塑料制品开裂分析及处理方法

关于塑料制品开裂分析及处理方法
摘要：开裂是塑料制品经常出现的致命缺陷；开裂，包括制件表面丝状裂纹、微裂、顶白、开裂及因制件粘模、流道粘模而造成或创伤危机，按开裂时间分脱模开裂和应用开裂。引起开裂的原因涉及到模具、成型工艺、塑料材料等方面。本文主要从塑料材料选择角度探讨开裂问题。
关键词：塑料选材 塑料开裂 热平衡 延展性

1：塑料制品缺陷综述

塑料制品缺陷表现形式可分为外在缺陷（如表观、尺寸等）和内部缺陷（如开裂、脆性等）。塑料制品缺陷的本质成因则可归纳为P（力）、V（填充量）、T（温度）。而塑料制品开裂的终极原因则是由于P（力）引起的。

2：塑料制品开裂现象

脱模开裂：塑料制品从模具脱模出来或在机加工过程中出现开裂；这种开裂产生的原因和后果比较容易预估到。

应用开裂：塑料制品在后置一段时间或使用过程中出现开裂。这种开裂往往是比较难预测到的，产生的后果可能是致命的。如前一段时间出现的3G iPhone 手机白色版后盖开裂现象，给苹果带来大麻烦。（电池加热升温导致后盖塑料热胀冷缩不均衡引起的）

3：制品开裂成因分析

不管什么塑料制品，最终开裂本质原因是受力（内应力、外部力等）引起的。由此必须深入了解力的来源。目前一些客户在塑料选择上出现一些误区，造成大量塑料产品开裂。

现将一些典型案例进行分析：

3.1 圆孔型连接器（代表成型中空制品）

选材背景：聚苯硫醚PPS GF30/GF40 可以成型小型圆孔，没有任何开裂现象。在开发大圆孔径系列连接器，再次选用全球多家知名厂家PPS GF30/GF40 材料。

加工结果：制品开裂非常严重，有些脱模开裂、有些属于应用开裂。不同厂家同类型含量的PPS 均存在制品开裂问题。相关工程师和材料厂商起初确认是塑料冲击强度不够，但同时发现冲击强度比PPS GF30/40 低的PA6 和PC 材料则反而不开裂。选用一些知名厂家提供的高抗冲击型PPS GF40 材料后，开裂问题仍然存在。（见图1）

原因分析：由于成型塑料圆孔的模具型芯采用硬质合金材料，金属材料导热和散热能力较强，而一般塑料材料散热能力则较弱。金属材料和塑料接触不可避免产生收缩相差较大情况，塑料产品不同部位温度也有较大差别；对于延展性能（断 裂伸长率）不好的塑料无疑会产生断裂现象。

3.2 中空管材制品（代表塑料型材机加工）

选材背景：考虑到提高强度，将此前使用PEEK 的产品改为PEEK GF30 和PPSGF40。由于产品成中空长管状（壁厚5mm），使用PEEK GF3 和PPS GF40 棒材（Φ95）进行机加工。

加工结果：制品有个别开裂现象，基本属于应用开裂。出现断裂问题处上是处壁厚到壁薄的过渡处。但选用纯的PEEK、PP、PC、PEI 等棒材进行加工则没有出现开裂。（见图2）


原因分析：塑料切屑处易局部升温（塑料传热慢），导致会导致产生更多残余应力；同时产品管径较大，塑料具有后收缩不均衡特点。

4：塑料制品开裂预防

改善塑料制品开裂的途径国内外同行总结出很多宝贵的经验，现从塑料材料选择角度来探讨如何有效解决塑料制品开裂。

在产品选材方面，应该充分考虑塑料材料的成型方式、部件结构、传热方式等实际工艺操作问题；对于一些中空结构，应该充分考虑壁厚、中空尺寸大小等。如壁薄、空芯大的部件应该尽量选用延展性好（断裂伸长率高）、传热性好的塑料，而选用塑料棒材加工成管材则要充分考虑到塑料热平衡问题，尽可能选择延展性好塑料棒材，对于一些延展性不好的塑料管材，尽可能避免选用棒材加工成管材（一般出厂管材已进行残余应力热处理）。对于一些延展性不好的塑料，采用塑料管材和塑料棒材的效果是不一样的。

满足开裂条件：


—经验工艺系数、h—制品壁厚、l—中空周长、ß—塑料收缩率、Ψ—塑料导热系数、ξ—断裂伸长率

5．结语

预防塑料制品的开裂最困难的一点就是如何防止塑料制品不同部位的明显热平衡，而使用碳纤维或合金填充的塑料，由于传热导能力较强，故开裂的几率比较小。从塑料材料角度考虑，制品开裂涉及到制品壁厚、制品中空容积、塑料延展性等。