今天有個(gè)朋友遇到點(diǎn)麻煩事情，因?yàn)楝F(xiàn)在給客戶(hù)發(fā)的產(chǎn)品是再生料的，測(cè)試就耐環(huán)境應(yīng)力不合格，產(chǎn)品通過(guò)測(cè)試一個(gè)小時(shí)就開(kāi)裂了，所以說(shuō)這個(gè)問(wèn)題必須要解決才是。這個(gè)朋友也發(fā)出疑問(wèn)：“如果我買(mǎi)了原料估計(jì)能達(dá)到要求嗎？另外原料HDPE用那個(gè)牌號(hào)的比較好”？

表1  中國(guó)優(yōu)秀品牌HDPE牌號(hào)5000S生產(chǎn)廠(chǎng)家2月24日價(jià)格情況

眾所周知，雖然HDPE優(yōu)點(diǎn)相當(dāng)多，但是也有一些缺點(diǎn)要時(shí)刻高度重視 ，那就是：HDPE機(jī)械性能差，透氣差，易變形，易老化，易發(fā)脆，脆性低于PP，易應(yīng)力開(kāi)裂，表面硬度低，易刮傷。難印刷，印刷時(shí)，需進(jìn)行表面放電處理，不能電鍍，表面無(wú)光澤。

就以上相關(guān)塑料開(kāi)裂問(wèn)題我整理了點(diǎn)相關(guān)資料，供大家參考??！

首先讓我們先欣賞下?lián)P子研究院，其實(shí)這個(gè)研究院在HDPE研究方面是相當(dāng)?shù)膮柡?，已?jīng)形成多項(xiàng)專(zhuān)利和專(zhuān)有技術(shù)。根據(jù)了解獲悉，揚(yáng)子石化研究院合成樹(shù)脂研究所在HDPE產(chǎn)品這一方面更是研究多年，有完善的小試。中試實(shí)驗(yàn)裝置，同時(shí)我們研究院還有很多大型測(cè)試儀器，可能完成很專(zhuān)業(yè)的測(cè)試和分析，揚(yáng)子石化塑料廠(chǎng)在這方面的生產(chǎn)也是經(jīng)驗(yàn)豐富，像中空容器專(zhuān)用料，膜料、管材料等，也是同樣積累很多經(jīng)驗(yàn)。據(jù)悉，揚(yáng)子石化塑料廠(chǎng)1PE 裝置有三條生產(chǎn)線(xiàn)，年產(chǎn)量25 萬(wàn)噸，采用日本三井化學(xué)的淤漿法聚合工藝 ，成功開(kāi)發(fā)過(guò)HDPE 中空和管道料。

（圖一）

上圖一描述生產(chǎn)中要控制的主要參數(shù)，包括兩釜熔指的調(diào)控、兩釜組成比例的控制、密度的控制，還有生產(chǎn)的平穩(wěn)性方面的參數(shù)。右邊這個(gè)表格是揚(yáng)子研究院研發(fā)的這款浮箱專(zhuān)用料B505的一個(gè)性能典型值，熔指設(shè)計(jì)為21.6Kg下為6，主要是保證廠(chǎng)家在制造時(shí)的加工速度，斷裂伸長(zhǎng)率是保證制品能夠吹塑成型，同時(shí)還要保證制品壁厚均勻，另外一個(gè)關(guān)鍵指標(biāo)就是耐環(huán)境應(yīng)力破壞，揚(yáng)子研究院定的指標(biāo)是大于800，實(shí)際測(cè)試時(shí)到目前為止都是在1000小時(shí)以上。通過(guò)以上數(shù)據(jù)可以看出，揚(yáng)子研究院這個(gè)產(chǎn)品耐環(huán)境應(yīng)力破壞指標(biāo)非常不錯(cuò)，符合中國(guó)諸多下游客戶(hù)以及海外客戶(hù)的要求。

再讓我們提議下耐環(huán)境應(yīng)力開(kāi)裂問(wèn)題，根據(jù)相關(guān)技術(shù)研究人員透露，耐環(huán)境應(yīng)力是說(shuō)材料在低于材料自身強(qiáng)度的低應(yīng)力和環(huán)境介質(zhì)協(xié)同作用下發(fā)生的一個(gè)提早破壞的現(xiàn)象，作為工程材料，一旦開(kāi)裂，那后果是很?chē)?yán)重的。高密度聚乙烯，結(jié)晶度高、模量高、強(qiáng)度高，這些優(yōu)點(diǎn)也造成它是環(huán)境應(yīng)力特別敏感的材料。現(xiàn)在的研究認(rèn)為，高密度聚乙烯結(jié)晶度很高，但少量的非晶區(qū)中的缺陷，在環(huán)境試劑作用下會(huì)形成內(nèi)應(yīng)力，這個(gè)應(yīng)力會(huì)引起分子鏈之間的移動(dòng)和纏結(jié)的打開(kāi)，這樣會(huì)誘發(fā)銀紋，當(dāng)應(yīng)力集中到一定程度，宏觀(guān)上就會(huì)表現(xiàn)為開(kāi)裂。

針對(duì)以上問(wèn)題，為防止這種開(kāi)裂現(xiàn)象，就要增加鏈段的長(zhǎng)度，越長(zhǎng)的鏈段互相之間的纏結(jié)越緊密，另外給鏈段上增加長(zhǎng)支鏈也是阻止鏈段解纏結(jié)的有效方法。那揚(yáng)子石化研究院現(xiàn)在的做法就是如果能夠使用碳數(shù)多的共聚單體，比如己烯進(jìn)行共聚，甚至用辛烯共聚是最好，只不過(guò)這種對(duì)催化劑的要求和裝置能力影響較大，涉及溶劑的更換回收一系列的問(wèn)題。另外一個(gè)解決方法就是增加支化鏈段的數(shù)量，但是共聚單體加入增加，產(chǎn)品的密度就隨之下降，所以這樣的做法也有一定的局限，還有一個(gè)方法就是增加主鏈段的長(zhǎng)度，長(zhǎng)度增加，從GPC測(cè)試上來(lái)看，就是分子量增加，增加這部分高分子量鏈段的數(shù)量，而且單個(gè)鏈段的鏈越長(zhǎng)，也就是說(shuō)分子量越大，耐環(huán)境應(yīng)力也越好，但這也存在一個(gè)問(wèn)題就是，分子量越大，產(chǎn)品的熔指就越低，加工的難度就越高，因此雙峰分布聚乙烯中的少量低分子量的聚乙烯鏈段就起到一個(gè)分子內(nèi)的潤(rùn)滑作用。

（圖二）

保證雙峰部分中高分子量的部分占比多一些，分子量的絕對(duì)值在一個(gè)合理范圍內(nèi)，適量的小分子保持加工性能，實(shí)現(xiàn)這樣一個(gè)性能的平衡是B505下一步改進(jìn)的思路。從左邊這個(gè)GPC的測(cè)試圖上，B505較B4906T的一個(gè)較大改進(jìn)，就是增加了大分子量部分的占比，由38%提高至53%，保證產(chǎn)品的熔體強(qiáng)度可以實(shí)現(xiàn)較大浮箱制件的成型要求，另外保留一部分小分子來(lái)改善加工成型的速度等問(wèn)題?，F(xiàn)在B505已結(jié)完成了4次工業(yè)化生產(chǎn)，產(chǎn)品性能已經(jīng)趨向穩(wěn)定，其中耐環(huán)境應(yīng)力測(cè)試仍然保持在1000小時(shí)以上，其他相關(guān)衛(wèi)生等測(cè)試正在進(jìn)行中。

再讓我們看看再生HDPE下游衍生物產(chǎn)品導(dǎo)致開(kāi)裂的重要原因吧？

首先是物料的影響：例如HDPE結(jié)構(gòu)壁管材使用再生料較為普遍，但再生料結(jié)構(gòu)復(fù)雜，由多種不同聚合物組成，導(dǎo)致熔融料中新舊料分散不均，塑化不良，使得異型基材抗沖性和拉伸強(qiáng)度降低。通過(guò)掃描電鏡照片可以很容易發(fā)現(xiàn)膠料塑化狀況，另外，再生料油污清洗不干凈也會(huì)影響物料塑化和焊接強(qiáng)度。HDPE結(jié)構(gòu)壁管材生產(chǎn)過(guò)程中，一些廠(chǎng)家為了保證塑化良好，通常會(huì)加入少量線(xiàn)性低密度聚乙烯，這雖然可以改善物料流動(dòng)性和促進(jìn)塑化，但同時(shí)降低結(jié)構(gòu)壁管材環(huán)剛度與拉伸強(qiáng)度。總之，HDPE結(jié)構(gòu)壁管材結(jié)構(gòu)特征，加之外界晝夜溫差環(huán)境變化應(yīng)力釋放，導(dǎo)致HDPE結(jié)構(gòu)壁管材開(kāi)裂，還有儲(chǔ)存和運(yùn)輸途中強(qiáng)烈的外力撞擊使得應(yīng)力瞬時(shí)釋放也會(huì)導(dǎo)致管材破裂。下圖三就是混合料電鏡中的圖片。

（圖三）

其次是內(nèi)應(yīng)力：內(nèi)應(yīng)力從熱力學(xué)方面講是成型過(guò)程中形成的不平衡結(jié)構(gòu)，在成型之后不能恢復(fù)到與環(huán)境條件相適應(yīng)的平衡結(jié)構(gòu)，從而產(chǎn)生一種趨向平衡的作用。由于樹(shù)脂本身結(jié)構(gòu)及塑化成型的特點(diǎn)，塑料在定型及冷卻的階段，固化轉(zhuǎn)變時(shí)間與應(yīng)力釋放的時(shí)間很難完全統(tǒng)一，不可避免的產(chǎn)生相應(yīng)的應(yīng)力。雖然新技術(shù)、新發(fā)明不斷應(yīng)用到各類(lèi)塑料成型方法中，但無(wú)法從根本上解決內(nèi)應(yīng)力的問(wèn)題。內(nèi)應(yīng)力是無(wú)法消除的，管材的內(nèi)應(yīng)力在一定條件下，如：管材使用（存儲(chǔ)、施工等）條件超過(guò)管材承受范圍，均可能出現(xiàn)應(yīng)力釋放，影響管材的外觀(guān)及力學(xué)性能，嚴(yán)重的會(huì)導(dǎo)致管材結(jié)構(gòu)出現(xiàn)變形、裂紋、開(kāi)裂等破壞。

其實(shí)，塑膠類(lèi)等產(chǎn)品開(kāi)裂的原因也有很多，塑料與塑膠類(lèi)產(chǎn)品開(kāi)裂主要包括產(chǎn)品表面絲狀裂紋、微裂、頂白、開(kāi)裂及因制件粘模、流道粘模而造成或創(chuàng)傷危機(jī)，按開(kāi)裂時(shí)間分脫模開(kāi)裂和應(yīng)用開(kāi)裂。主要有以下幾個(gè)方面的原因造成：①材料方面、②加工方面、③模具方面、④機(jī)臺(tái)方面等等。

一：材料方面

產(chǎn)品開(kāi)裂從材料方面考慮主要分一下三點(diǎn)。第一再生料含量太高，造成制件強(qiáng)度過(guò)低；第二濕度過(guò)大，造成一些塑料與水汽發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，降低強(qiáng)度而出現(xiàn)頂出開(kāi)裂；第三材料本身不適宜正在加工的環(huán)境或質(zhì)量欠佳，受到污染都會(huì)造成開(kāi)裂。

二、加工方面

產(chǎn)品開(kāi)裂在加工層面所需要考慮的原因就比較多了，大致整理為以下六點(diǎn)。第一加工壓力過(guò)大、速度過(guò)快、充料愈多、注射、保壓時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，都會(huì)造成內(nèi)應(yīng)力過(guò)大而開(kāi)裂；第二調(diào)節(jié)開(kāi)模速度與壓力防止快速?gòu)?qiáng)拉制件造成脫模開(kāi)裂；第三適當(dāng)調(diào)高模具溫度，使制件易于脫模，適當(dāng)調(diào)低料溫防止分解；第四由于熔接痕，塑料降解造成機(jī)械強(qiáng)度變低而出現(xiàn)開(kāi)裂；第五適當(dāng)使用脫模劑，注意經(jīng)常消除模面附著的氣霧等物質(zhì)；第六制件殘余應(yīng)力，可通過(guò)在成型后立即進(jìn)行退火熱處理來(lái)消除內(nèi)應(yīng)力而減少裂紋的生成。

三、模具方面

產(chǎn)品出現(xiàn)開(kāi)裂現(xiàn)象，模具生產(chǎn)環(huán)節(jié)也是不可忽視的非常重要的一環(huán)，具體請(qǐng)參看以下幾方面的原因：第一頂出要平衡，如頂桿數(shù)量、截面積要足夠，脫模斜度要足夠，型腔面要有足夠光滑，這樣才防止由于外力導(dǎo)致頂出殘余應(yīng)力集中而開(kāi)裂；第二制件結(jié)構(gòu)不能太薄，過(guò)渡部份應(yīng)盡量采用圓弧過(guò)渡，避免尖角、倒角造成應(yīng)力集中；第三盡量少用金屬嵌件，以防止嵌件與制件收縮率不同造成內(nèi)應(yīng)力加大；第四對(duì)深底制件應(yīng)設(shè)置適當(dāng)?shù)拿撃＿M(jìn)氣孔道，防止形成真空負(fù)壓；第五主流道足夠大使?jié)部诹衔磥?lái)得及固化時(shí)脫模，這樣易于脫模；第六主流道襯套與噴嘴接合應(yīng)當(dāng)防止冷硬料的拖拉而使制件粘在定模上。

四、機(jī)臺(tái)方面

產(chǎn)品開(kāi)裂機(jī)臺(tái)方面的原因就比較簡(jiǎn)單了，注塑機(jī)塑化容量要適當(dāng)，過(guò)小塑化不充分未能完全混合而變脆，過(guò)大時(shí)會(huì)降解。

值得一提的是，ABS其實(shí)也會(huì)經(jīng)常發(fā)生注塑件應(yīng)力開(kāi)裂現(xiàn)象的，大家知道成型條件的影響因素主要有材料中的水分、料筒溫度、注塑壓力、保壓時(shí)間、模具溫度等。ABS樹(shù)脂成型前必須干燥,干燥程度越高,對(duì)降低內(nèi)應(yīng)力越明顯。提高料筒溫度，可以降低熔體粘度,有利于解除分子取向，降低應(yīng)力，但過(guò)高的料筒溫度易使樹(shù)脂分解，反而增大了制件應(yīng)力，所以料筒溫度應(yīng)適宜。提高注塑壓力或延長(zhǎng)保壓時(shí)間，會(huì)增加分子取向應(yīng)力，但有利于降低收縮應(yīng)力。模具溫度提高會(huì)降低應(yīng)力,但會(huì)使成型周期延長(zhǎng)，增加了樹(shù)脂分解的可能。

此時(shí)此刻也可以學(xué)習(xí)一下ABS類(lèi)產(chǎn)品相關(guān)知識(shí)，ABS環(huán)境應(yīng)力所致開(kāi)裂的原因分析及改進(jìn)建議如下：

原料方面：原料為GP-22型ABS+高濃度黑色母粒的塑料件從模具中拿出時(shí)完好無(wú)缺，空氣中放置2到3天后，部分零件中銅嵌件周?chē)霈F(xiàn)垂直裂紋，有的甚至已完全裂開(kāi)。因?yàn)樗芰霞诔尚瓦^(guò)程中未出現(xiàn)任何問(wèn)題，說(shuō)明問(wèn)題不在于成型設(shè)備及工藝，經(jīng)初步分析確認(rèn)，問(wèn)題主要由環(huán)境應(yīng)力開(kāi)裂引起，引起環(huán)境應(yīng)力開(kāi)裂的原因可能有以下幾個(gè)方面：第一原料混有其它雜質(zhì)或摻雜不適當(dāng)?shù)幕蜻^(guò)量的溶劑或其它添加劑；環(huán)境應(yīng)力開(kāi)裂是聚烯烴類(lèi)塑料的特有現(xiàn)象，它是指當(dāng)制品存在應(yīng)力時(shí)，與某些活性介質(zhì)接觸，會(huì)出現(xiàn)脆性裂紋，最終可能導(dǎo)致制品破壞。這些活性物質(zhì)可以是洗滌劑、皂類(lèi)、水、油、酸、堿、鹽及對(duì)材料并無(wú)顯著溶脹作用的有機(jī)溶劑。環(huán)境應(yīng)力開(kāi)裂的必要條件是試樣或零件內(nèi)存在應(yīng)力，并存在某種應(yīng)力集中因素如缺口、表面劃傷等。而ABS里含有聚烯烴成分，且原料里含的雜質(zhì)或溶劑間接提供了這些活性物質(zhì)，當(dāng)ABS塑料件在儲(chǔ)存的過(guò)程中由于種種偶然因素致表面出現(xiàn)缺口或劃傷時(shí)，就會(huì)導(dǎo)致裂紋。第二是有些塑料如ABS等，在受潮狀況下加熱會(huì)與水汽發(fā)生催化裂化反應(yīng)，使制件發(fā)生大的應(yīng)變從而開(kāi)裂。第三是塑料在機(jī)筒內(nèi)加熱時(shí)間太長(zhǎng)，也會(huì)促使制件脆裂。

制品設(shè)計(jì)方面：像聚苯乙烯及含有此成分的塑料應(yīng)盡量少用金屬嵌件，因?yàn)檫@些塑料脆性的冷熱比容大。如果為了裝配和強(qiáng)度的要求必須加入嵌件，比如嵌件由金屬銅制成，而金屬銅嵌件冷卻時(shí)尺寸變化與塑料ABS的熱收縮值相差很大，致使嵌件周?chē)a(chǎn)生較大的內(nèi)應(yīng)力，于是造成了制品的開(kāi)裂。具體改進(jìn)措施如下：更換嵌件所用材料，使嵌件與ABS制品線(xiàn)膨脹系數(shù)應(yīng)盡可能接近等等措施，在這里就只能提供這些內(nèi)容了。

最后，再提供五種其他工程塑料等一些材料的具體測(cè)試應(yīng)力開(kāi)裂的具體方法，供您參考如下：

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