影响塑料收缩率的因素有哪些？如何设计改性配方？
发布时间：2023-08-04
一、塑料收缩概况
塑料的收缩率是指塑料制件在成型温度下尺寸与从模具中取出冷却至室温后尺寸之差的百分比。它反映的是塑料制件从模具中取出冷却后尺寸缩减的程度。影响塑料收缩率的因素有塑料品种、成型条件、模具结构等，不同塑料的收缩率各不相同，此外，塑料的收缩率还与塑件的形状、内部结构的复杂程度、是否有嵌件等有很大的关系。
影响塑料收缩率因素如下：
1、原料的影响
A、原料的品种
塑料原料的品种不同，收缩率不同，具体见表 1。
表1 不同塑料原料的收缩率
从表 1 中可以看出，热塑性能塑料以 40% 增强的 PPS 收缩率最低，热固性塑料以环氧树脂的收缩率最低，两种塑料的收缩率都为 0.2%。收缩率最大的为氟类塑料，最高可以达到 6% 左右；收缩率次大的为低密度聚乙烯，收缩率最大达到 5%。
B、原料的结晶度
同一种原料结晶度不同，其收缩率大小不同，结晶度越小，收缩率也越小。在众多影响因素中，树脂的结晶度大小对收缩率影响最大。
C、原料的分子量
同一种原料分子量越大，其收缩率越小。 相同分子量的树脂，流动性好的成型收缩率小。
D、原料的改性
树脂中添加其他树脂、弹性体、填料改性后，其收缩率有不同程度下降。
树脂的收缩率不同，在熔融加工过程中，极大地影响了其制品的成型精度。要想加工出高精密度的塑料制品，就必须采用低收缩率的树脂。以 PP 树脂为例，其收缩率为 1.8%～2.5%，而且分子量越小其收缩率越大，PP 很难做出高精度制品。为此，世界各大公司都在积极研究在保证树脂性能的条件下，降低树脂的自身收缩率，如巴塞尔开发出低收缩率仅为 1% 的牌号为 Hifax CA207A 的低收缩率 PP。
2、成型工艺对塑料制品收缩率的影响
A、成型温度不变，注射压力增大，收缩率减小
B、保持压力增大，收缩率减小
C、熔体温度提高，收缩率有所降低
D、模具温度高，收缩率增大
E、保压时间长，收缩率减小，但浇口封闭后不影响收缩率
F、模内冷却时间长，收缩率减小
G、注射速度高，收缩率略有增大倾向，影响较小
H、成型收缩大，后收缩小；后收缩在开始两天大，一周左右稳定
3、结构对制品收缩率的影响
A、厚壁塑件比薄壁塑件收缩率大
B、塑件上带嵌件比不带嵌件的收缩率小
C、塑件形状复杂的比形状简单的收缩率要小
D、塑件长度方向的尺寸比厚度方向尺寸的收缩率小
E、内孔收缩率大，外形收缩率小
4、模具结构对塑料制品收缩率的影响
A、浇口尺寸大，收缩率减小
B、垂直浇口方向收缩率减小，平行浇口方向收缩率增大
C、远离浇口比近浇口的收缩率小
D、有模具限制的塑件部分的收缩率小，无限制的塑件部分的收缩率大
二、降低塑料收缩率的改性方法
当然，降低塑料收缩率最有效的方法为各类改性技术，具体介绍如下。
1、各类纤维填充
纤维包括各类无机纤维和有机纤维。以玻璃纤维为例，在 PP 树脂中加入不同含量的玻璃纤维，其收缩率如表 2 所示。
表 2 不同含量玻璃纤维增强 PP 的收缩率
近年来开发的长玻璃纤维增强塑料在收缩率上具有一定的优势，其纵横向收缩率小而且一致。
2、无机填料填充
无机原料具体如滑石粉、碳酸钙、硫酸钡、云母粉、硅灰石及蒙脱土等，不同的填料品种、性状、粒度和表面处理程度都影响对树脂收缩率的改性效果。
A、填料的形状
不同品种无机填料的形状不同，对收缩率的影响效果不同，具体影响大小顺序为片状 > 针状 > 颗粒 > 球状，如片状的蒙脱土和云母对复合材料收缩率的降低就很明显。
例如，在 PP 中加入相同含量的各类填料其对 PP 收缩率的影响见表 3。
表 3 不同品种填料对 PP 收缩率的影响
再如，在 PP（HHP10）中加入 20% 不同形状的填料，复合材料的收缩率见表 4。
表 4 不同形状填料复合 PP（20%填料+8%POE）的收缩率
B、填料的粒度
同一种填料的粒度不同，对收缩率的影响效果也不同，粒度越小对收缩率的影响就越大。以滑石粉填充 PP（20%滑石粉+8%POE）为例，不同粒度滑石粉对收缩率的影响见表 5。
表 5 不同粒度滑石粉对 PP 复合材料收缩率的影响
C、填料的处理
同一种填料，在与树脂复合时是否进行表面处理，对收缩率的影响效果也不同。进行表面处理的填料，降低收缩率效果更大。例如以 10% 含量滑石粉填充 ABS 为例，具体效果见表 6。
表 6 是否表面处理对滑石粉/ABS 复合材料收缩率的影响
D、填料的用量
同一种填料添加量不同，对收缩率的影响也不同，添加量越大收缩率的下降越大。以 PP 填充为例，滑石粉不同填充量对收缩率的影响见表 7。
表 7 1250 目滑石粉不同含量对 PP 复合材料收缩率的影响
3、降低结晶改性
A、添加降低结晶助剂
常用的降低结晶助剂为小分子化合物，加入后在熔融状态时破损了大分子的规则性、阻碍大分子的运动，从而达到降低结晶的目的。如一种市场上提供的有机降结晶剂 A，外观为黄白色粉末，熔点为 60℃ 左右，在 PP 中加入 0.5%～1% 即可。又如一种市场上提供的无机降结晶剂 B ，外观为白色粉末，pH 值为 8，白度 95%，在 PP 中加入 0.5%～1% 即可。
B、添加其它树脂
如果在 PP 中共混少量的 LDPE、HDPE，可以破坏 PP 加工中的结晶，也可以添加如 PS、ABS、PMMA、PC 等非结晶树脂。
具体举例为 UP 树脂中加入其它树脂，可以大大降低制品收缩率：
第一代：加入 PS、PE，收缩率降低为 0.2%～0.4%
第二代：加入 PMMA，收缩率降低为 0.05%
第三代：加入 PVAC，收缩率降低为 0.03%
以在 PP 中加入 PE 树脂为例，不同含量 PE 对 PP 收缩率的影响见表 8。
表 8 不同含量 PE 对 PP 收缩率的影响
从表 8 中可以看出，添加其他树脂对收缩率的影响远远小于填纤维和无机填充的影响。
4、共混弹性体
可以添加的弹性体包括 POE、EPDM、SBS 等，各类弹性体对塑料收缩率的影响接近，具体见表 9。
表 9 不同含量弹性体对 PP 收缩率的影响
从表 9 中可以看出，在弹性体含量低于 5% 以下时，各类弹性体对 PP 收缩率的影响基本相同。只是弹性体含量超过 5% 以后，不同弹性体品种的影响程度出现分歧，对收缩率影响大小的顺序为 POE > EPDM > SBS，与弹性体对 PP 的增韧效果一致。
在 PP 中采用无机填料与弹性体混合加入，收缩率下降效果更好。在滑石粉含量为 20% 时，不同含量的 POE 对 PP 收缩率的影响见表 10。
表10 不同 POE 含量对 20% 滑石粉填充 PP 收缩率的影响
5、化学接枝改性
PP 接枝后可以降低结晶度，从而达到降低收缩率的目的。
来源：链塑网，王文广教授塑料配方与改性咨询