PP在電器附件行業(yè)中的縮水變形問題和解決方案分析

汪 順

（飛雕電器集團(tuán)有限公司 上海 201614）

前言

聚丙烯（簡稱PP）是無毒、無臭、無味的乳白色蠟狀物固體顆粒，俗稱“百折膠”，PP為結(jié)晶型高聚物，常用塑料中PP最輕，密度僅為0.92 g/cm3（比水?。?，它具有良好的耐應(yīng)力開裂性，有很高的彎曲疲勞壽命，成型溫度：160～220 ℃ 。在通用塑料中，PP的耐熱性最好，其熱變形溫度為80～100 ℃，能在沸水中煮。PP產(chǎn)品質(zhì)輕、韌性好、耐化學(xué)性好。PP料具有共聚改性、交聯(lián)改性、共混改性、填充改性。相比較聚碳酸酯材料（PC料）而言，PP料沒有內(nèi)應(yīng)力導(dǎo)致產(chǎn)品開裂的說法，一般通過加入玻纖或者一些金屬添加劑的方法對PP料進(jìn)行改性。PP料的缺點(diǎn)是：尺寸精度不太高；高溫的時候剛性不夠；低溫的時候變脆；適用外界環(huán)境能力較差；其產(chǎn)品在室外使用的時候，容易導(dǎo)致變色變脆。抗拉強(qiáng)度的各向異性比較大，塑膠件容易發(fā)生整體或者局部變形，在連續(xù)溫度比較低的情況下，載荷時間不宜過長；移印、噴碼刻字效果比較差。

由于結(jié)晶，PP的收縮率相當(dāng)高，一般為1.0～2.5 %，推薦值為1.4 %，溢邊值為0.03 m，一般在加入25 %的玻纖等添加劑可以把收縮率降低到0.65 %左右。PP材料在聚物型的狀態(tài)下具有良好的性溶解的性能、抗酸堿腐蝕的性能、抗吸濕的性能。但是不耐四氯化碳溶劑或芳香烴類的溶劑。PP材料有明顯的熔點(diǎn)，一般將溫度加到175 ℃就能使其開始慢慢熔化，在310 ℃的時候會有部分分解；370 ℃的時候就會大量的分解；所以，注塑工程師在注塑調(diào)機(jī)的時候，溫度區(qū)間可調(diào)范圍比較大，注塑機(jī)一般使用溫度為195～250 ℃左右；PP材料可以做為注塑機(jī)的的清洗料筒的清洗劑。PP材料本身是不會吸水，大部分情況下不需要用烘干機(jī)進(jìn)行烘干，但是有時候為了產(chǎn)品質(zhì)量保持平穩(wěn)，也可以用大約65 ℃左右的溫度對其烘1個小時左右，來蒸發(fā)原料中所含的一些浮水。另外，PP材料在快要接近熔點(diǎn)的時候，其的固態(tài)與液態(tài)的體積相比差別比較大，加上收縮的程度不同，所以容易導(dǎo)致產(chǎn)品縮水變形；因此，在其產(chǎn)品內(nèi)部結(jié)構(gòu)設(shè)計的時候，要盡量采取塑膠件內(nèi)部壁厚均勻；由于PP材料熔體的粘度比較小，流動性也比較好，塑膠件薄壁處有時候不能完全注滿；所以我們在開模時候，對模廠生產(chǎn)設(shè)備、尺寸制作精度要求比較高，否則塑膠件很容易出現(xiàn)飛邊、局部縮水。

根據(jù)以上PP材料所具有的物理性能、化學(xué)性能，使電器行業(yè)中墻壁開關(guān)或者排插等產(chǎn)品的應(yīng)用越來越廣泛，對于中端產(chǎn)品廠家慢慢用以聚丙烯為材料代替一些以聚碳酸酯為材料所設(shè)計的產(chǎn)品或者在不改變產(chǎn)品模型的情況下替換其它幾個材料的產(chǎn)品零件，來降低生產(chǎn)廠家的產(chǎn)品生產(chǎn)成本，PP在材料廠家改性的情況下，是能滿足電器行業(yè)開關(guān)、排插類產(chǎn)品的所有安全設(shè)置標(biāo)準(zhǔn)，但其致命的弱點(diǎn)——制件的縮水變形較大，在設(shè)計以及注塑過程中不注重材料特性，會使塑件表面凸點(diǎn)以及頂白、局部變形，因此如何降低以及去除PP料類產(chǎn)品縮水變形，是使用該料的各大生產(chǎn)電器產(chǎn)品的廠家、模具制造的廠家所需要面對以及解決的問題。

本文就以PP材料在電器行業(yè)中所生產(chǎn)的產(chǎn)品的出現(xiàn)縮水變形問題給予相應(yīng)的解決方案。

1 PP材料縮水變形的現(xiàn)象介紹

縮水變形是塑膠件產(chǎn)品表面出現(xiàn)一條一條凹印就是通常所說的‘縮水’，也有叫‘縮印’，或者叫‘縮影’。其形成主要的原因是由于材料本身從熔融態(tài)時冷卻然后出現(xiàn)定型的過程后塑膠件，其內(nèi)部分子鏈要向內(nèi)產(chǎn)生的一定程度的收縮，所以產(chǎn)品底部膠位越厚的地方其縮水變形就會越嚴(yán)重。所以為了解決PP材料縮水變形的問題，我們在生產(chǎn)注塑時候，一方面通過要靠增加保壓，另一方面要提高冷卻效果來改善。保壓就是說在唧嘴射膠后，螺桿要繼續(xù)運(yùn)動向前保持壓力不變使模具內(nèi)部型腔填滿，增加材料的密度從而減小塑膠件的收縮比例。此外，成型的產(chǎn)品表面所出現(xiàn)的凹陷、凹坑通常叫‘縮水’或者‘縮孔’，是由于塑膠件成型的時候收縮所形成的，其模具由于塑膠件厚壁部分比薄壁部分冷卻慢一點(diǎn)，致使厚壁部分很容易出現(xiàn)縮水，因此大部分PP材料的產(chǎn)品難以消除表面縮水，致使好多模廠制作模具的時候，接以PP材料的模具都很慎重。另外，其模具的模溫稍微高的部位冷卻就會很緩慢，從而形成了模具內(nèi)部局部溫差較大，再加上模具本身的熱傳導(dǎo)的性能差別，那么模具溫度偏高、熱傳導(dǎo)較差的塑膠部位就會出現(xiàn)縮水。所以，我們工程師在設(shè)計產(chǎn)品時就應(yīng)該考慮采用避免出現(xiàn)縮水的方法來防止模具工程師在設(shè)計不好的模具內(nèi)部結(jié)構(gòu)。在設(shè)計產(chǎn)品內(nèi)部結(jié)構(gòu)時候，把內(nèi)部加強(qiáng)筋、橫筋變薄一點(diǎn)，用倒圓角進(jìn)行圓滑過渡；另外把外產(chǎn)品表面設(shè)計成交叉十字形或者漂亮花紋來避免肉眼看到表面縮水。

2 PP材料產(chǎn)品表面縮水變形的解決方案

如何避免PP材料的塑膠件的表面縮水變形的問題，是一個比較難的問題，根據(jù)我們飛雕電器集團(tuán)有限公司研發(fā)、質(zhì)量等技術(shù)人員在生產(chǎn)及工作中長期積累總結(jié)，得出首先需要從抗拉強(qiáng)度、伸長率、缺口沖擊強(qiáng)度、灼熱絲試驗、針焰試驗、球壓等原材料幾個方面對產(chǎn)品原料控制以及塑膠件內(nèi)部結(jié)構(gòu)、模具制作、注塑調(diào)機(jī)來進(jìn)行控制和改善，才能有效改善塑膠件的表面縮水變形的問題，當(dāng)然如果說PP材料的產(chǎn)品完全沒有縮水變形，可以說到目前是沒有的，只有盡可能降低肉眼所能看到的縮水變形的產(chǎn)品。

2.1 PP原料相關(guān)方面的控制

對高結(jié)晶塑料的聚丙烯材料的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，PPR0508M試驗結(jié)果如表1與表2所示。

其中抗拉強(qiáng)度的大小不但體現(xiàn)材料本身的性能，而且也會直接影響原材料的售價以及塑膠件產(chǎn)品的注塑成型時間；根據(jù)我司實(shí)驗室的數(shù)據(jù)以及相關(guān)技術(shù)人員的經(jīng)驗，PP原材料的抗拉強(qiáng)度應(yīng)控制在大于等于22 MPa。

表1 PP-R0508M試驗結(jié)果（1）

表2 PP-R0508M試驗結(jié)果（2）

2.2 產(chǎn)品設(shè)計結(jié)構(gòu)及裝配、注塑工藝改善

PP材料塑膠件壁厚要均勻，PP料的塑膠件壁厚分布是在產(chǎn)品的任何一處截面上厚度要均勻一致是比較理想的。不均勻的塑膠件壁厚會出現(xiàn)不同程度的冷卻、收縮，致使其表面縮水變形、內(nèi)部結(jié)構(gòu)產(chǎn)生局部縮孔變形、尺寸精度降低等一系列問題。常見塑件均勻壁厚設(shè)計的范例如圖1所示。如果零件均勻壁厚不可能獲得，那么至少需要保證零件壁厚處與壁薄處有光滑的過渡， 避免零件壁厚出現(xiàn)急劇的變化。急劇變化的零件壁厚影響塑膠熔料的流動，容易在塑膠背面產(chǎn)生熔接痕，影響產(chǎn)品外觀；

四種零件壁厚不均勻處的壁厚設(shè)計如圖2所示。最差的壁厚設(shè)計見圖2（a），較好的壁厚設(shè)計見圖2（b）和圖2（c），壁厚壁薄處均勻過渡，一般來說，過渡區(qū)域的長度為厚度的3倍；最好的壁厚設(shè)計見圖2（d），不但零件壁厚光滑過渡，而且在零件壁厚處使用掏空的設(shè)計既保證零件不發(fā)生縮水，又保證零件強(qiáng)度。

檢查零件薄厚是否均勻的方法是在三維軟件中做無數(shù)個剖截面，零件是否具有均勻壁厚則一目了然。

2.3 PP材料塑膠件要避免設(shè)計尖角

PP料塑膠件的內(nèi)部結(jié)構(gòu)、外部結(jié)構(gòu)要不要設(shè)計尖角。尖角情況下會阻止熔料的狀態(tài)下塑膠件在模具內(nèi)的流動，很容易發(fā)生外觀縮水變形；所以在塑膠件的尖角的地方，應(yīng)當(dāng)增加倒圓角進(jìn)行平穩(wěn)圓滑過渡。

圖1 零件壁厚應(yīng)均勻示意圖

圖2 四種零件不均勻處的壁厚設(shè)計示意圖

2.3.1 塑膠件避免在分型面上設(shè)計尖角

如何避免PP料的塑膠件的外部尖角也要視情況而論。其在分型面上不要設(shè)計圓角，這樣使模廠在制作模具的時結(jié)構(gòu)設(shè)計比較復(fù)雜，增加制作模具成本，同時容易出現(xiàn)假線斷差，影響產(chǎn)品外觀。通常在塑膠件分型面上設(shè)計成直角比較好，如圖3所示。

2.3.2 避免在塑膠熔料流動方向上產(chǎn)生尖角

在塑膠件塑膠熔料方向上避免產(chǎn)生尖角，如圖4所示，圖中箭頭的方向為塑膠熔料的流動方向。在原始的設(shè)計中，尖角易導(dǎo)致零件在注射過程中產(chǎn)生困氣，局部的高溫造成塑膠分解，在零件表面產(chǎn)生縮水變形，同時尖角容易產(chǎn)生披鋒；在改進(jìn)的設(shè)計中，通過設(shè)計的優(yōu)化避免尖角的產(chǎn)生，保證塑膠熔料的流動順暢。

2.3.3 避免零件壁連接處產(chǎn)生尖角

塑膠件應(yīng)當(dāng)避免尖角的設(shè)計，在尖角的地方添加圓角或者過度圓角R0.2 mm，一般來說，零件截面連接處內(nèi)部圓角R為0. 5壁厚，外部圓角為0.5壁厚加上壁厚的厚度，既保證了零件的均勻壁厚，如圖5所示。當(dāng)然，圓角也不可太大，否則容易使得零件局部壁厚太大，造成縮水。

2.4 加強(qiáng)筋的設(shè)計

加強(qiáng)筋的厚度太大，容易造成零件表面縮水和帶來外觀質(zhì)量問題。加強(qiáng)筋的厚度太小，零件注射困難，而且對零件的強(qiáng)度增加作用有限。為了防止零件表面縮水（特別是外觀要求較高的零件），PP材料加強(qiáng)筋厚度與壁厚比值0.45，對產(chǎn)品內(nèi)部零件或者外觀要求不高的零件加強(qiáng)筋厚度與壁厚比值0.5。通過調(diào)整澆口的位置讓加強(qiáng)筋靠近澆口和調(diào)整注射工藝參數(shù)能夠降低零件表面縮水程度。對于PP材料的塑膠件的壁厚小于1.3 mm，那么加強(qiáng)筋的厚度可以大于或者等于零件壁厚。加強(qiáng)筋位厚度值越小，表面縮水變形會比較小。

橫筋與加強(qiáng)筋連接處、塑膠件壁與加強(qiáng)筋連接處加過渡圓角后，塑膠件的壁厚局部尺寸變大（如圖6所示），容易造成塑膠件表面出現(xiàn)縮水變形。此時可在局部壁厚處做挖空處理，保持零件均勻壁厚，避免零件表面縮水的發(fā)生。

2.5 注塑模具的結(jié)構(gòu)設(shè)計改善

做預(yù)變形處理，PP料表面容易發(fā)生翹曲變形（如圖7所示），模具設(shè)計時，先要進(jìn)行調(diào)整進(jìn)膠方式后再組裝成品目測，如果明顯影響外觀需做預(yù)變形處理（黑色線條為樣品翹曲方向）。另外，PP料離膠口遠(yuǎn)的兩端尺寸大，為了避免兩端尺寸不一致，模具上要補(bǔ)償，如圖8所示。

圖3 分型面上避免圓角示意圖

圖4 避免在塑膠熔料方向上產(chǎn)生尖角示意圖

圖5 圓角的設(shè)計示意圖

圖6 避免局部厚度過大示意圖

圖7 樣品翹曲方向示意圖

圖8 兩端尺寸不一致示意圖

圖9 頂針均勻示意圖

模具上的頂針要均勻（如圖9所示），考慮PP料的特性頂針不能加在筋位上應(yīng)該加上面上。在注塑過程中，一般采用高注射壓力（約1 700 bar左右）、保壓壓力（約注射壓力的75 %）。在注塑全程的90 %時候調(diào)成保壓狀態(tài)下，用較長的時間保壓進(jìn)行注塑生產(chǎn)。

3 結(jié)語

目前，PP料應(yīng)用非常廣泛，材料來源豐富、價格低廉，無毒、無味，密度小，尤其在電器附件行業(yè)應(yīng)用日益擴(kuò)大，但由于聚丙烯材料的尺寸不穩(wěn)定以及容易出現(xiàn)縮水變形的現(xiàn)象，生產(chǎn)注塑過程中可以考慮預(yù)變形處理。聚碳酸酯材料（PC料）優(yōu)點(diǎn)是尺寸穩(wěn)定，強(qiáng)度高，適合做高檔次產(chǎn)品，但最近一兩年材料價格漲幅變化較大，價格接近聚丙烯材料的兩倍多。使用PP料代替做中端產(chǎn)品，可以提高產(chǎn)品在市場的占有率，廠家要盡量減小塑膠件縮水變形以及尺寸變化，產(chǎn)品外觀采用細(xì)砂面或者說細(xì)紋面,生產(chǎn)組裝過程中PP料產(chǎn)品容易臟，用少量洗潔精輕輕擦拭外觀。從原材料——塑膠件內(nèi)部結(jié)構(gòu)設(shè)計——模具制作——注塑生產(chǎn)工藝各環(huán)節(jié)要嚴(yán)格把控產(chǎn)品縮水變形問題。筆者總結(jié)的聚丙烯在電器附件行業(yè)應(yīng)用中的結(jié)構(gòu)設(shè)計注意事項對生產(chǎn)有一定的指導(dǎo)作用。