左大平 张益华 芮玉龙

(1．南京航空航天大学，南京210016； 2．张家界航空工业职业技术学院，张家界420017)

摘要针对玻璃纤维增强尼龙66(PA66／GF)注射成型制品存在的翘曲变形缺陷，运用Moldflow MPI软件对PA66／GF进行了注射成型模拟分析。结果表明，GF的取向是影响PA66／GF注射成型制品翘曲变形的主要原因；增加制品厚度或增设浇口均可有效减小制品的翘曲变形

关键词玻璃纤维尼龙66 注射成型翘曲 工艺参数优化

STUDY oN W ARPAGE oF PA66／GF PART

Zuo Daping 一，Zhang Yihua ，Rui Yulong

(1．Nanjng University of Aeronautics and Astronautics，Nanjing 210016，China：

2．Zhangjiajie Engineering Vocational and Technical College，Zhangjiajie 420017，China)

ABSTRACT The injection molding process of PA66／GF part was analyzed by using Moldflow MPI software to overcome the warpage。The results showed that the warpage was mainly caused by GF orientation；the disortion degree could be decreased effectively by increasing part thickness or mould gates。

KEYWORDS glass fiber，nylon 66，injection molding，warpage，process parameter，optimization

尼龙(PA)是一种用量最大、品种最多、开发最早的工程塑料。由于PA具有良好的力学性能、耐磨性、自润滑性、耐腐蚀性、气体阻隔性、电绝缘性和成型加工性能，因而被广泛地应用于机械、汽车、电子电气、纺织、化工、航空、冶金等领域，成为许多行业不可缺少的结构材料。但是与金属相比，PA还存在着强度、刚性较低，因吸水率大而引起的尺寸稳定性差等不足。为此，人们用玻璃纤维(GF)、石棉纤维、碳纤维、钛酸钾晶须等增强改性PA，在很大程度上弥补了PA性能上的不足 其中以GF增强PA(PA／GF)的应用最为普遍。GF具有提高PA的硬度、密度和刚性，提高热变形温度，降低物理力学性能对湿度、温度的依赖性，降低收缩率，改进PA蠕变行为和表观质量等功能。

PA／GF适用于注射成型、挤出成型等多种加工方式。在实际生产过程中，PA／GF注射制品常存在翘曲变形缺陷，笔者运用Moldflow MPI软件对PA66／GF进行注射成型模拟分析，提出了减小PA66／GF制品翘曲变形的具体解决方案。

1 PA66／GF的注射成型工艺

1．1 原料的预处理

PA66熔体对水很敏感，微量水分就能使PA66发生水解反应，使其分子量变小，所以必须严格控制其含水量。PA66允许的含水量不能超过0．1％ ，但PA66的吸水性特别强，饱和含水量可达到3％ ，因此PA66在注射成型前需要进行预热干燥处理。

PA66的预热干燥处理通常是在(85±5)℃ 的干燥箱内干燥6～8 h。如果含水量大于0．2％ ，则建议采用更高的温度(105~C)；由于PA66在高温下容易发生氧化变色，所以当温度过高时应在真空干燥箱中进行预热干燥处理‘ 。

1．2 PA66／GF的注射工艺条件

PA66／GF的注射工艺条件列于表1。

PA66还有一个突出的特性就是熔点高，加工温度范围窄(约10％左右)，因此应严格控制注射工艺条件。

2 PA66／GF注射成型制品的翘曲变形

2．1 PA66／GF的注射成型模拟分析

笔者运用Moldflow MPI软件对PA66／GF进行注射成型模拟分析。为使分析结果直观，将分析对象简化为图1所示的平板制品，板厚2．5 mm。材料选用美国Du Pont Engineering Polymers公司生产的PA66／GF，牌号为PA66／GF30，GF质量分数30％ 。

注射成型分析的CAE模型如图2所示。冷却水道直径10 mm，水道间距40 mm，水道与型腔表面最小距离25 mm，进水口水温25℃ ，雷诺数10000，直浇口设在制品中心O点处，注射时间2．2 s，注塑压力70 MPa，总成型周期35 s，保压时间10 s，开模取制品时间5 s，保压压力56 MPa。制品的翘曲变形结果列于表2。

从表2可以看出，平板制品注射成型后边缘向下翘曲，但中点B 的变形要大于角点A ；中线B B，的长度要小于边缘线 ：。这说明制品边缘向下凹的同时还向内收缩，形成一条空间曲线。浇口处向上翘曲变形6．602 mm，制品边界中点 ，向下翘曲变形3．540 mm，其相对翘曲变形量为10．142 mm。由此可以看出，PA66／GF30注射成型制品的翘曲变

形量非常大。

2．2 产生翘曲变形的原因及改进方法

注射成型制品翘曲变形过大的原因有3条：收缩不均匀、取向不均匀和冷却不均匀 j。笔者运用Moldflow MPI软件分析平板制品产生翘曲变形的原因，得到表3所示的结果。

表3 产生翘曲变形的原因

变量	灵敏度因子
收缩不均匀	2.295 xlO-1
取向不均匀	8.890x lO1
冷却不均匀	3.162x lO-2

从表3可以看出，由GF取向不均匀所引起的翘曲变形灵敏度因子是由收缩不均匀所引起的391倍，是冷却不均匀所引起的2840倍。这说明PA66／GF30制品翘曲变形的主要原因是由于GF取向不合理所致。要想从根本上减小制品的翘曲变形，就必须改变现有的GF取向。

改变GF取向主要有优化注射工艺参数、更改制品厚度和改进浇口3种方法。

可优化的注射工艺参数包括模具温度、熔体温度、保压方式和冷却条件等。优化注射工艺参数是一种最经济、最方便的方法，因为不需要修改制品和模具的结构。

更改制品厚度，往往需要改变制品的设计过程和模具结构，并且有些制品在形状、尺寸上都有严格的要求，厚度不可随便更改。所以更改制品厚度的方法有一定的局限性。

如果上面两种方法都不可行或无法使翘曲变形量减小到所要求的误差范围之内，那么就只有改进浇口了。浇口的位置、大小、数目和类型都能影响GF的取向。如果注射模具已经制造完成，这种方法就比较麻烦；但如果在模具设计过程中就对制品进行注射成型CAE分析，预测成型过程中可能会出现的各种问题，那么这种方法同样十分方便。浇口一旦被更改，则需要重新进行充填、冷却、保压、翘曲变形等内容的模拟计算。

2．3 减小翘曲变形的具体方案

(1)优化注射工艺参数

保持其它工艺参数不变，将总成型周期延长为50 S，冷却水温由25％升高到60％ ，模具温度设定为8O℃，保压方式由传统的直线保压方式调整为曲线保压方式，优化后的保压曲线如图3所示。注射工艺参数优化后制品的翘曲变形结果列于表4。

从表4可看出，注射工艺参数优化后，制品最大相对翘曲变形量降低，但降幅不大。制品内部温度分布越来越均匀，最大温差仅为l6．7℃ 。这说明注射工艺参数设置已经达到优化的目的，但仍不能大幅降低制品的翘曲变形，所以仅靠优化工艺参数的方法来减小翘曲变形的作用是有限的。

(2)更改制品厚度

在注射工艺参数不变的情况下，通过改变制品厚度来分析厚度对PA66／GF30制品翘曲变形的影响。表5列出不同厚度的平板制品的翘曲变形结果。

由表5可以看出，当制品厚度大于等于4。5 mm时，最大相对翘曲变形量减小到小于等于0。458mm。由此可见，通过增加制品厚度可以有效地减小翘曲变形量，并且效果十分明显。随着制品厚度的增加，制品中线长度有所增加，制品的最大温差也急剧降低，当制品厚度大于等于4。5 mm时，最大温差已接近或小于1O℃ ，达到比较理想的结果，制品内部应力分布均匀，从而可以保证制品在脱模后不会出现较大的翘曲变形。

(3)改进浇口

在其它条件不变情况下，将浇口数目由1个增加到4个。修改后的注射成型分析模型如图4所示。

重新进行模拟计算，制品翘曲变形结果列于表6。由表6可以看出，通过增加浇口数目可以使制品的最大相对翘曲变形量降低到0。12 mm。同时，制品的平面尺寸也发生了较大的变化，如日。 的长度变为198。9 mm，与边界线A。A 长度的差仅为0。1 mm。由此可见，通过改进浇口可有效地减小制品的翘曲变形。如平面尺寸的变形量大于厚度方向上的翘曲变形量，则可以在模具设计过程中通过设置参考模型的收缩率来进行预补偿，以满足平面方向上的尺寸精度。

3 结论

对于PA66／GF注射成型制品来说，GF取向不均匀是产生翘曲变形的主要原因。优化注射工艺参数对减小制品的翘曲变形有一定作用；增加制品厚度或采用多浇口注射均能使GF取向单一的情况得到明显改善，从而有效减小制品的翘曲变形。

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