1. 定義

塑料的退火是二次加工過程，用介質(zhì)比如液體 (水，油，乙二醇等) 或空氣，加熱到在玻璃化轉(zhuǎn)變溫度(Tg) 和熔融溫度(Tm) 之間，并保持溫度一段時間，然后緩慢冷卻塑料。塑料退火的條件取決于加工方法 (注射，擠出等)，并且必須根據(jù)產(chǎn)品的要求適當調(diào)整條件。

 

2. 效果

(1) 通過加速成型后收縮來改善尺寸穩(wěn)定性。

結(jié)晶塑料，如POM，PA和PBT，由于其規(guī)則的分子取向而在凝固時具有巨大的體積變化。結(jié)晶塑料在固體狀態(tài)下分為結(jié)晶區(qū)和非晶區(qū)，當非晶區(qū)在高溫下變?yōu)榻Y(jié)晶時產(chǎn)生體積減小，這種現(xiàn)象被稱為成型后收縮。成型后收縮的程度取決于加工條件，如模具溫度、注塑溫度、甚至是零件的厚度。磨具溫度越低，成型后收縮越大。

 

[增加尺寸穩(wěn)定性的方法]

1) 注射過程中保持較高的模具溫度

注塑時，高模具溫度可加速結(jié)晶，從而可減少成型后收縮。一般來說，如果模具溫度高于正常使用溫度，則通常不需要退火。

圖1. 基于模具溫度的晶體結(jié)構(gòu)

 

圖2. 不同退火時間的模塑后收縮率變化

[KEPITAL F20-03, t= 2mm]

 

圖3. 不同退火時間的模塑后收縮率變化

[KEPITAL FG2025(25%玻纖增強, t = 2mm]

 

圖4. 不同模具溫度的模塑后收縮率變化

[KEPITAL F20-03, t = 2mm]

 

2) 退火

是在一定時間內(nèi)將部件置于高溫條件下以在使用前加速結(jié)晶的方法。因此，在使用期間不會發(fā)生進一步的收縮。

 

(2) 提高抗開裂性[松弛部件的內(nèi)應(yīng)力]

在注塑或擠出過程中，部件會產(chǎn)生殘余應(yīng)力。在熔融樹脂流入型腔或擠出的定型模具時發(fā)生的應(yīng)力、塑料冷卻時不同部位不均勻的冷卻、表面和內(nèi)部冷卻速度的差異（表面冷卻速度更快）等因素會引起收縮，密度和結(jié)晶度的差異產(chǎn)，從而使部件產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力。除此之外，后處理（如切割，鉆孔，縫紉等）、焊接和粘合點都會產(chǎn)生這種類型的應(yīng)力。問題是很容易在應(yīng)力點發(fā)生開裂、斷裂和翹曲。當然，雖然它會過一段時間后自然減少，但需要相對較長的時間，因此人為地加熱整個部件可以縮短此過程。

 

(3) 改善機械性能

通常，退火可以使部件的密度、拉伸強度、彎曲強度和玻璃化轉(zhuǎn)變溫度有所增加。同時，降低沖擊強度，伸長率。

 

(4) 耐熱性的提高

由于退火過程中結(jié)晶度的增加，存在改善耐熱性的可能性。

 

3. 過程機理

理論上，退火溫度必須高于塑料的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度（Tg），并且應(yīng)力松弛在該溫度下快速進行。然而，該溫度也會引起翹曲和扭曲，因此必須在基于應(yīng)力松弛的最大尺寸變化限度內(nèi)快速進行退火。此時，最佳退火溫度取決于厚度、形狀、體積、熱加工歷史和零件幾何形狀；這些可以通過實驗來決定。

 

建議將退火溫度設(shè)定為低于部件允許的最大變形范圍的溫度5 ℃，通過將部件放入烘箱或浴槽中，并以3~5 ℃的升溫間隔來測試。由于該方法很難實際應(yīng)用，建議將聚酰胺的退火溫度設(shè)定在80 ℃左右。在此溫度之下，沒有退火效應(yīng)，而在此溫度之上，水可以蒸發(fā)并且還存在溫度過高的風險，因此，適合的溫度將是80 ℃。

 

退火所需的時間由零件的厚度、形狀、退火介質(zhì)決定，建議通過測試來選擇。冷卻速度取決于厚度，并且必須保持零件外部和內(nèi)部之間均勻的冷卻溫度。

 

一般來說，如果零件的厚度很薄，則冷卻速度很快，反之亦然。但是，請記住，如果冷卻速度過快或過慢的話，內(nèi)部和外部之間的冷卻速度不同會導致其他殘余應(yīng)力。

 

4. 退火介質(zhì)

退火介質(zhì)也是退火效果的一個因素。液體比空氣傳遞熱量更快，因此該過程可以很快完成。但是，它受液體熱性能的影響，因此必須加以考慮。熱空氣被廣泛使用，但尼龍必須用液體處理以避免氧化。水是最好的退火介質(zhì)，但沸點太低，因此它與表面活性劑一起使用，以升高沸點和提高部件表面的吸水性。特別是對尼龍樹脂而言，注塑部件通常在70~90 ℃浸水處理20~40分鐘。通過火腿可以防止產(chǎn)品因吸水而引起的性能或尺寸的變化，同時可以增加部件的機械性能，如強度和韌性。

 

5. 注塑部件的退火方法

注塑件的退火溫度必須根據(jù)使用溫度進行調(diào)整。一般來說，它比使用溫度高10~20 ℃。也就是說，如果一個部件的使用溫度為80 ℃，適當?shù)耐嘶饻囟纫话銥?0~10 ℃。退火溫度比使用溫度高20 ℃也是可以的，但如果退火溫度過高，可能會出現(xiàn)變色等問題，因此需要特別注意。盡管注塑部件的一般推薦退火時間約為3小時，但是薄壁和高模具溫度可以縮短退火時間。最好的方法是通過測試找到合適的時間。

 

6. 擠出部件的退火方法

與注射部件相比，像棒材和板材等厚的擠出部件具有不同的退火條件。通常，棒材和板材必須經(jīng)歷比注塑部件相對更高溫度和更長時間的退火過程。

 

(1) 油浴退火

1) 使用設(shè)備：電加熱油浴

 

2) 用油

① 聚甲醛樹脂：精制石蠟退火油

② 尼龍樹脂

i) 烴油或蠟

ii) 高熔點惰性礦物油

 

3) 退火方法（聚甲醛共聚物的棒材退火條件）

① 油預熱至80 ℃

② 將擠出棒材放入浴槽中

③ 加熱至145~150 ℃

④ 保持145~150 ℃

⑤ 緩慢冷卻至80 ℃

⑥ 取出擠出棒材

⑦ 用三氯乙烯洗滌部件

 

4) 退火時間：取決于擠出部件的厚度或直徑。

(2) 空氣退火

1) 使用設(shè)備：空氣循環(huán)烘箱（最好用氮氣填充）

2) 應(yīng)用樹脂

① 空氣退火方法會導致變色，因此不推薦用于尼龍樹脂。

② PE，PP和POM（聚甲醛樹脂）通常推薦使用空氣退火法。

[表1] 聚甲醛棒材退火條件

 

7. 注意事項

退火不是必需的，不必要的退火可能產(chǎn)生由于較高收縮率導致的尺寸問題。 此外，退火并不是都能解決應(yīng)力。為了獲得高質(zhì)量的產(chǎn)品，需要精確的設(shè)計、適當?shù)牟牧线x擇和加工技術(shù)來減少加工誤差。建議盡可能避免以退火作為后處理。

(1) 玻纖增強產(chǎn)品各向異性的注意事項

玻纖增強產(chǎn)品可產(chǎn)生各向異性。 這受到零件厚度、澆口位置和產(chǎn)品形狀的影響。

 

(2) 不要將帶有金屬嵌件的產(chǎn)品退火

帶有金屬嵌件的產(chǎn)品，由于溫度變化，在靠近金屬嵌件的部位應(yīng)力會增加，從而嵌件周圍有可能產(chǎn)生裂縫。（特別是在熔接線附近）

 

(3) 預防過度退火

一般來講，過度退火會引起諸如變色、分解、表面起泡和其他不期望的問題。 為此，建議在測量產(chǎn)品實際尺寸的基礎(chǔ)上找到退火條件。