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成型后的尺寸稳定性:第4部分

在本系列的前三部分中,我们重点介绍了导致模制零件变小的那些影响。但是有些环境因素也会导致零件尺寸随时间增加。

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到现在为止,我们对尺寸稳定性的讨论都集中在那些导致零件变小的影响上。但是有些环境因素也会导致零件尺寸随时间增加。最好的例子是当用尼龙模制的零件从大气中吸收水分时发生的尺寸增长。 

许多聚合物具有吸湿性。他们吸收水。由于水蒸气始终存在于大气中,因此这是被吸收到聚合物中的水的常见来源。在正常大气条件下,大多数吸湿性材料可以长时间吸收0.1-0.2%的水。但是尼龙由于含有氢键,因此可以更大程度地吸引水。在室温下“normal”在相对湿度为35-65%的环境中,未填充尼龙的平衡水分含量将徘徊在1.5-2%重量百分比左右。如果持续浸入,则可以增加到5-8%。

吸湿水平改变了聚合物的机械性能。许多设计师和工程师抱怨说,在寒冷干燥的冬季,室内湿度会降至5-10%时,尼龙零件缺乏韧性,这就是为什么许多加工商会在成型时故意调节尼龙零件的原因。它只是将零件达到平衡所需的时间从数周甚至数月缩短到了几天。

零件离开模具的那一刻开始吸湿。模制时,零件的水分含量大约等于进入压机的粒料的水分含量。由于我们假设所有尼龙在成型前均已适当干燥,因此,未填充尼龙制成的零件的水分含量将低于0.20%或2000 ppm。这就是我们所说的干模制。从那时起,开始从0.2%变为2.0%的过程。

水是尼龙的增塑剂。这意味着它减少了材料’玻璃化转变温度。对于主力聚合物尼龙6和尼龙6/6,这会使玻璃化转变温度从65-70 C降至大约10C。水具有与尼龙相同的氢键;当水进入尼龙部件时,它与另一个尼龙链一样有机会松散地附着在尼龙链上。

当水分子以这种方式定位时,它将迫使聚合物链之间的间距增加。吸湿量越大,体积膨胀越大。有人测量零件会认为这是零件尺寸的增加。如果裸露的尼龙6或尼龙6/6在室温下发生,尺寸增加通常可以等于0.5-0.6%。如果温度升高,则吸湿量将增加,相应的尺寸变化将变大。填充物和增强材料将减小这种尺寸变化,但是即使在最佳条件下模制的高度填充的尼龙,对于每英寸零件尺寸,仍将膨胀约0.1%或0.001 in.。因此,重要的是,处理器和最终用户定义要为首件批准而测量零件的条件。

尽管尼龙是涉及吸湿的极端材料,但绝大多数聚合物在一定程度上吸收水。随着时间的推移,诸如聚醚砜和聚醚酰亚胺之类的材料可以吸收多达2%的重量。但是,由于这些聚合物是无定形的,并且具有极高的玻璃化转变温度,因此这种吸湿对尺寸和性能的影响远小于尼龙中的影响。但是随着环境变得越来越严峻,即使通常被认为在潮湿环境中尺寸稳定的材料也会产生令人惊讶的响应,特别是在装配中必须保持严格公差的情况下。

缩醛通常被认为是尼龙的替代品,避免了与水分吸收相关的困难。乙缩醛在加工前很少干燥的事实强化了这一观点,即水分吸收不是问题。在室温和50%的相对湿度下,未填充的乙缩醛将仅吸收约0.2%的水分,并会膨胀约0.2%,这种问题所产生的问题比尼龙中的问题要少得多。

但是乙缩醛是一种极性聚合物,能够在适当的条件下吸收大量的水。在100%的相对湿度下,吸湿率增加到几乎0.8%,尺寸增长增加到0.7%。这种行为导致在配合部分中的孔中驱动缩醛活塞的致动的重大问题。活塞与孔之间的公差累积范围为0.004英寸至0.010英寸,直径为0.600英寸。在室温下,组件按预期运行。

但是,验证测试涉及在85°C的温度和95%的相对湿度下长时间暴露于调节过程中。这样可以使乙缩醛零件吸收足够的水分,使其增长0.004英寸。将零件生产到公差的低端,以便在两个零件之间留出足够的间隙,以确保正常工作。但是,如果将零件模制到公差的高侧,则由于水分增加而导致的后续膨胀足以使零件束缚并阻止运动。

在结束有关尺寸稳定性的系列之前,我们将讨论由所有材料都具有的特性产生的可逆效应:热膨胀系数。在下一期的第5部分中,我们将介绍该属性如何影响在不同环境中测量零件时获得的结果。

 

编辑’注意:您可以通过以下方式阅读本系列的下一部分: 点击这里。 

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