
翹曲是結晶性塑料(如PA6、PA66)在加工過程中因不均勻收縮而導致的內應力體現。要解決這個問題,需要從材料、模具設計、加工工藝和后處理四個方面系統性地入手。

以下是詳細的方法和策略:
這是最有效、最根本的方法之一。通過改性可以顯著降低材料的收縮率和各向異性。
選擇低翹曲牌號:
玻璃纖維增強:添加玻璃纖維(GF)可以大幅降低收縮率,但需要注意的是,玻璃纖維的取向會導致各向異性收縮(流動方向與垂直方向收縮率不同),可能引發新的翹曲問題。通常玻璃纖維含量越高,整體收縮率越低,但需配合良好的模具設計來管理取向。
礦物填充:添加滑石粉、硫酸鋇等礦物填料。這些填料形狀通常更接近球形,能有效降低收縮率,且各向異性收縮不明顯,是實現低翹曲的優選方案。很多商用低翹曲牌號就是“玻璃纖維+礦物”的復合填充體系。
半結晶 vs 非晶:PA6和PA66是半結晶材料,結晶過程會產生較大的體積收縮。在某些極端情況下,可以考慮使用非晶尼龍(如PA6I/6T,PA10T/X等),但其成本高昂,主要用于耐高溫領域。
使用成核劑:在材料中添加成核劑可以加快結晶速度,使晶體結構更細小、更均勻。這有助于減少因結晶度差異導致的收縮不均,從而降低翹曲。
材料預處理:
充分干燥:尼龍極易吸濕。加工前必須嚴格干燥(如80-90℃下干燥4-6小時,露點<-40℃)。含水率過高會導致水解降解,分子鏈斷裂,產品強度下降,且冷卻時水分揮發會形成氣泡(俗稱“水花”),加劇收縮不均和翹曲。
使用除濕干燥機:確保干燥空氣的露點足夠低,以保證干燥效果。

模具設計是控制翹曲的另一個核心環節。
澆口設計與位置:
數量與大小:采用多個澆口可以縮短熔體流動路徑,減少分子和纖維的取向,使填充和保壓壓力分布更均勻。澆口尺寸要足夠大,以利于保壓壓力的有效傳遞。
位置:澆口應設置在產品壁厚最厚的部位,以保證保壓壓力能有效地補充到最需要補縮的區域。避免將澆口放在薄壁區域,否則厚壁區域得不到充分補縮而收縮下沉。
冷卻系統設計:
均勻冷卻:冷卻不均絕對是翹曲的首要元兇之一。模具型芯和型腔的冷卻水道必須對稱、均勻,確保產品兩側以相同的速率冷卻。冷卻水道應盡可能靠近型腔表面,且保證冷卻液充分湍流。
溫度控制:使用模溫機精確控制模具溫度。對于PA6/PA66,通常推薦模溫在80-100℃。較高的模溫雖然延長了周期,但允許分子鏈有更多時間松弛,減少內應力,并使結晶更充分均勻,從而減少翹曲。
產品與流道設計:
壁厚均勻:這是模具設計的第一原則。壁厚突變會導致冷卻速度和收縮率的不一致,必然產生翹曲。在厚度變化處必須使用漸變過渡。
對稱設計:在可能的情況下,盡量使產品結構對稱,這樣收縮力可以相互抵消。
加強筋與支撐:合理設計加強筋和支撐結構(如三角筋),可以顯著提高產品剛性,抵抗收縮應力。但要注意筋的厚度通常為主壁厚的40%-60%,以免背面產生縮痕。
排氣:良好的排氣能保證熔體順利充滿型腔,避免困氣造成的燒焦、填充不滿或壓力不均。
工藝參數的設置直接影響熔體在模內的流動、壓實和冷卻行為。
注射速度:
采用中速或慢速注射。過快的注射速度會產生高的剪切應力,加劇分子和纖維取向,增加各向異性收縮。但速度過慢可能導致熔體前鋒溫度下降過多,產生冷料。
采用多級注射:在通過澆口和薄壁處時采用高速,在填充大部分型腔時改用中低速,以求平衡填充效率和取向問題。
保壓壓力與時間:
保壓壓力:這是補償收縮最重要的階段。壓力過高會導致過保壓,產品內應力大,脫模后易翹曲;壓力過低則補縮不足,收縮大。通常保壓壓力為注射壓力的50%-80%,需要根據實際情況調整。
保壓時間:保壓時間必須持續到澆口封凍為止。保壓時間不足是導致收縮過大的常見原因。可以通過稱量產品重量的方法來確定最佳保壓時間(當產品重量不再隨保壓時間增加而增加時,即為最佳時間)。
多級保壓:采用從高到低的階梯式保壓曲線通常效果更好。初期高壓補償大部分體積收縮,后期低壓釋放內應力。
模具和熔體溫度:
熔體溫度:在材料推薦范圍內(PA6通常為240-280℃,PA66為260-290℃),適當提高熔體溫度可以降低粘度,有利于保壓傳遞和分子鏈松弛,減少取向和內應力。但過高的溫度會導致降解。
模具溫度:如前所述,提高模溫(如90℃)是減少內應力和翹曲的有效手段。它使冷卻速度變慢,結晶更完善,收縮更均勻。
冷卻時間:確保產品充分冷卻定型后再開模。冷卻時間不足,產品內部還未完全冷卻,頂出時極易變形。
對于已經產生內應力或輕微翹曲的產品,可以進行后處理來矯正。
退火處理:將產品在高于使用溫度10-20℃,但低于其熱變形溫度5-10℃的溫度下(如對于PA66,可在120-150℃的烘箱中),加熱一段時間(根據壁厚,通常0.5-4小時),然后緩慢冷卻至室溫。此過程可以消除內應力,使分子鏈段重排,穩定產品尺寸,矯正翹曲。
矯形夾具:對于輕微翹曲,可以在退火后使用矯形夾具將其固定,待冷卻后定型。
首選方案:與材料供應商溝通,選擇一款合適的低翹曲改性牌號(如礦物填充或玻纖/礦物復合填充),這是事半功倍的方法。
確保干燥:嚴格干燥物料,這是保證加工質量的前提。
優化模具:檢查模具的冷卻系統是否均勻,澆口位置和大小是否合理。這是解決翹曲問題的核心。
調整工藝:
使用模溫機,適當提高模具溫度。
采用中低速注射。
優化保壓壓力和時間(采用多級保壓),確保充分補縮但又不過度。
保證足夠的冷卻時間。
后續補救:對于試模后仍有翹曲的產品,考慮退火處理并配合矯形。
通過以上系統性的方法,絕大多數尼龍產品的翹曲問題都可以得到有效解決或顯著改善。
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