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聚合物的收縮率是指聚合物制品在成型溫度下尺寸與從模具中取出冷卻至室溫后尺寸之差的百分比，它反映的是聚合物制品從模具中取出卻后尺寸縮減的程度。聚合物的收縮率大小決定了聚合物制品尺寸的精密度。要提高聚合物制品的尺寸精密度，一是要盡可能減少其收縮率，二是要精確控制其收縮率。

 

影響塑料收縮率的因素

 

一個(gè)具體的聚合物其收縮率也不是固定的，受各種因素影響而經(jīng)常變化，那么哪些因素會影響聚合物的收縮率呢？

 

影響聚合物收縮率的因素有樹脂品種、成型條件、產(chǎn)品形狀、模具結(jié)構(gòu)等，不同的聚合物材料的收縮率也各不相同，其次聚合物的收縮率還與制品的形狀、內(nèi)部結(jié)構(gòu)的復(fù)雜程度、是否有嵌件等有很大的關(guān)系。概括起來，影響聚合物收縮率的具體因素有以下幾個(gè)方面。

 

聚合物原材料的影響

 

（1）聚合物的品種

 

聚合物的品種不同其收縮率不盡相同，即使聚合物品種相同而添加材料不同收縮率也大不相同，具體可以見下表。

 

不同原料的收縮率

 

 

從表中可以看出，熱塑性聚合物品種收縮率以40%增強(qiáng)的PPS收縮率最低為0.2%，熱固性聚合物以環(huán)氧樹脂的收縮率最低也為0.2%，如此看來聚合物的最低收縮率就是0.2%了。

 

收縮率最大的聚合物為氟類聚合物，其收縮率最高可以達(dá)到6%左右；收縮率次大者為低密度聚乙烯，其收縮率最大可以達(dá)到5%。有些樹脂如聚甲醛的成型后收縮大，而且不固定，一周左右才會穩(wěn)定。

 

（2）聚合物的結(jié)晶度

 

什么原因?qū)е戮酆衔镏破窌惺湛s現(xiàn)象？哪此因素影響聚合物的收縮率大小不同？具體原因有兩個(gè)

 

一是聚合物結(jié)晶造成的收縮，不同聚合物的結(jié)晶度大小不同，同一種原料不同條件下其結(jié)晶度也不同，因此收縮率大小不同，一般規(guī)律是結(jié)晶度越小收縮率也越小；

 

二是聚合物制品熱脹冷縮造成的收縮，從聚合物黏流態(tài)熔體充慢模具到聚合物制品冷卻定型開模的溫度下降就導(dǎo)致冷卻收縮，因?yàn)椴煌酆衔锏木€膨脹系數(shù)不同，因此熱脹冷縮產(chǎn)生的收縮也不同。

 

在眾多影響因素中，樹脂的結(jié)晶度大小對收縮率影響最大。

 

（3）聚合物的分子量

 

同一種原料分子量越大，其收縮率越小。以PP為例，不同大小的熔體流動(dòng)指數(shù)收縮率大小完全不同，具體見下表所示。

 

不同分子量大小PP的收縮率

 

 

（4）聚合物的改性

 

樹脂中添加其他樹脂、彈性體、填料改性后，其收縮率有不同程度下降。

 

樹脂的收縮率不同，在熔融加工過程中，極大地影響了其制品的成型精度。要想加工出高精密度的塑料制品，就必須采用低收縮率的樹脂。

 

以PP樹脂為例，其收縮率為1.8%-2.5%，而且隨著分子量越小其收縮率越大，PP很難做出高精度制品。為此，世界各大公司都在積極研究在保證樹脂性能的條件下，降低樹脂的自身收縮率，如巴塞爾開發(fā)出低收縮率僅為1%的牌號為Hifax CA207A的低收縮率PP。

 

成型工藝對制品收縮率的影響

 

在聚合物制品成型過程中也可以通過以下幾種方式降低成型收縮率：

 

（1）成型溫度不變，注射壓力增大，收縮率減小;

 

（2） 保持壓力增大，收縮率減小;

 

（3）熔體溫度提高，收縮率有所降低;

 

（4） 模具溫度高，收縮率增大;

 

（5）保壓時(shí)間長，收縮率減小，但澆口封閉后不影響收縮率;

 

（6）模內(nèi)冷卻時(shí)間長，收縮率減小;

 

（7）注射速度高，收縮率略有增大傾向，影響較小;

 

（8） 成型收縮大，后收縮小。后收縮在開始兩天大，一周左右穩(wěn)定。

 

制品結(jié)構(gòu)對制品收縮率的影響

 

制品壁厚大小對收縮率影響很多，一般情況下：

 

（1）厚壁塑件比薄壁塑件收縮率大。但大多數(shù)聚合物1mm薄壁制件反而比2mm收縮率大，這是由于熔體在模腔內(nèi)阻力增大的緣故；

 

（2）制品上帶有嵌件比不帶嵌件的收縮率小；

 

（3）制品形狀復(fù)雜的比形狀簡單的收縮率要小；

 

（4）制品長度方向的尺寸比厚度方向尺寸的收縮率小；

 

（5）帶孔制品內(nèi)孔收縮率大、外形收縮率小。

 

模具結(jié)構(gòu)對制品收縮率的影響

 

可以減少制品收縮率的模具結(jié)構(gòu)：

 

（1）澆口尺寸大，收縮率減小；

 

（2）垂直的澆口方向收縮率減小、而平行的澆口方向收縮率增大；

 

（3）遠(yuǎn)離澆口比近澆口的收縮率小；

 

（4）有模具限制的制品部分的收縮率小、而無限制的制品部分的收縮率大。

 

塑料性質(zhì)對制品收縮率的影響

 

（1） 結(jié)晶型塑料收縮率大于無定形塑料；

 

（2） 相同分子量的樹脂，流動(dòng)性好的塑料成型收縮率小；

 

（3） 塑料中加入填充料，成型收縮率明顯下降；

 

（4）不同批量的相同塑料，成型收縮率也不相同。

 

降低塑料收縮率的改性方法

 

聚合物收縮率越低，制品的尺寸精度就會越高，下面簡單介紹幾種有效降低聚合物收縮率的改性方法。

 

各類纖維填充改性

 

這里所指的纖維包括各類無機(jī)纖維和有機(jī)纖維。以短玻璃纖維增強(qiáng)為例，在PP樹脂中加入不同含量的玻璃纖維都可以大幅度降低其成型收縮率。

 

不同含量玻璃纖維增強(qiáng)PP的收縮率

 

 

與短玻璃纖維相比，長玻璃纖維增強(qiáng)聚合物的優(yōu)點(diǎn)為收縮率更低，而且縱橫向收縮率一致。晶須增強(qiáng)聚合物的收縮率比玻璃纖維增強(qiáng)聚合物的低，如玻璃纖維與硫酸鈣晶須增強(qiáng)PP和ABS材料收縮率的比較如下。

 

 

無機(jī)填料填充改性

 

無機(jī)填料具體包括滑石粉、碳酸鈣、硫酸鋇、云母粉、硅灰石及蒙脫土等，不同的填料品種、性狀、粒度和表面處理程度都影響對樹脂收縮率的改性效果。

 

（1）填料的形狀

 

不同品種無機(jī)填料的形狀不同，對收縮率的影響效果不同，具體影響大小順序?yàn)槠瑺?gt;針狀>顆粒>球狀，如片狀的蒙脫土和云母對復(fù)合材料收縮率的降低就很明顯。

 

例如，在PP中加入相同含量的各類填料其對PP收縮率的影響見下表所示。

 

不同品種填料對PP收縮率的影響

 

 

再如，在PP(HHP10)中加入20%不同形狀的填料，復(fù)合材料的收縮率見下表所示。

 

不同形狀填料復(fù)合PP(20%填料+8%POE)的收縮率

 

 

（2）填料的粒度

 

同一種填料的粒度不同，對收縮率的影響效果也不同，粒度越小對收縮率的降低幅度就越大。以滑石粉填充PP (20%滑石粉+8%POE)為例，不同粒度滑石粉對收縮率的影響如下。

 

不同粒度滑石粉對PP復(fù)合材料收縮率的影響

 

 

（3）填料的表面處理

 

同一種填料，在與樹脂復(fù)合時(shí)是否進(jìn)行表面處理，對收縮率的影響效果也不同。進(jìn)行表面處理的填料，對收縮率影響效果更大。例如以10%含量滑石粉填充ABS為例，具體效果見下表所示。

 

是否表面處理對滑石粉/ABS復(fù)合材料收縮率的影響

 

 

（4）填料的用量

 

同一種填料添加量不同對收縮率的影響也不同，添加量越大收縮軍的下降越大。

 

以PP填充為例，滑石粉不同填充量對收縮率的影響見下表所示。

 

1250目滑石粉不同含量對PP復(fù)合材料收縮率的影響

 

 

降低結(jié)晶度改性

 

（1）添加降低結(jié)晶助劑

 

常用的降低結(jié)晶助劑為小分子化合物，加入后在熔融狀態(tài)時(shí)破損了大分子的規(guī)則性、阻礙大分子的運(yùn)動(dòng)，從而達(dá)到降低結(jié)晶的目的。

 

如一種市場上提供的有機(jī)降結(jié)晶劑A，外觀為黃白色粉末，熔點(diǎn)為60℃左右，在PP中加入0.5-1%即可。又如一種市場上提供的無機(jī)降結(jié)晶劑B，外觀為白色粉末，PH值為8，白度95%，在PP中加入0.5-1%即可。

 

（2）添加其他樹脂共混

 

如在PP中共混少量的LDPE、HDPE樹脂，可以大大破壞PP在加工中的結(jié)晶性能，以在PP中加入PE樹脂為例，不同含量PE對PP收縮率的影響見下表所示。

 

不同含量PE對PP收縮率的影響

 

 

添加其他樹脂對收縮率的影響遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于填充纖維和無機(jī)填料的影響，一般只有玻璃纖維增強(qiáng)PP對收縮率影響幅度可以達(dá)到50%左右。

 

此外也可以添加如PS、ABS、PMMA、PC等非結(jié)晶樹脂，同樣可以起到降低結(jié)晶的作用。

 

具體舉例為UP樹脂中加入其它樹脂，可以大大降低制品收縮率：

 

第一代：加入PS、PE，收縮率降低為0.2-0.4%；

 

第二代：加入PMMA，收縮率降低為0.05%；

 

第三代：加入PVAC，收縮率降低為0.03%。

 

共混彈性體改性

 

可以共混的彈性體包括POE、EPDM、SBS等，各類彈性體對塑料收縮率的影響很接近。

 

不同含量彈性體對PP收縮率的影響

 

 

在彈性體含量低于5%以下時(shí)，各類彈性體對PP收縮率的影響基本相同。只是彈性體含量超過5%以后，不同彈性體品種的影響程度出現(xiàn)分歧，對收須率影響大小的順序?yàn)镻OE>EPDM>SBS,與彈性體對PP的增韌效果一致。

 

在PP中采用無機(jī)填料 與彈性體混合加入，收縮率下降效果更好。在滑石粉含量為20%時(shí)，不同含量的POE對PP收縮率的影響見下表所示。

 

不同POE含量對20%滑石粉填充PP收縮率的影響

 

 

化學(xué)交聯(lián)和接枝改性

 

以PP樹脂為例，接枝改性后可以降低樹脂結(jié)晶度，從而達(dá)到降低收縮率的目的。以PE交聯(lián)為例，交聯(lián)可以大幅度降低樹脂線膨脹系數(shù)，從而達(dá)到降低收縮率的目的。