Анализ первопричин коробления армированного ПК
Армированный ПК (ПК + стекловолокно) широко применяется в прецизионных изделиях, таких как корпуса электронной и электротехнической аппаратуры, автомобильные компоненты и кронштейны осветительных приборов. Коробление армированного ПК всегда было актуальной и сложной темой в литье под давлением. В отличие от полукристаллических материалов, таких как армированный ПА, ПК является аморфным полимером, поэтому теоретически случайность кристаллизационной усадки отсутствует; однако коробление армированного стекловолокном ПК часто оказывается серьёзнее ожидаемого. В данной статье анализируются глубинные причины коробления армированного ПК с точки зрения совместного действия аморфных пластических характеристик и ориентации стекловолокна, а также приводится подробное сравнение характеристик двух распространённых марок PC+GF10 и PC+GF20.
Особенность коробления армированного ПК
Аморфная (некристаллическая) структура ПК означает, что у него нет кристаллизационной фазовой усадки, как у нейлона; его формовочная усадка в основном обусловлена термической усадкой и релаксацией молекулярной ориентации. Чистый ПК имеет очень низкую усадку (0,5%-0,7%) и хорошую изотропность, поэтому риск коробления невелик. Однако после добавления стекловолокна эффект ориентации волокна в направлении течения вносит сильную анизотропию. Благодаря наложению двойной ориентации молекулярных цепей и стекловолокна разница между усадкой в направлении течения и поперечной усадкой PC+GF может достигать 3-5 раз, что намного превышает показатель чистого ПК.
Кроме того, вязкость расплава ПК очень высока (более чем в 10 раз выше, чем у ПА6), и в такой высоковязкой среде ориентацию стекловолокна ещё труднее скорректировать на последующей стадии выдержки под давлением. Когда ориентированный каркас стекловолокна замораживается в изделии, возникающее внутреннее напряжение в конечном итоге высвобождается в форме коробления.
Сравнение различий коробления PC+GF10 и PC+GF20
Из количественного сравнения риска коробления армированного ПК: коэффициент разности усадки PC+GF10 (поперечная усадка / усадка в направлении течения) обычно составляет 3-4,5, тогда как этот коэффициент PC+GF20 может достигать 4-6. Это означает, что PC+GF20 имеет более высокое содержание стекловолокна, более сильный эффект ориентации сети волокон и, соответственно, более высокий риск коробления. При одинаковой конструкции пресс-формы и технологических условиях коробление PC+GF20 обычно в 1,3-1,8 раза больше, чем у PC+GF10.
Однако PC+GF20 имеет явное преимущество в жёсткости: его модуль упругости при изгибе может достигать 4000-5500 МПа (2800-3500 МПа для PC+GF10), а температура тепловой деформации также выше на 5-10 C. Для конструкционных деталей, требующих высокой жёсткости (таких как корпуса светодиодных уличных фонарей и кронштейны наружных блоков кондиционеров), PC+GF20 является лучшим выбором.
Меры конструкции пресс-формы против коробления армированного ПК
Для проблемы коробления армированного ПК на уровне конструкции пресс-формы есть несколько ключевых мер: предпочтительно выбирать схему центрального впуска или симметричного многоточечного впуска, чтобы сделать путь течения расплава симметричным и сбалансированным, уменьшая избыточную ориентацию стекловолокна, вызванную односторонним дальним течением. Размер впуска должен быть достаточно большим (рекомендуется ширина >= 3 мм и толщина >= 70% толщины стенки изделия), чтобы снизить сопротивление течению и уменьшить сдвиговую ориентацию стекловолокна в зоне впуска. Холодные литниковые каналы должны быть как можно короче, чтобы избежать предварительной ориентации расплава при его прохождении через канал. Для крупногабаритных плоских изделий рассмотрите использование системы горячеканального литья для лучшего контроля баланса литниковой системы. Конструкция каналов охлаждения должна обеспечивать равномерную температуру в каждой зоне полости, с разностью температур в пределах 10 C.
Стратегии технологической настройки против коробления армированного ПК
На технологическом уровне следующие параметры оказывают явное влияние на контроль коробления армированного ПК: температура пресс-формы поддерживается на уровне 90-120 C; чем выше температура пресс-формы, тем равномернее охлаждение, тем больше релаксация ориентации и тем меньше коробление. Но учтите, что слишком высокая температура пресс-формы удлинит цикл и увеличит риск последующей усадки. Скорость впрыска использует стратегию поэтапного управления: средняя скорость (50-80 мм/с) в начале заполнения во избежание струйных следов течения, высокая скорость (80-120 мм/с) на основном этапе заполнения для поддержания температуры фронта расплава и снижения ориентации, а также сниженная скорость в конце заполнения для уменьшения удара по форме. Давление выдержки устанавливается на уровне 50%-70% давления впрыска, а время выдержки основано на полном замерзании впуска. Используйте более длительное время охлаждения (ПК имеет низкую теплопроводность и требует более длительного охлаждения).
PC+GF10 против PC+GF20: комплексные рекомендации по подбору материала
Если изделие не требует высокой жёсткости и коробление является главной проблемой, выбирайте сначала PC+GF10. Если у изделия есть чёткие требования к жёсткости (например, необходимость выдерживать большие внешние нагрузки или большой пролёт) и коробление можно контролировать средствами пресс-формы и технологии, то выбирайте PC+GF20. Если требования к короблению чрезвычайно строги (например, корпуса прецизионных оптических компонентов), рассмотрите ПК с минеральным наполнением или ПК без стекловолокна с металлическими вставками. Что касается стоимости, PC+GF20 обычно на 8%-12% дороже, чем PC+GF10, и это необходимо всесторонне взвешивать при подборе материала.
