段凱歌，陳章成前鹅，王朝摘悴，朱輝，泮豪舰绘，鄭拾玉蹂喻，郭獻級
(浙江曼瑞德舒適系統(tǒng)有限公司葱椭，浙江溫州325000)
摘要：尼龍66(PA66)注塑件在冬季組裝過程中容易出現(xiàn)開裂現(xiàn)象，影響產(chǎn)品外觀質(zhì)量口四，分別從注塑前原料的預處理孵运、注塑工藝參數(shù)控制(包括料筒溫度、噴嘴溫度窃祝、模具溫度掐松、注射壓力、保壓時間)和注塑后的調(diào)濕工藝這幾個方面對出現(xiàn)的開裂原因進行了分析粪小。結(jié)果表明，注塑件的預處理和注塑工藝滿足要求抡句，但缺少注塑后的調(diào)濕工藝探膊，冬季組裝過程易開裂是由于注塑件注塑后的含水率極低，冬季外界環(huán)境濕度較小待榔，注塑件在短時間不能吸收到足夠的水分逞壁，相應的抗沖擊能力較差，無法承受組裝過程的沖擊力而出現(xiàn)開裂現(xiàn)象锐锣。針對這一問題腌闯，采用了兩種不同的調(diào)濕工藝(水煮處理和恒溫恒濕處理)對質(zhì)量分數(shù)20%玻璃纖維增強PA66(PA66/20%GF)材料進行處理，分別研究了這兩種工藝對PA66/20%GF材料吸水率及彎曲性能和簡支梁沖擊性能的影響雕憔。結(jié)果表明姿骏，恒溫恒濕處理的材料吸水率較低，故彎曲性能稍有降低斤彼、沖擊性能稍有提升分瘦；水煮工藝能大幅度提升材料吸水率，材料的缺口沖擊強度因此得到大幅度提升琉苇，但彎曲性能下降比較明顯嘲玫。兩種工藝均能解決注塑件開裂問題，恒溫恒濕工藝耗費時間較長并扇，可應用于需要保留較高彎曲性能的場合去团，而水煮工藝可大幅縮短調(diào)濕時間(95℃，0.5h)穷蛹，適合對抗沖擊要求較高的場合土陪。
關(guān)鍵詞：尼龍66注塑件；開裂俩莽；吸水率旺坠；彎曲性能；簡支梁沖擊性能
尼龍66(PA66)由己二酸和己二胺縮聚而成扮超，是一種優(yōu)良的工程塑料[1-4]取刃，其綜合性能優(yōu)良蹋肮，具有強度高、硬度大璧疗、剛性好坯辩、抗沖擊性好、抗蠕變性能好崩侠、模量高以及耐腐蝕漆魔、耐油、耐熱却音、耐磨和自潤滑等優(yōu)點[5-8]改抡，而且原料易得，成本低系瓢，因此廣泛應用于服裝阿纤、裝飾、工業(yè)工程等領(lǐng)域[9-13]夷陋。為了進一步提高PA66產(chǎn)品的強度欠拾，通常在PA66材料中添加玻璃纖維(玻纖)進行改性[14-16]，在提高材料強度的同時還可以減小其收縮率骗绕。玻纖含量的添加可以根據(jù)客戶需要進行調(diào)整藐窄，常見的玻纖添加量有20%，30%酬土，40%荆忍，50%等(均為質(zhì)量分數(shù))。目前诺凡，PA66在車輛上的應用已占到63%左右东揣，在電子電氣方面和辦公自動化設備上的應用占比達到22%，在機械腹泌、光學方面的應用占到5%嘶卧，因此，PA66復合材料的市場銷售增長很快凉袱。近年來芥吟，隨著汽車、電器专甩、通訊钟鸵、電子、機械等產(chǎn)業(yè)的迅速發(fā)展涤躲，對PA66產(chǎn)品注塑工藝的要求越來越嚴苛棺耍，工藝控制不好則會使產(chǎn)品表面容易出現(xiàn)裂紋、氣孔和銀紋等現(xiàn)象种樱。筆者在組裝一款質(zhì)量分數(shù)20%玻纖增強PA66(PA66/20%GF)注塑件時發(fā)現(xiàn)蒙袍，注塑件注塑后的表面無異常俊卤，但在組裝過程中受到外力出現(xiàn)了開裂現(xiàn)象，如圖1所示害幅。注塑件開裂不僅會影響產(chǎn)品外觀消恍，更重要的是會降低使用壽命，嚴重的可能造成質(zhì)量事故以现，因此必須要找到開裂產(chǎn)生的原因狠怨，才能采取有效措施加以消除。
圖1 PA66/20%GF注塑件開裂現(xiàn)象
1 PA66注塑工藝要點及組裝過程開裂原因分析
1.1 注塑前原料預處理的要點
尼龍類材料對注塑工藝要求嚴格邑遏，注塑前需要進行原料的干燥佣赖。干燥處理時需選擇合適的干燥的溫度和時間：若干燥的溫度過高，會引起原料氧化分解记盒，干燥溫度過低茵汰，除水效率較低；干燥的時間過長孽鸡，會使原料發(fā)生氧化，顏色變黃栏豺，干燥時間過短又會達不到除濕的目的彬碱。
原料的干燥可以采用鼓風干燥箱和真空干燥箱設備，其中采用鼓風干燥箱干燥PA66原料時的溫度通嘲峦荩控制在80~100℃巷疼，時間為8~12h，以除去原料中的水分灵奖，使含水率控制在0.1%以下嚼沿，避免在注塑過程中出現(xiàn)氣泡現(xiàn)象，影響制品外觀及力學性能瓷患。
1.2 注塑工藝參數(shù)控制要點
注塑工藝參數(shù)主要分為溫度骡尽、壓力和時間，溫度包括料筒溫度擅编、噴嘴溫度和模具溫度等攀细，注射壓力和保壓時間對注塑件的性能和外觀有非常重要的影響，對這些工藝參數(shù)的控制要點現(xiàn)分述如下爱态。
由于PA66原料的熱穩(wěn)定性較差谭贪，料筒溫度不易過高，一般略高于原料的熔融溫度即可锦担，但對于玻纖增強的PA66俭识，溫度須高于純的原料，這樣可以使原料更好的塑化洞渔，增加物料的流動性套媚，保證產(chǎn)品表觀質(zhì)量和性能缚态。通常料筒溫度設置如下：喂料區(qū)270~285℃，壓縮區(qū)280~290℃凑阶，計量區(qū)275~285℃猿规。
噴嘴溫度需要單獨控制，即單獨裝設加熱器宙橱，這也是尼龍類材料注塑過程中必須具備的條件之一姨俩。噴嘴溫度應稍微低于料筒的后段溫度，但是也不能過低师郑，過低會導致物料在噴嘴中過早冷卻而堵塞射孔环葵，或者即使熔體能進入模腔也容易造成冷料的痕跡，故通常噴嘴的溫度為260~270℃宝冕。
模具溫度對制品質(zhì)量影響很大张遭，且尼龍材料是結(jié)晶性較高的材料，物料在模腔中冷卻時會伴隨著結(jié)晶并產(chǎn)生較大的收縮地梨。模具溫度較低時菊卷，產(chǎn)品的結(jié)晶度低、伸長率高宝剖、韌性較好洁闰；模具溫度較高時，產(chǎn)品的結(jié)晶度會比較高万细，硬度變大扑眉，彈性模量增大，耐磨性較好赖钞，吸水率變低腰素，但收縮率會稍有增大。模具溫度的選擇應該根據(jù)產(chǎn)品的形狀和壁厚來確定雪营，對于形狀比較復雜且壁厚的產(chǎn)品弓千，模具溫度應該選擇低值，以防止產(chǎn)品產(chǎn)生氣泡或者凹陷的情況卓缰，而對于形狀簡單且壁薄的產(chǎn)品计呈，采用高模具溫度有利于熔體能夠充滿模腔，防止熔體出現(xiàn)過早凝固的現(xiàn)象征唬。通常模具溫度控制在60~80℃捌显。
注射壓力，是指在注射時总寒，螺桿或柱塞端面施加于熔料單位面積上的壓力扶歪。在注射的過程中，選擇注射壓力時，應考慮注塑的制品不容易產(chǎn)生粘模和飛邊善镰。對于厚的制品妹萨，宜選擇較低的注射壓力和較高的注射速率，注射壓力為60~150MPa炫欺。
成型周期中的保壓時間控制十分重要乎完，對于PA66材料來講，由于熔體溫度比較高品洛，若設定的保壓時間太長可能會引起脫模困難树姨，而保壓時間過短可能會引起制品收縮率增大，影響產(chǎn)品外觀及性能桥状，一般保壓時間按照6mm壁厚需用1min左右時間進行保壓的方法來估算帽揪。
1.3 注塑后調(diào)濕工藝要點
尼龍產(chǎn)品在注塑后含水率極低，小于0.1%辅斟∽可以將尼龍產(chǎn)品在濕度為65%的條件下放置一段時間，從而使產(chǎn)品達到平衡吸濕量的過程士飒，常用的加熱介質(zhì)為乙酸鉀水溶液或熱水查邢，溫度80~100℃，處理時間8~16h酵幕，用這種方法調(diào)濕處理所耗費的時間較長侠坎，生產(chǎn)效率較低，且調(diào)試的均勻性較差裙盾。另外一種方法是將注塑好的產(chǎn)品放入熱水中煮2h后，再自然冷卻半小時他嫡，使制品在較短的時間內(nèi)達到吸水平衡番官，避免在空氣中緩慢吸水而引起尺寸的連續(xù)變化，對減小注塑件的內(nèi)應力有利钢属，能防止脆性斷裂徘熔，且水煮過程中產(chǎn)品與空氣隔離，不會造成產(chǎn)品表面因接觸氧氣而氧化變色的情況淆党。
1.4 注塑件開裂原因分析
筆者使用的PA66/20%GF注塑件由兩部分組成：上端為雙頭螺紋酷师，可用于自動控制系統(tǒng)的開啟，做導程導向使用染乌；下方為內(nèi)外卡扣結(jié)構(gòu)山孔，內(nèi)卡扣用于固定主要核心部件，外卡扣用于螺紋圈的限位荷憋，中心直通空心台颠，可由指示部件上下運動并做行程指示顯示。該注塑件在組裝過程中易出現(xiàn)開裂勒庄，在冬季時這種開裂現(xiàn)象出現(xiàn)得更為頻繁串前，嚴重影響了產(chǎn)品質(zhì)量瘫里，故查找開裂原因非常重要。根據(jù)前述的各階段工藝要點荡碾，核查該PA66注塑件的注塑工藝谨读，發(fā)現(xiàn)原料注塑前在80℃的鼓風干燥箱中干燥8h，料筒溫度為喂料區(qū)275℃坛吁、壓縮區(qū)285℃劳殖、計量區(qū)280℃，噴嘴溫度為280℃阶冈，模具溫度為60℃闷尿，注射壓力為70MPa，保壓時間為15s女坑。由此可以得出填具，無論是注塑前原料的干燥處理還是注塑時的工藝參數(shù)控制，都在要求范圍之內(nèi)匆骗，但缺少了注塑后的調(diào)濕處理程序劳景，注塑完直接進行組裝工作，從而導致產(chǎn)品因內(nèi)應力過大而開裂碉就。所以盟广，為了解決這種開裂現(xiàn)象，需采用合適的調(diào)濕工藝瓮钥，為此筋量，筆者采用了恒溫恒濕處理和水煮兩種調(diào)濕工藝，對比了這兩種調(diào)濕工藝對PA66/20%GF吸水率和力學性能的影響碉熄，為解決PA66注塑件的開裂問題提供借鑒桨武。
2 實驗部分
2.1 主要原料
PA66/20%GF材料：市售。
2.2 主要設備及儀器
實驗用注塑機：WZS10D型锈津，上海新碩精密機械有限公司呀酸；
恒溫恒濕箱：HSP-150BEII型，上海坤天實驗室儀器有限公司琼梆；
恒溫介質(zhì)箱：JJTANK-01型性誉，承德市金建檢測儀器有限公司；
電子天平：FA2004型茎杂，上海佑科儀器儀表有限公司错览；
萬能試驗機：XWW-20T型，承德市金建檢測儀器有限公司煌往；
復合式?jīng)_擊試驗機：HIT-2492型蝗砾，承德市金建檢測儀器有限公司。
2.3 試樣制備
采用實驗用注塑機注塑力學性能測試樣條，彎曲性能測試樣條(彎曲樣條)尺寸為10mm×4mm×80mm悼粮，缺口沖擊強度測試樣條(沖擊樣條)尺寸為10mm×4mm×80mm(缺口深度2mm闲勺，缺口類型A型)，注塑工藝為：模具溫度60℃扣猫，注塑溫度280℃菜循，保壓時間10s。
2.4 性能測試
彎曲性能測試：參考GB/T 2918-2018申尤，首先對注塑好的5根彎曲樣條進行狀態(tài)調(diào)節(jié)40h以上癌幕，調(diào)節(jié)環(huán)境為溫度23℃、相對濕度50%昧穿；然后按GB/T9341-2008用萬能試驗機測試樣條的定撓度彎曲應力(撓度為厚度的1.5倍)勺远，測試條件為傳感器500N、試驗速度2mm/min时鸵。
沖擊性能測試：參考GB/T 2918-2018胶逢，首先對注塑好的10根沖擊樣條進行狀態(tài)調(diào)節(jié)16h以上，調(diào)節(jié)環(huán)境為溫度23℃饰潜、相對濕度50%初坠；然后根據(jù)GB/T1043.1-2008使用復合式?jīng)_擊試驗機測試樣條的缺口沖擊強度，測試條件為A型缺口彭雾、簡支梁沖擊模式碟刺、預揚角114°、擺錘能量5J薯酝。
3 結(jié)果與討論
3.1 恒溫恒濕處理對PA66/20%GF材料吸水率和力學性能的影響
將PA66/20%GF原料注塑成彎曲樣條和沖擊樣條半沽，采用恒溫恒濕箱在不同的恒溫恒濕條件下分別進行預處理，預處理時間均為24h吴菠，用電子天平稱量預處理前后樣條的質(zhì)量變化抄囚，計算樣條的吸水率，并測試了樣條的定撓度彎曲應力和缺口沖擊強度橄务，測試結(jié)果見表1。
從表1可以看出穴亏，隨濕度的增加蜂挪，恒溫恒濕處理后材料吸水率呈現(xiàn)緩慢增加的趨勢，由于吸水后材料的韌性增強嗓化，材料的柔性變好棠涮，相應的定撓度彎曲應力逐漸減小，缺口沖擊強度不斷增大刺覆，但總體來看严肪，減小和增大的幅度都較小。采用恒溫恒濕處理，材料的吸水平衡所需要的時間較長驳糯，吸水率增大不是很明顯篇梭，因此彎曲性能和沖擊性能的變化也不太明顯。
表1 23℃下恒溫恒濕24h處理PA66GF20%的吸水率及力學性能
3.2 水煮處理對PA66/20%GF材料吸水率和力學性能的影響
將PA66/20%GF原料注塑成彎曲樣條和沖擊樣條酝枢，采用恒溫介質(zhì)箱在95℃的水中分別將樣條煮不同的時間恬偷，用電子天平稱量水煮前后樣條的質(zhì)量變化，計算樣條的吸水率帘睦，并測試了樣條的定撓度彎曲應力和缺口沖擊強度袍患，結(jié)果見表2。
表2 95℃下水煮處理PA66GF20%的吸水率及力學性能
從表2可以看出竣付，隨水煮時間從0.5h增加到4h诡延，材料的吸水率從1.384%增加到3.655%，3.5h和4h的吸水率接近古胆，說明在3.5h時材料的吸水率已接近飽和肆良，吸水后材料的韌性變好，定撓度彎曲應力變小赤兴，而對應的缺口沖擊強度從15.03kJ/m2增加到25.31kJ/m2妖滔，材料的沖擊性能有了很大的提升。
3.3 PA66注塑件組裝過程開裂的解決措施
PA66注塑件組裝過程尤其是冬季組裝過程易開裂桶良，主要是因為注塑件注塑后含水率極低座舍，小于0.1%，而冬季外界環(huán)境濕度較小陨帆，注塑件不能吸收到充足的水分曲秉，材料的抗沖擊能力較差，無法承受組裝過程的沖擊力而出現(xiàn)開裂現(xiàn)象疲牵。因此承二，為了解決注塑件在組裝過程出現(xiàn)的開裂現(xiàn)象，筆者采取了2種注塑后的調(diào)濕方案進行嘗試：第一纲爸，將注塑好的1000個注塑件放入溫度23℃亥鸠、相對濕度50%的恒溫恒濕箱中預處理24h，之后再進行組裝試驗识啦；第二负蚊，將注塑好的1000個注塑件放入95℃的水中煮0.5h，之后進行組裝試驗颓哮。以上2種方案所組裝的全部產(chǎn)品未出現(xiàn)破裂現(xiàn)象家妆，證明筆者對于開裂原因分析合理，采取的2種措施均能有效解決PA66注塑件組裝過程的開裂問題冕茅。但從表1和表2可以看出伤极，恒溫恒濕處理后PA66GF20%材料的吸水率相對較低蛹找，故沖擊性能的變化相對較小，而彎曲性能得到較好保持哨坪；水煮后PA66GF20%材料的吸水率得到大幅度提升庸疾，相應的沖擊性能提升明顯。綜合來看齿税，恒溫恒濕調(diào)濕耗費時間較長彼硫，可用于需要保留較高彎曲性能的場合，而水煮工藝可大大縮短調(diào)濕時間凌箕，適合對抗沖擊要求較高的場合拧篮。
4 結(jié)論
(1)對于PA66注塑件組裝過程中出現(xiàn)的開裂原因，分別從注塑前原料的預處理牵舱、注塑工藝參數(shù)控制和注塑后的調(diào)濕工藝等方面進行了分析串绩。
(2)由于注塑件注塑結(jié)束后未進行調(diào)濕，含水率極低芜壁，相應的抗沖擊能力較差礁凡，無法承受組裝過程的沖擊力，從而產(chǎn)生了開裂現(xiàn)象慧妄。
(3)采用水煮和恒溫恒濕處理兩種不同的調(diào)濕工藝對PA66材料進行處理顷牌，發(fā)現(xiàn)采用恒溫恒濕調(diào)濕工藝處理材料時，吸水率隨濕度的增加緩慢提升塞淹，故彎曲性能和沖擊性能變化也較锌呃丁；水煮工藝能大幅度提升材料吸水率饱普，相應的沖擊性能得到大幅度提升运挫，但彎曲性能下降也比較明顯。
(4)兩種調(diào)濕工藝均能解決PA66注塑件組裝過程的開裂問題套耕。恒溫恒濕工藝調(diào)濕耗費時間較長谁帕，可用于需要保留較高彎曲性能的場合，而水煮工藝可大幅縮短調(diào)濕時間冯袍，適合對抗沖擊要求較高的場合匈挖。
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