一文解读,什么是工程塑料的尺寸稳定性?

文摘   2024-08-02 12:13   广东  

一、什么是工程塑料的尺寸稳定性?

低情商翘边、变形、不能安装,开裂、质量差,还有以下六点......

高情商工程塑料从零件加工、组装、产品应用过程中,由于加工、环境等一系列外界条件的影响, 会对整个生命周期内,产品从材料到零件,功能是否良好运行产生影响。最常受尺寸稳定性影响的是零件的尺寸,因湿度过高或极端温度环境,导致材料膨胀或收缩。

精密塑胶件组装示意图

再者,即使零件不会暴露于特别严苛的操作环境,在按照精密误差加工零件时,加工过程也会承受大量机械应力!SO,考量材料的尺寸稳定性很重要!塑料君带你具体问题具体分析!

二、哪些环境因素会影响到尺寸稳定性?


工程塑料的尺寸稳定性是一个重要的性能指标,特别是在需要精确配合和稳定尺寸的应用中。如下图:

除了绿色卡位装配吻合,还需考虑金属螺丝和塑料件,在热胀冷缩情况下保持一致膨胀系数接近,不然君热我未胀,君冷我已缩,冬来夏去,包胶破!

PPS加纤金属包胶件

金属塑料膨胀不一致、韧性不够开裂


三、如何评估工程塑料的尺寸稳定性?


可以从以下几个方面来进行判断:

  1. 热膨胀系数 (CTE):热膨胀系数表示材料在温度变化时体积膨胀的程度。低CTE意味着材料在温度变化时尺寸变化较小。由于其化学结构,塑料材料会在不同程度上热胀冷缩。这种材料尺寸的变化会导致配合和间隙问题,并且会随着时间的推移而削弱材料的机械性能。

热胀冷缩

对于精密塑料件来说,需要在不同温度下保持尺寸一致尤为重要,在涉及极端温度和或温度波动的工程应用领域,塑料材料必须具有足够的热稳定性,以防止膨胀和收缩。工程塑料的CTE越低,尺寸稳定性越好。部分塑料热膨胀系数参考数据下图:

塑料尺寸稳定主要参数

  1. 吸水率工程塑料在吸收水分时会发生膨胀,这会导致尺寸变化。不同的塑料吸水能力不同。低吸水率的塑料在潮湿环境中尺寸变化较小,因此尺寸稳定性更好。此外,吸水性还会削弱材料的其他性能,如电导率和机械强度。

低收缩、低吸水LCP在精密件应用

面对环境湿度,还是应对长期浸没、湿或蒸汽以及暴露在自然环境中等应用,必须考虑塑料零件在其生命周期中接触水分的时间以及水分的浓度和温度。如尼龙PA6、PA66具有较高的吸水率,注塑出来硬邦邦,煮水放几天就软了!易水解。而像PPO、PEEK、LCP这样的材料则具有较低的吸水率,打出来这么硬,放水里还是硬!

PPO在水处理湿润环境应用

  1. 内应力注塑或模压过程中产生的内应力会影响材料的尺寸稳定性,材料变形,严重的会开裂,注塑出来好好的,第二天就裂纹,有些更惨,交付后才裂。内应力可能导致材料在冷却过程中变形或翘曲。这是因为塑料分子是从外向内冷却的。通过适当的加工工艺(如退火)可以减少内应力,从而提高尺寸稳定性。

ABS件内应力开裂

  1. 结晶度半结晶性塑料如PP、PA66、POM的尺寸稳定性受其结晶度的影响。高结晶度通常会导致更低的热膨胀系数和更高的尺寸稳定性。无定型塑料如PC、PMMA、PPE、PEI通常具有更好的尺寸稳定性,因为它们的热膨胀系数较低。

PC加纤在手机中框、相机模组的应用

  1. 填充物和改性剂添加玻璃纤维、碳纤维等填充物可以显著提高材料的尺寸稳定性。改性剂如润滑剂、热稳定剂等也可以影响材料的高温稳定性、适当增韧可改善材料应力开裂。

  2. 加工条件:注塑或模压过程中的温度、压力和冷却速率都会影响最终产品的尺寸稳定性。优化加工参数可以减少内应力和提高尺寸稳定性。

注塑加工参数调整

  1. 环境条件在不同温度、湿度、户外、油性、醇类等环境因素。在极端条件下工作的材料物理、化学性能,选择耐腐蚀、耐高低温、耐水解等性能的工程塑料应用。


四、如何检测塑料的尺寸稳定性?


  • 尺寸变化测试测量材料在不同温度和湿度条件下的尺寸变化。

  • 热机械分析 (TMA):测定材料在加热过程中的尺寸变化。

  • 差示扫描量热法 (DSC):用于评估材料的结晶度和熔点,间接反映尺寸稳定性。

  • 吸水测试:评估材料在不同湿度条件下的吸水率和尺寸变化。


通过以上塑料君分析,大家应该有了初步了解,了解塑胶组件具体应用及环境,才能决定决定如何选材。如密封组件要求材料尺寸极稳,因为密封件尺寸变化可能会导致泄漏。对于一些需要定期用蒸汽、化学品或高温液体清洗的零件,是否会因吸水、不耐腐蚀而变形。只有精良的设备、工艺技术,加尺寸稳定性的工程塑料,才能够造出小尺寸、严误差的复杂零件,如电气连接器和测试用插座。

五、搞这么复杂,你为什么不选择金属?


减轻重量:塑料比重轻,在航空航天、汽车轻量化可以提高燃油效率并减少排放。

降低成本:与金属相比,在大批量生产的情况下,降低加工成本。

设计灵活性:塑料可注塑、挤出等多种方式成型,这为设计提供了更大的自由度

耐化学性:塑料普遍有好的耐腐蚀性,在恶劣环境中使用的部件来说是一个巨大的优势。

耐磨、减震和绝缘:塑料耐磨优势明显,有较好的减震和绝缘性能,在电子设备和其他需要减震或电绝缘的应用中优势明显。

易于加工:工程塑料通过注塑、挤出等能加工成复杂形状,而无需昂贵的金属加工工具和设备。


所以,要全面评估一种工程塑料的尺寸稳定性,需要考虑上述多个因素,并通过实验测试来验证。对于特定的应用,还需要考虑材料的其他性能指标,如强度、韧性、耐化学性等,以确保选择最合适的材料。

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