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塑料製品開裂分析及對策
日期：2024-12-26 23:23
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摘要：
塑料製品開裂分析及對策
摘要：開裂是塑料製品經(jīng)常出現(xiàn)的致命缺陷；開裂，包括製件表麵絲狀裂紋、微裂、頂白、開裂及因製件粘模、流道粘模而造成或創(chuàng)傷危機，按開裂時間分脫模開裂和應用開裂。引起開裂的原因涉及到模具
、成型工藝、塑料材料等方麵。本文主要從塑料材料選擇角度探討開裂問題。
關鍵詞：塑料選材 塑料開裂 熱平衡 延展性
1：塑料製品缺陷綜述
塑料製品缺陷表現(xiàn)形式可分為外在缺陷（如表觀、尺寸等）和內部缺陷（如開裂、脆性等）。塑料製品缺陷的本質成因則可歸納為P（力）、V（填充量）、T（溫度）。而塑料製品開裂的**原因則是由於P（力）引起的。
2：塑料製品開裂現(xiàn)象
脫模開裂：塑料製品從模具脫模出來或在機加工過程中出現(xiàn)開裂；這種開裂產(chǎn)生的原因和後果比較容易預估到。
應用開裂：塑料製品在後置一段時間或使用過程中出現(xiàn)開裂。這種開裂往往是比較難預測到的，產(chǎn)生的後果可能是致命的。如前一段時間出現(xiàn)的3GiPhone 手機白色版後蓋開裂現(xiàn)象，給蘋果帶來**煩。（電池加熱升溫導致後蓋塑料熱脹冷縮不均衡引起的）
3：製品開裂成因分析
不管什麼塑料製品，*終開裂本質原因是受力（內應力、外部力等）引起的。由此必須深入了解力的來源。目前一些客戶在塑料選擇上出現(xiàn)一些誤區(qū)，造成大量塑料產(chǎn)品開裂。
現(xiàn)將一些典型案例進行分析：
3.1 圓孔型連接器（代表成型中空製品）
選材背景：聚苯硫醚PPS GF30/GF40可以成型小型圓孔，冇有任何開裂現(xiàn)象。在開發(fā)大圓孔徑係列連接器，再次選用**多家知名廠家PPS GF30/GF40 材料。
加工結果：製品開裂非常嚴重，有些脫模開裂、有些屬於應用開裂。不同廠家同類型含量的PPS均存在製品開裂問題。相關工程師和材料廠商起初確認是塑料衝擊強度不夠，但同時發(fā)現(xiàn)衝擊強度比PPS GF30/40 低的PA6 和PC材料則反而不開裂。選用一些知名廠家提供的高抗衝擊型PPS GF40 材料後，開裂問題仍然存在。（見圖1）
原因分析：由於成型塑料圓孔的模具型芯采用硬質合金材料，金屬材料導熱和散熱能力較強，而一般塑料材料散熱能力則較弱。金屬材料和塑料接觸不可避免產(chǎn)生收縮相差較大情況，塑料產(chǎn)品不同部位溫度也有較大差彆；對於延展性能（斷裂伸長率）不好的塑料無疑會產(chǎn)生斷裂現(xiàn)象。
3.2 中空管材製品（代表塑料型材機加工）
選材背景：考慮到提高強度，將此前使用PEEK 的產(chǎn)品改為PEEK GF30和PPSGF40。由於產(chǎn)品成中空長管狀（壁厚5mm），使用PEEK GF3 和PPS GF40 棒材（Φ95）進行機加工。
加工結果：製品有個彆開裂現(xiàn)象，基本屬於應用開裂。出現(xiàn)斷裂問題處上是處壁厚到壁薄的過渡處。但選用純的PEEK、PP、PC、PEI等棒材進行加工則冇有出現(xiàn)開裂。（見圖2）
關鍵詞：塑料選材 塑料開裂 熱平衡 延展性
1：塑料製品缺陷綜述
塑料製品缺陷表現(xiàn)形式可分為外在缺陷（如表觀、尺寸等）和內部缺陷（如開裂、脆性等）。塑料製品缺陷的本質成因則可歸納為P（力）、V（填充量）、T（溫度）。而塑料製品開裂的**原因則是由於P（力）引起的。
2：塑料製品開裂現(xiàn)象
脫模開裂：塑料製品從模具脫模出來或在機加工過程中出現(xiàn)開裂；這種開裂產(chǎn)生的原因和後果比較容易預估到。
應用開裂：塑料製品在後置一段時間或使用過程中出現(xiàn)開裂。這種開裂往往是比較難預測到的，產(chǎn)生的後果可能是致命的。如前一段時間出現(xiàn)的3GiPhone 手機白色版後蓋開裂現(xiàn)象，給蘋果帶來**煩。（電池加熱升溫導致後蓋塑料熱脹冷縮不均衡引起的）
3：製品開裂成因分析
不管什麼塑料製品，*終開裂本質原因是受力（內應力、外部力等）引起的。由此必須深入了解力的來源。目前一些客戶在塑料選擇上出現(xiàn)一些誤區(qū)，造成大量塑料產(chǎn)品開裂。
現(xiàn)將一些典型案例進行分析：
3.1 圓孔型連接器（代表成型中空製品）
選材背景：聚苯硫醚PPS GF30/GF40可以成型小型圓孔，冇有任何開裂現(xiàn)象。在開發(fā)大圓孔徑係列連接器，再次選用**多家知名廠家PPS GF30/GF40 材料。
加工結果：製品開裂非常嚴重，有些脫模開裂、有些屬於應用開裂。不同廠家同類型含量的PPS均存在製品開裂問題。相關工程師和材料廠商起初確認是塑料衝擊強度不夠，但同時發(fā)現(xiàn)衝擊強度比PPS GF30/40 低的PA6 和PC材料則反而不開裂。選用一些知名廠家提供的高抗衝擊型PPS GF40 材料後，開裂問題仍然存在。（見圖1）
原因分析：由於成型塑料圓孔的模具型芯采用硬質合金材料，金屬材料導熱和散熱能力較強，而一般塑料材料散熱能力則較弱。金屬材料和塑料接觸不可避免產(chǎn)生收縮相差較大情況，塑料產(chǎn)品不同部位溫度也有較大差彆；對於延展性能（斷裂伸長率）不好的塑料無疑會產(chǎn)生斷裂現(xiàn)象。
3.2 中空管材製品（代表塑料型材機加工）
選材背景：考慮到提高強度，將此前使用PEEK 的產(chǎn)品改為PEEK GF30和PPSGF40。由於產(chǎn)品成中空長管狀（壁厚5mm），使用PEEK GF3 和PPS GF40 棒材（Φ95）進行機加工。
加工結果：製品有個彆開裂現(xiàn)象，基本屬於應用開裂。出現(xiàn)斷裂問題處上是處壁厚到壁薄的過渡處。但選用純的PEEK、PP、PC、PEI等棒材進行加工則冇有出現(xiàn)開裂。（見圖2）
原因分析：塑料切屑處易局部升溫（塑料傳熱慢），導致會導致產(chǎn)生更多殘餘應力；同時產(chǎn)品管徑較大，塑料具有後收縮不均衡特點。
4：塑料製品開裂預防
改善塑料製品開裂的途徑國內外同行總結出很多寶貴的經(jīng)驗，現(xiàn)從塑料材料選擇角度來探討如何有效解決塑料製品開裂。
在產(chǎn)品選材方麵，應該充分考慮塑料材料的成型方式、部件結構、傳熱方式等實際工藝操作問題；對於一些中空結構，應該充分考慮壁厚、中空尺寸大小等。如壁薄、空芯大的部件應該儘量選用延展性好（斷裂伸長率高）、傳熱性好的塑料，而選用塑料棒材加工成管材則要充分考慮到塑料熱平衡問題，儘可能選擇延展性好塑料棒材，對於一些延展性不好的塑料管材，儘可能避免選用棒材加工成管材（一般出廠管材已進行殘餘應力熱處理）。對於一些延展性不好的塑料，采用塑料管材和塑料棒材的效果是不一樣的。
滿足開裂條件：
l/h?Ψ≥ ξ
μ—經(jīng)驗工藝係數(shù)、h—製品壁厚、l—中空周長、?—塑料收縮率、Ψ—塑料導熱係數(shù)、ξ—斷裂伸長率
5．結語
預防塑料製品的開裂*困難的一點就是如何防止塑料製品不同部位的明顯熱平衡，而使用碳纖維或合金填充的塑料，由於傳熱導能力較強，故開裂的幾率比較小。從塑料材料角度考慮，製品開裂涉及到製品壁厚、製品中空容積、塑料延展性等。
