABS树脂在与ABS/PC等工程塑料合金的竞争中具有明显的优势。
ABS树脂在日用消费品领域具有广泛的应用，比如建材管材、板材或片材，如今被价格更为低廉的PVC树脂取代了一部分。ABS树脂用于与建筑有关的领域，其中挤出片材用于卫生器具如澡盒、游泳池衬里等，另外注塑成型的管材和管件，少量生产挤出成型的电话电缆管线。
主要用途∶
PC/ABS再生料是一种重要的工程塑料合金，广泛应用于汽车、电子电气、办公和通讯设备等领域。如今，为了满足在应用领域（特别是电子、电气产品）防火安全的特殊要求，PC/ABS合金的阻燃技术成为人们研究的热点。但随着科技的进步，对材料环境友好性的要求越来越高，传统的卤系阻燃带来的危害日益明显。
在工程中，ABS广泛运用到工程管道中，在市政中对材质要求比较高的项目的池底管道—般可采用ABS管道。
ABS是什么材料?
ABS（丙烯腈-苯乙烯-丁二烯共聚物，ABS是Acrylonitrile Butadiene Styrene的首字母缩写）是一种强度高、韧性好、易于加工成型的热塑型高分子材料结构，又称ABS树脂。ABS树脂是目前产量最大，应用最广泛的聚合物，它将PS、SAN、BS的各种性能有机地统一起来，兼具韧，硬，刚相均衡的优良力学性能。ABS是丙烯腈、丁二烯和苯乙烯的三元共聚物，A代表丙烯腈，B代表丁二烯，S代表苯乙烯。
ABS树脂可用注塑、挤出、真空、吹塑及辊压等成型法加工为塑料，还可用机械、粘合、涂层、真空蒸着等法进行二次加工。由于其综合性能优良，用途比较广泛，主要用作工程材料，也可用于家庭生活用具。由于其耐油和耐酸、碱、盐及化学试剂等性能良好，并具有可电镀性，镀上金属层后有光泽好、比重轻、价格低等优点，可用来代替某些金属。还可合成自熄型和耐热型等许多品种，以适应各种用途。
ABS、PE、PP、PVC材料的区别∶
ABS∶是丙烯腈、丁二烯、苯乙烯的合成塑料
丙烯腈、丁二烯、苯乙烯三种单体的接枝共聚合产物，取它们英文名的第一个字母命名。它是—种强度高、韧性好、综合性能优良的树脂，用途广泛，常用作工程塑料。工业上多以聚丁二烯胶乳或苯乙烯含量低的丁苯橡胶为主链，与丙烯腈、苯乙烯两种单体的混合物接枝共聚合制得。实际上它往往是含丁二烯的接枝聚合物与丙烯腈-苯乙烯共聚物SAN或称 AS的混合物。近年来也有先用苯乙烯、丙烯腈两种单体共聚，然后再与接枝共聚的ABS树脂以不同比例混合，以制得适应不同用途的各种 ABS树脂。20世纪50年代中期已开始在美国工业化生产。
PE∶聚乙烯
是日常生活中最常用的高分子材料之一，大量用于制造塑料袋，塑料薄膜，牛奶桶的产品。 聚乙烯抗多种有机溶剂，抗多种酸碱腐蚀，但是不抗氧化性酸，例如硝酸。在氧化性环境中聚乙烯会被氧化。 聚乙，烯在薄膜状态下可以被认为是透明的，但是在块状存在的时候由于其内部存在大量的晶体，会发生强烈的光散射而不透明。聚乙烯结晶的程度受到其枝链的个数的影响，枝链越多，越难以结晶。聚乙烯的晶体融化温度也受到枝链个数的影响，分布于从90摄氏度到130摄氏度的范围，枝链越多融化温度越低。聚乙烯单晶通常可以通过把高密度聚乙烯在130摄氏度以上的环境中溶于二甲苯中制备。
PP∶聚丙烯
是一种半结晶的热塑性塑料。具有较高的耐冲击性，机械性质强韧，抗多种有机溶剂和酸碱腐蚀。在工业界有广泛的应用，是平常常见的高分子材料之一。澳大利亚的钱币也使用聚丙烯制作。
PVC∶聚氯乙烯
是一种使用一个氯原子取代聚乙烯中的一个氢原子的高分子材料。聚氯乙烯的最大特点是阻燃，因此被广泛用于防火应用。但是聚氯乙烯在燃烧过程中会释放出盐酸和其他有毒气体。
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