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【摘 要】本文以聚丙烯（PP）塑料汽车保险杠专用料样条注射成型生产为例，浅谈影响塑料注射制品收缩的因素及有效地控制，生产出满足质量要求的合格制品。
【关键词】注塑制品；收缩；原因与控制
随着我国汽车工业的迅猛发展，汽车已经向着舒适性、操作性、美观性、节能性、安全性及环保性方向发展。而塑料在满足汽车美观、舒适、安全、防腐、轻量化及设计自由度大等方面起着其它材料无法替代的作用。塑料保险杠因具有一定的弹性，吸收冲击能量大，冲击力不大时易复原等优势而越来越受欢迎。而在汽车用诸多塑料品种中，各类改性PP 材料在汽车上的开发与应用，一直是汽车工业和塑料工业关注的焦点。目前，聚丙烯（PP）保险杠已占塑料保险杠的70%，而聚丙烯（PP）保险杠在注射生产过程中，通常会因收缩问题而直接导致制品脱模困难、保险杠尺寸不匹配，而使装车困难，最终影响整车的品质。因此对汽车塑料配件的质量要求也更加严格。
本文以聚丙烯（PP）塑料汽车保险杠专用料样条注射成型生产为例，浅谈影响塑料注射制品收缩的因素，并进行有效地控制，生产出满足质量要求的合格制品。
一、注射制品的收缩
塑料制品表面出现凹陷的痕迹或尺寸小于设计尺寸， 由于材料收缩，使产品局部整体表面下陷，即表现制品的收缩。
注射成型也叫注塑成型，其成型过程是在较高温度下将熔融的熔料注入型腔内，固化、冷却后成型。从模腔脱出尚有余热的制品尺寸与其冷却至室温时的尺寸之差，称为成型收缩，制品收缩的大小及在各注射周期之间的稳定性，是决定制品尺寸精度的主要因素。
根据收缩的起因，注射制品的成型收缩可分为热收缩、结晶收缩、取向收缩和负收缩。
（一）热收缩。高温塑料熔体在注射模内冷却定型为塑料制品，塑料材料大多遵循热胀冷缩的物理规律，此时的收缩现象称为热收缩。
（二）结晶收缩。对于结晶型塑料，成型时的冷却过程，塑料材料内部会发生一定结晶现象，结晶程度受冷却条件的影响。结晶使塑料大分子的构成由无规线团状态转变为规整的紧密排列，制品的体积会发生收缩现象，制品的外形尺寸相对减少。结晶型塑料中的收缩值中，结晶收缩属于主要部分。
（三）取向收缩。在注射过程中，由于注射压力的作用，使塑料材料沿分子链的方向发生一定的取向作用，熔体在注射系统中，流动时将会产生非常显著的取向结构，取向作用对塑料制品的收缩有一定的影响，由于取向原因引起的收缩称取向收缩。取向收缩量与取向方位和取向程度有关，通常取向收缩沿着取向方位表现显著，而在与取向垂直的方位上收缩值较小。
（四）负收缩。有些品种的塑料在脱模后，会因模腔压力的突然消失而产生弹性体积膨胀现象，塑料制品的体积可压缩性与体积弹性膨胀是相对立的，因而将弹性效应称为负收缩。负收缩与塑料品种、成型温度以及成型时的各种压力因素有关。
二、注射制品的成型收缩过程
注射制品冷却时的收缩，一般分为三个阶段进行的，第一、第二阶段在注射模内进行，从充模开始到脱模时为止，称为模塑收缩。第三个阶段在脱模后进行，直到制品冷却到环境温度为止，称为后收缩。
第一阶段的收缩主要发生在浇口凝固之前，即保压阶段，主要取决于模内压力，并在很大程度上可通过压实过程得到补偿。在保压期内物料温度下降、密度增大，最初进入模内的物料体积缩小，但由于此时加热料筒仍不断将塑料熔体压入模腔，补偿了模内物料体积的改变，模内制品重量的增加和塑料熔体的不断压实，可一直进行到浇口凝封为止。因此，在適当的保压压力及保压时间下，可以获得不同程度的补偿。
第二阶段的收缩是在浇口外的塑料凝固后开始，并延续到制品脱模时为止。在该阶段已无熔体进入模腔，模内的物料的总质量也不会再改变。在这种情况下，无定型塑料的收缩是按体积膨胀系数进行的，收缩的大小取决于冷却速率，模温越低，收缩越小。结晶型塑料此时在冷却时伴随着结晶的过程，由于结晶注射制品的尺寸减少很多，一般模温越高，冷却速率慢，结晶越完全，由于结晶引起的体积减小越明显， 制品收缩越大。
第三阶段的收缩已转化为自由收缩阶段，此时，制品已完全脱模，这时制品的收缩率取决于制品脱模时的温度与环境温度之差及热膨胀系数。塑料制品的模外收缩，也称后收缩。
三、影响注射制品成型收缩的因素
注射制品的收缩性常用收缩率表示，测量制品收缩率一般是指在脱模后24h之内的尺寸变化。注塑制品脱模后，在6h内产生的收缩占总收缩量的90%，剩余的收缩一般在10天内产生，有的制品的后收缩可能需要很长时间才能使尺寸稳定下来。
影响注塑制品收缩的因素很多，主要有塑料的特性、机筒温度、模具温度、注射压力和保压压力、保压时间与冷却时间、制品厚度、浇口尺寸等。
（一）塑料的特性。无定型塑料的收缩小，结晶型塑料收缩大，结晶度越高，收缩程度越大。结晶塑料聚丙烯的收缩率为1.8%～2.1%，在塑料注射成型加工时，对于同种塑料，不同批的、甚至在同一制品的不同部位的收缩率也常有不同。各类改性PP 材料又由于分子量、填料或增强材料比例等不同，其收缩及各向异性也有很大差异，塑料中添加无机填充剂、增强剂等，收缩率较小。由于充模的取向作用，往往在料流方向由于分子松弛作用，产生的收缩较大，而垂直于流动方向产生的收缩率偏小。
（二）机筒温度。机筒温度高，收缩率大。但适当提高机筒温度就提高了注射温度，塑料粘度变小，容易充满模具型腔。压力损失小，模腔内压力增加，降低物料的比体积变化，提高制品的密度，减少收缩率。因此，可以补偿因料温高引起的收缩。
（三）模具温度。模具温度必须保证熔融塑料冷却固化，使制品具有刚性。模具温度高，热收缩量增加，因此成型收缩率增加。通常模具温度决定着熔体的冷却速率状况，无论结晶塑料还是无定型塑料，冷却速率越大，收缩越小。 （四）注射压力与保压压力。注射压力与保压压力对收缩的影响是为显著，提高注射压力能使熔融塑料快速注射到模具型腔内，而提高保压压力，可以补充因冷却收缩的缺料，补偿模内产生的收缩，使制品密实、收缩小。
（五）保压时间与冷却时间。保压时间越长，越利于保太补料，收缩越小。冷却时间长，冷却的充分，从模具取出后，成型收缩率小，对于结晶塑料由于冷却时间长，冷却速度慢，结晶过程能充分进行，结晶度增加，因此收缩率大。冷却时间对非晶性塑料影响较小。
（六）制品厚度与浇口尺寸。制品越厚塑料在模具内冷却时间缓慢， 补料跟不上，收缩越大。制件浇口的位置、尺寸大小，影响熔体在模腔内流动的特性、对制品取向影响较大，因而也影响收缩率。浇口断面积大而且长， 浇口封闭的慢， 塑料能充分向模腔补料， 而且压力损失小， 制品收缩率小。相反，浇口断面小而且短， 浇口封闭的快， 塑料不能充分向模腔补料， 压力损失大， 制品收缩率大。因此模具浇口的设计涉及到熔料在模具内的流动特性， 塑件内应力的形成以及热收缩变形等，特别是聚丙烯（PP）塑料这样分子取向大，收缩率大的材料，浇口位置、断面尺寸大小和形状设计更为重要。
四、注射制品成型收缩率的控制
上述种种因素如果能有效的控制， 是可以降低成型收缩率， 保证塑料制品的精度。对注射制品的收缩率控制通常包括常规收缩率和热处理收缩率两个方面的控制。
常规收缩率指样条成型后，在室温下放置24h测试的收缩率。该值考察保险杠脱模收缩率，由于保险杠制品较大且复杂，若收缩率与现有模具不匹配，则保险模脱模困难。
热处理收缩率指将常规收缩率测试后的样条在90℃烘箱中烘2h后，在室温下放置24h测试的收缩率。该方法模拟保险杠油漆过程，若由此产生的保险杠二次收缩，与现有聚丙烯（PP）保险杠专用料生产的保险杠收缩率不一致，则装车匹配性差。
因此，专用料样条脱模收缩率和热处理收缩率应与生产时专用料保持一致，过大或过小均不合适。一个合格的保险杠料标准样条，除了样条的内在质量（如机械、理化指标等）要满足保险杠的机械及理化指标外，还要满足外观质量的要求。外在质量除了表面光洁、颜色均匀之外，还特别要求制品的精度。这对于用于需要与汽车进行连接和装配的注射制品—保险杠尤其重要。为了保证制品的精度，必须考虑聚丙烯（PP）塑料固有的收缩性。可以從以下几个方面加以控制。
（一）材料选择方面的要求。成型聚丙烯（PP）塑料要颗粒均匀；尽量选择流动性、熔体流动速率低的物料；尽量减小结晶度和稳定结晶度的条件；要严格控制物料的含水量，必要时必须干燥。
（二）工艺参数的控制。料温要适当，不宜太高；模具温度控制要准确，适当降低模具温度；适当提高注射压力注射速度；适当延长保压时间和冷却时间。
（三）制品设计。在能确保强度、刚性要求的前提下，适当减小制品的厚度；尽量保证制品厚度均匀；制品的几何形状尽量简单、对称，使收缩均匀。
（四）对模具的要求。在条件允许情况下，适当加大浇口截面积；尽量缩短内流道，减小流长比；模具冷却水孔的设置要合理，分布要均匀，冷却效率要高。
聚丙烯（PP）保险杠是我国实施汽车产业控制明确规定的安全控制零部件。在使用或安装中都有非常严格的质量要求和配合尺寸要求，其尺寸精度要求较高。因此，注射生产时除了保证其内在质量要满足保险杠的机械及理化指标外，还要特别重视收缩的问题。要从制品设计、模具设计、原料的选择及注射成型生产的各环节，对影响制品收缩的因素都进行有效的控制，降低成型收缩率， 保证制品的尺寸精度要求。
参考文献：
[1]梁明昌.汽车内饰件设计与制造工艺.北京：机械工业出版社，2013.
[2]梁明昌.注塑成型实用技术.沈阳：辽宁科技出版社，2010.
[3]戴伟民.塑料注射成型.北京：化学工业出版社，2009.
【关键词】注塑制品；收缩；原因与控制
随着我国汽车工业的迅猛发展，汽车已经向着舒适性、操作性、美观性、节能性、安全性及环保性方向发展。而塑料在满足汽车美观、舒适、安全、防腐、轻量化及设计自由度大等方面起着其它材料无法替代的作用。塑料保险杠因具有一定的弹性，吸收冲击能量大，冲击力不大时易复原等优势而越来越受欢迎。而在汽车用诸多塑料品种中，各类改性PP 材料在汽车上的开发与应用，一直是汽车工业和塑料工业关注的焦点。目前，聚丙烯（PP）保险杠已占塑料保险杠的70%，而聚丙烯（PP）保险杠在注射生产过程中，通常会因收缩问题而直接导致制品脱模困难、保险杠尺寸不匹配，而使装车困难，最终影响整车的品质。因此对汽车塑料配件的质量要求也更加严格。
本文以聚丙烯（PP）塑料汽车保险杠专用料样条注射成型生产为例，浅谈影响塑料注射制品收缩的因素，并进行有效地控制，生产出满足质量要求的合格制品。
一、注射制品的收缩
塑料制品表面出现凹陷的痕迹或尺寸小于设计尺寸， 由于材料收缩，使产品局部整体表面下陷，即表现制品的收缩。
注射成型也叫注塑成型，其成型过程是在较高温度下将熔融的熔料注入型腔内，固化、冷却后成型。从模腔脱出尚有余热的制品尺寸与其冷却至室温时的尺寸之差，称为成型收缩，制品收缩的大小及在各注射周期之间的稳定性，是决定制品尺寸精度的主要因素。
根据收缩的起因，注射制品的成型收缩可分为热收缩、结晶收缩、取向收缩和负收缩。
（一）热收缩。高温塑料熔体在注射模内冷却定型为塑料制品，塑料材料大多遵循热胀冷缩的物理规律，此时的收缩现象称为热收缩。
（二）结晶收缩。对于结晶型塑料，成型时的冷却过程，塑料材料内部会发生一定结晶现象，结晶程度受冷却条件的影响。结晶使塑料大分子的构成由无规线团状态转变为规整的紧密排列，制品的体积会发生收缩现象，制品的外形尺寸相对减少。结晶型塑料中的收缩值中，结晶收缩属于主要部分。
（三）取向收缩。在注射过程中，由于注射压力的作用，使塑料材料沿分子链的方向发生一定的取向作用，熔体在注射系统中，流动时将会产生非常显著的取向结构，取向作用对塑料制品的收缩有一定的影响，由于取向原因引起的收缩称取向收缩。取向收缩量与取向方位和取向程度有关，通常取向收缩沿着取向方位表现显著，而在与取向垂直的方位上收缩值较小。
（四）负收缩。有些品种的塑料在脱模后，会因模腔压力的突然消失而产生弹性体积膨胀现象，塑料制品的体积可压缩性与体积弹性膨胀是相对立的，因而将弹性效应称为负收缩。负收缩与塑料品种、成型温度以及成型时的各种压力因素有关。
二、注射制品的成型收缩过程
注射制品冷却时的收缩，一般分为三个阶段进行的，第一、第二阶段在注射模内进行，从充模开始到脱模时为止，称为模塑收缩。第三个阶段在脱模后进行，直到制品冷却到环境温度为止，称为后收缩。
第一阶段的收缩主要发生在浇口凝固之前，即保压阶段，主要取决于模内压力，并在很大程度上可通过压实过程得到补偿。在保压期内物料温度下降、密度增大，最初进入模内的物料体积缩小，但由于此时加热料筒仍不断将塑料熔体压入模腔，补偿了模内物料体积的改变，模内制品重量的增加和塑料熔体的不断压实，可一直进行到浇口凝封为止。因此，在適当的保压压力及保压时间下，可以获得不同程度的补偿。
第二阶段的收缩是在浇口外的塑料凝固后开始，并延续到制品脱模时为止。在该阶段已无熔体进入模腔，模内的物料的总质量也不会再改变。在这种情况下，无定型塑料的收缩是按体积膨胀系数进行的，收缩的大小取决于冷却速率，模温越低，收缩越小。结晶型塑料此时在冷却时伴随着结晶的过程，由于结晶注射制品的尺寸减少很多，一般模温越高，冷却速率慢，结晶越完全，由于结晶引起的体积减小越明显， 制品收缩越大。
第三阶段的收缩已转化为自由收缩阶段，此时，制品已完全脱模，这时制品的收缩率取决于制品脱模时的温度与环境温度之差及热膨胀系数。塑料制品的模外收缩，也称后收缩。
三、影响注射制品成型收缩的因素
注射制品的收缩性常用收缩率表示，测量制品收缩率一般是指在脱模后24h之内的尺寸变化。注塑制品脱模后，在6h内产生的收缩占总收缩量的90%，剩余的收缩一般在10天内产生，有的制品的后收缩可能需要很长时间才能使尺寸稳定下来。
影响注塑制品收缩的因素很多，主要有塑料的特性、机筒温度、模具温度、注射压力和保压压力、保压时间与冷却时间、制品厚度、浇口尺寸等。
（一）塑料的特性。无定型塑料的收缩小，结晶型塑料收缩大，结晶度越高，收缩程度越大。结晶塑料聚丙烯的收缩率为1.8%～2.1%，在塑料注射成型加工时，对于同种塑料，不同批的、甚至在同一制品的不同部位的收缩率也常有不同。各类改性PP 材料又由于分子量、填料或增强材料比例等不同，其收缩及各向异性也有很大差异，塑料中添加无机填充剂、增强剂等，收缩率较小。由于充模的取向作用，往往在料流方向由于分子松弛作用，产生的收缩较大，而垂直于流动方向产生的收缩率偏小。
（二）机筒温度。机筒温度高，收缩率大。但适当提高机筒温度就提高了注射温度，塑料粘度变小，容易充满模具型腔。压力损失小，模腔内压力增加，降低物料的比体积变化，提高制品的密度，减少收缩率。因此，可以补偿因料温高引起的收缩。
（三）模具温度。模具温度必须保证熔融塑料冷却固化，使制品具有刚性。模具温度高，热收缩量增加，因此成型收缩率增加。通常模具温度决定着熔体的冷却速率状况，无论结晶塑料还是无定型塑料，冷却速率越大，收缩越小。 （四）注射压力与保压压力。注射压力与保压压力对收缩的影响是为显著，提高注射压力能使熔融塑料快速注射到模具型腔内，而提高保压压力，可以补充因冷却收缩的缺料，补偿模内产生的收缩，使制品密实、收缩小。
（五）保压时间与冷却时间。保压时间越长，越利于保太补料，收缩越小。冷却时间长，冷却的充分，从模具取出后，成型收缩率小，对于结晶塑料由于冷却时间长，冷却速度慢，结晶过程能充分进行，结晶度增加，因此收缩率大。冷却时间对非晶性塑料影响较小。
（六）制品厚度与浇口尺寸。制品越厚塑料在模具内冷却时间缓慢， 补料跟不上，收缩越大。制件浇口的位置、尺寸大小，影响熔体在模腔内流动的特性、对制品取向影响较大，因而也影响收缩率。浇口断面积大而且长， 浇口封闭的慢， 塑料能充分向模腔补料， 而且压力损失小， 制品收缩率小。相反，浇口断面小而且短， 浇口封闭的快， 塑料不能充分向模腔补料， 压力损失大， 制品收缩率大。因此模具浇口的设计涉及到熔料在模具内的流动特性， 塑件内应力的形成以及热收缩变形等，特别是聚丙烯（PP）塑料这样分子取向大，收缩率大的材料，浇口位置、断面尺寸大小和形状设计更为重要。
四、注射制品成型收缩率的控制
上述种种因素如果能有效的控制， 是可以降低成型收缩率， 保证塑料制品的精度。对注射制品的收缩率控制通常包括常规收缩率和热处理收缩率两个方面的控制。
常规收缩率指样条成型后，在室温下放置24h测试的收缩率。该值考察保险杠脱模收缩率，由于保险杠制品较大且复杂，若收缩率与现有模具不匹配，则保险模脱模困难。
热处理收缩率指将常规收缩率测试后的样条在90℃烘箱中烘2h后，在室温下放置24h测试的收缩率。该方法模拟保险杠油漆过程，若由此产生的保险杠二次收缩，与现有聚丙烯（PP）保险杠专用料生产的保险杠收缩率不一致，则装车匹配性差。
因此，专用料样条脱模收缩率和热处理收缩率应与生产时专用料保持一致，过大或过小均不合适。一个合格的保险杠料标准样条，除了样条的内在质量（如机械、理化指标等）要满足保险杠的机械及理化指标外，还要满足外观质量的要求。外在质量除了表面光洁、颜色均匀之外，还特别要求制品的精度。这对于用于需要与汽车进行连接和装配的注射制品—保险杠尤其重要。为了保证制品的精度，必须考虑聚丙烯（PP）塑料固有的收缩性。可以從以下几个方面加以控制。
（一）材料选择方面的要求。成型聚丙烯（PP）塑料要颗粒均匀；尽量选择流动性、熔体流动速率低的物料；尽量减小结晶度和稳定结晶度的条件；要严格控制物料的含水量，必要时必须干燥。
（二）工艺参数的控制。料温要适当，不宜太高；模具温度控制要准确，适当降低模具温度；适当提高注射压力注射速度；适当延长保压时间和冷却时间。
（三）制品设计。在能确保强度、刚性要求的前提下，适当减小制品的厚度；尽量保证制品厚度均匀；制品的几何形状尽量简单、对称，使收缩均匀。
（四）对模具的要求。在条件允许情况下，适当加大浇口截面积；尽量缩短内流道，减小流长比；模具冷却水孔的设置要合理，分布要均匀，冷却效率要高。
聚丙烯（PP）保险杠是我国实施汽车产业控制明确规定的安全控制零部件。在使用或安装中都有非常严格的质量要求和配合尺寸要求，其尺寸精度要求较高。因此，注射生产时除了保证其内在质量要满足保险杠的机械及理化指标外，还要特别重视收缩的问题。要从制品设计、模具设计、原料的选择及注射成型生产的各环节，对影响制品收缩的因素都进行有效的控制，降低成型收缩率， 保证制品的尺寸精度要求。
参考文献：
[1]梁明昌.汽车内饰件设计与制造工艺.北京：机械工业出版社，2013.
[2]梁明昌.注塑成型实用技术.沈阳：辽宁科技出版社，2010.
[3]戴伟民.塑料注射成型.北京：化学工业出版社，2009.