注塑成型高级材料指南

在本文中，我们将引导您了解各种材料选项的制造和工业设计考虑因素，并为不同的产品设计目标提供材料建议，包括用于更坚固零件的玻璃和纤维填充材料，以及用于柔性零件的硅树脂和聚氨酯材料。

如何获得更坚固的零件：常见的填料类型

玻璃纤维

提高塑料材料机械性能的最常用方法是添加玻璃纤维。玻璃纤维改善了结构性能，如强度和刚度，并减少了零件的收缩。它们相对便宜，可以添加到大多数塑料中，玻璃填充树脂可以有不同的颜色。

就缺点而言，玻璃纤维会使零件变脆并降低冲击强度。玻璃纤维也会降低模具的使用寿命，并会磨损成型机的机筒和喷嘴。玻璃填充树脂也会提高材料的粘度，使模具更难填充。

碳纤维

碳纤维填料可以改善塑料材料的机械性能。碳填充塑料零件具有与玻璃填充塑料相似的机械性能，但会使零件更坚固、更轻。碳纤维具有导电性，因此碳填充零件具有更好的电磁屏蔽性能。碳纤维甚至比玻璃纤维更能改善结构性能，如强度和刚度，并减少零件的收缩。

碳填充零件的主要缺点是价格昂贵，与玻璃纤维一样，碳纤维会使零件变脆并降低冲击强度；降低模具寿命，造成成型机筒体和喷嘴磨损。碳纤维也会提高材料的粘度，使模具更难填充。请记住，对于碳填充材料，零件颜色仅限于黑色。一些树脂还需要模具温度非常高，这可能需要昂贵的辅助设备。

纤维填充零件的模具设计

当玻璃纤维或碳纤维与树脂复合时，塑料的弹性模量和拉伸强度将显著提高，因此塑料部件感觉坚硬。这意味着，如果沉重的负载压在塑料零件上，塑料零件不会轻易变形。

但是，冲击强度会降低，塑料会感到易碎。流动性较低，流动方向上的收缩比垂直于流动方向的收缩小。

在模具设计中，很难根据浇口的塑性流动方向确定收缩率。CAD软件仅允许用户设置X、Y和Z方向的收缩率。这意味着，如果零件尺寸较大，且公差很紧，则某些尺寸可能超出公差范围。

解决方案是通过留下比所需更多的模具钢来确保模具钢安全。测量零件后，通过CNC或EDM很容易将模具钢从模具中移除，但很难将钢添加到模具中。要做到这一点，你需要焊接模具，然后删除钢，使用数控或电火花加工。此外，焊接会导致模具变形，这对模具寿命或零件质量都不是很好。

对于进一步的模具修改，如果塑料零件尺寸超出公差，则需要从模具中移除或添加一些模具钢，以更改模具的形状或尺寸。为了避免这一步，cnc铝测试模具提供了一种快速、廉价的方法来制作模具，获取塑料零件样品，并将塑料零件的关键尺寸与印刷品进行比较。如果任何关键尺寸超出公差，则需要对生产模具进行相应更改（生产模具将在测试模具之后制作）。测试模具的目的是确定哪些尺寸将超出公差，以及哪些关键特性按设计工作。一旦确定了不同流动方向的不同收缩将如何影响尺寸，则可以在制作硬工具时调整3D模型。

填充材料会比未填充塑料更快地磨损模具，因此在使用这些材料时，必须使用硬化钢来制作模具的型芯型腔和镶块。HDT（热变形温度）也将更高，因此该材料可以在更高的温度环境中使用。这增加了超声波焊接的难度。

在某些情况下，纤维会漂浮在可见的塑料零件表面，因此大多数填充塑料零件用于内部零件。为了避免这种情况，可以对模具的型腔进行纹理处理。

如何实现柔性零件：聚氨酯（PU）与硅胶

聚氨酯（PU）和硅胶材料提供了不同的方法来实现软部件。PU使用压缩成型和RTV模具，而硅胶和TPU使用注射成型。硅胶的主要缺点是它有飞边，当飞边被切割或修剪时，总会有残留。此外，当注射成型硅时，模具必须加热，而不是传统的加热材料的过程。注塑TPU更容易加工，同时提供与硅相似的性能。

聚氨酯 (PU)

聚氨酯（PU）分为两类：热固性聚氨酯（PU）和热塑性聚氨酯（TPE）。两者之间的主要区别在于热固性材料在加工时会发生交联，并且不能再次使用。另一方面，热塑性聚氨酯可以回收利用。您可以在这里了解更多关于热固性材料与热塑性材料的信息。

热固性PU主要用于制造原型，通过一种称为聚氨酯浇铸或室温硫化（RTV）的工艺。氨基甲酸乙酯铸件使用由液态硅弹性材料覆盖的母件，该材料将在室温下硬化。一旦硅硬化，母版就被移除，结果是一个柔软、灵活的模具，可以制作出母版的副本。

由该工艺制造的零件范围在30A-85D之间。在聚氨酯铸造工艺中，毛边是不可避免的。通常情况下，如果零件是硬塑料，可以手动修剪飞边，并且可以用砂纸打磨伤疤，因此不太明显。但是，当零件像PU一样柔软时，就无法轻易去除毛边。PU比热塑性弹性体（TPE）和聚氯乙烯（PVC）具有更好的耐磨性，因此可用于制造脚轮和鞋底。

热塑性聚氨酯零件可以通过注塑成型，因此分模线可以非常精确（无毛边）。热塑性聚氨酯的硬度范围为65A至85D，因此该树脂可以像橡胶一样柔软，像硬塑料一样坚硬。热塑性聚氨酯通常用于包覆成型，例如用于制造电子线的插孔。与PVC或TPE制成的软线相比，热塑性PU材料制成的软线具有更好的弹性和弯曲测试结果。

硅胶

硅胶是热固性树脂，因此它具有良好的耐热性和耐候性。硅胶零件有三种制造方法：RTV铸造、压缩成型或液体硅胶注射。硅胶不能再加工或回收。

制造柔性零件

如上所述，聚氨酯浇铸是使用软材料制作原型最常用的方法。硬度约为肖氏A 40-50。然而，只有有限数量的样品可以从聚氨酯铸模中制成。

压缩成型通常用于批量生产普通硅胶零件。毛边不可避免，必须手动修剪。客户仍然可以看到疤痕，其厚度从大多数热压缩厚度超过0.2毫米。很少有工厂能制造出0.1毫米的厚度。

通常，压缩成型周期为几分钟。模具材料通常是钢，有许多空腔，以提高生产效率。在设计硅胶零件时，不需要遵循肋/标称壁厚比小于或等于0.6的规则。在大多数情况下，即使存在咬边，也不会在工具中使用侧面动作，可以从工具中手动选择。

液态硅胶注射是一种与注射成型非常相似的工艺，但不同之处在于模具被加热到高温。通常，交付周期长于注塑成型，零件可以与注塑成型零件一样详细，这意味着没有毛边或毛边非常薄。

下图显示了具有不同硬度的典型样品：

注塑成型的其他材料注意事项：流动性（粘度）

在选择材料时，必须考虑材料的流动性。对于非常薄壁的零件或大型零件，流动性很重要。

不同类型树脂的流动性不同。一种树脂会有许多不同的等级；例如，ABS有通用级、高流动级、高冲击级。

ABS材料有很多种，它们具有不同的机械性能和价格。某些类型的ABS非常适合制造具有高光泽饰面的零件；有些型号是制作电镀零件的理想选择；一些具有良好的流动性，用于制造薄壁零件或大尺寸零件。

通常，对于不同等级的相同树脂，流动性越高，机械性能越低。熔融指数（MI）代表树脂的流动性。良好的流动性树脂可用于制造薄壁塑料零件，如手机电池外壳，或大型塑料零件，如婴儿浴缸。

流动性好的树脂： LCP、PA、PE、PS、PP。

中等流动性树脂：ABS、AS、PMMA 和 POM。

流动性差的树脂：PC、PSF 和 PPO。

机械设计

工程性能考虑因素决定了应使用哪种类型的材料。玻璃填充树脂最适合需要耐磨性和强度的坚固部件，如电脑外壳、玩具和其他消费品。相比之下，未填充材料，如ABS或聚碳酸酯，最适用于不需要特别强度的装饰部件。聚丙烯或聚乙烯是用于带有活动铰链的容器或零件的理想设计。

尺寸稳定性

当设计一个塑料零件时，你需要考虑零件与其他零件配合的精度。为了精确配合，重要的是选择尺寸稳定性好的塑料，如PC、ABS或POM。在这种情况下，PA和PP都不是一个很好的选择，因为收缩率、强度和柔韧性将对零件设计不利，这需要与其他部件配合。然而，在必须使用PA或PP的情况下，可以向树脂中添加成核剂以提高尺寸稳定性。

冲击强度

冲击强度代表一种材料的韧性——当冲击强度较低时，它很脆。通常，再生塑料的冲击强度低于未经处理的树脂。玻璃纤维和碳纤维与树脂复合时，冲击强度较低，而载荷和磨损强度较高。

当一个新的塑料零件在设计过程中，重要的是要考虑什么样的力将加载到零件上，力有多大，以及力的频率。例如，手持式电子产品可能会掉落，因此该产品的外壳材料应为PC或PC/ABS。PC塑料几乎具有普通工程塑料中最高的冲击强度。

耐候性和抗紫外线性

当塑料在室外使用时，塑料部件应具有良好的耐候性和抗紫外线性。ASA是一种具有良好耐候性和抗紫外线性的树脂。其机械性能与ABS相似。

在必须使用另一种树脂的情况下，可以选择在树脂中添加紫外线稳定剂和耐候剂。但是，任何塑料树脂在使用前都应进行彻底测试，以确保其符合产品要求。

温度注意事项

在选择树脂时考虑温度也是很重要的。发动机工作时，发动机壳体中的温度约为70℃-90℃，因此发动机壳体中的所有材料都应能够承受该温度。