Довідкова таблиця швидкостей усадки пластмас (дані на 2025 рік)

Вступ до усадки прес-форм

Усадка прес-форм - це зменшення розмірів, що виникає, коли розплавлений полімер охолоджується та твердне в порожнині прес-форми для лиття під тиском. Ця зміна розмірів є фундаментальною для проектування лиття під тиском і безпосередньо впливає на якість деталі, посадку та функціональність. Розуміння та компенсація усадки є необхідними для виробництва точних, взаємозамінних деталей.

Швидкості усадки значно різняться між типами полімерів, умовами переробки та геометрією деталі. Цей повний довідник на 2025 рік надає найсвіжіші дані про усадку для основних інженерних полімерів, дозволяючи точне проектування прес-форм та оптимізацію процесу.

Представлені дані становлять промислові стандарти, засновані на методиці тестування ASTM D955 та специфікаціях виробників для сортів матеріалів на 2025 рік. Всі значення виражені як відсоток від розмірності порожнини прес-форми.

Аморфні vs. напівкристалічні полімери

Поведінка усадки полімерів фундаментально визначається молекулярною структурою та властивостями кристалізації:

Аморфні полімери

Властивості: Ізотропна усадка (рівномірна в усіх напрямках), нижчі швидкості усадки (0.4-0.8%), поведінка скляного переходу, розмірна стабільність у температурних діапазонах.

Приклади: ABS, PC, PS, PMMA, PVC, SAN

Модель усадки: Переважно термічне стиснення з мінімальними ефектами кристалізації

Напівкристалічні полімери

Властивості: Анізотропна усадка (залежна від напрямку), вищі швидкості усадки (1.0-3.0%), кристалізація під час охолодження, ефекти орієнтації від потоку, усадка після лиття.

Приклади: PP, PE, PA6, PA66, PBT, PET, POM

Модель усадки: Термічне стиснення + усадка кристалізації + ефекти орієнтації

Фактори, що впливають на швидкості усадки

Різні фактори переробки та матеріалів впливають на кінцеву швидкість усадки:

Параметри переробки

• Тиск утримання: Вищий тиск = нижча усадка (більше матеріалу ущільнюється)
• Температура плавлення: Вища температура = трохи вища усадка
• Температура прес-форми: Вища температура прес-форми = нижча усадка (краще ущільнення)
• Час охолодження: Довше охолодження = нижча усадка після лиття
• Час утримання тиску: Критичний для напівкристалічних матеріалів

Фактори проектування деталі

• Товщина стінки: Товстіші ділянки = вища усадка
• Довжина потоку: Довший потік = вища орієнтація = анізотропна усадка
• Місце розташування литника: Впливає на ефективність ущільнення та орієнтацію
• Ребра та боси: Різні швидкості усадки vs. основні стінки

Фактори матеріалу

• Вміст наповнювачів: Скляні/мінеральні наповнювачі зменшують усадку
• Вміст вологи: Впливає на кристалізацію у деяких полімерів
• Рівень переробки: Може збільшити варіабельність усадки
• Сорт матеріалу: Різні формуляції мають різну усадку

Повна таблиця усадки (2025)

Наведена нижче таблиця надає повні дані про швидкості усадки для основних інженерних полімерів. Всі значення засновані на специфікаціях матеріалів для 2025 року та стандартних умовах переробки (температура плавлення: рекомендована, температура прес-форми: 60-80°C, тиск утримання: оптимальний).

Полімер	Сорт/Тип	Діапазон усадки (%)	Типове значення (%)	Примітки
Поліпропілен (PP)	Гомо-полімер	1.0 - 2.5	1.5 - 2.0	Вищий із збільшеною кристалічністю
Поліпропілен (PP)	Співполімер	1.2 - 2.8	1.8 - 2.3	Вміст етилену впливає на усадку
Поліпропілен (PP)	30% склопластик	0.3 - 0.8	0.4 - 0.6	Анізотропний через орієнтацію волокон
Поліетилен (PE)	HDPE	1.5 - 3.0	2.0 - 2.5	Щільність впливає на кристалізацію
Поліетилен (PE)	LDPE	1.0 - 2.5	1.5 - 2.0	Нижча щільність = нижча усадка
Поліетилен (PE)	LLDPE	1.2 - 2.8	1.8 - 2.3	Лінійна структура впливає на потік
Акрилонітрил бутадієн стирол (ABS)	Загального призначення	0.4 - 0.7	0.5 - 0.6	Ізотропна модель усадки
Акрилонітрил бутадієн стирол (ABS)	Висока ударна міцність	0.4 - 0.8	0.5 - 0.7	Вміст каучуку трохи збільшує усадку
Акрилонітрил бутадієн стирол (ABS)	20% склопластик	0.2 - 0.5	0.3 - 0.4	Армування волокнами зменшує усадку
Полікарбонат (PC)	Загального призначення	0.5 - 0.8	0.6 - 0.7	Висока температура прес-форми зменшує усадку
Полікарбонат (PC)	20% склопластик	0.2 - 0.5	0.3 - 0.4	Скляні волокна обмежують усадку
Полікарбонат (PC)	Вогнестійкий	0.5 - 0.9	0.6 - 0.8	Додатки можуть впливати на усадку
Поліамід 6 (PA6)	Ненаповнений	0.8 - 1.5	1.0 - 1.3	Гідроліз впливає на розмірну стабільність
Поліамід 6 (PA6)	30% склопластик	0.3 - 0.8	0.4 - 0.6	Орієнтація волокон викликає анізотропію
Поліамід 6 (PA6)	Мінеральний наповнювач	0.5 - 1.0	0.7 - 0.9	Мінеральні наповнювачі зменшують, але не усувають
Поліамід 66 (PA66)	Ненаповнений	0.8 - 1.6	1.1 - 1.4	Вища кристалічність ніж PA6
Поліамід 66 (PA66)	33% склопластик	0.3 - 0.9	0.4 - 0.7	Поширений інженерний клас
Полібутилен терефталат (PBT)	Ненаповнений	0.8 - 1.6	1.2 - 1.4	Швидка кристалізація
Полібутилен терефталат (PBT)	30% склопластик	0.2 - 0.6	0.3 - 0.5	Низька усадка для прецизійних деталей
Поліетилен терефталат (PET)	Ненаповнений	0.2 - 0.8	0.3 - 0.6	Сушка критична для послідовності
Поліетилен терефталат (PET)	30% склопластик	0.1 - 0.4	0.2 - 0.3	Дуже низькі застосування усадки
Поліоксиметилен (POM)	Гомо-полімер	1.8 - 2.5	2.0 - 2.3	Матеріал з високою кристалічністю
Поліоксиметилен (POM)	Співполімер	1.5 - 2.2	1.8 - 2.0	Краща термічна стабільність
Поліоксиметилен (POM)	20% склопластик	0.5 - 1.2	0.7 - 1.0	Зменшена усадка vs. ненаповнений
Полістирол (PS)	Загального призначення	0.3 - 0.7	0.4 - 0.6	Низька усадка, добра розмірна стабільність
Полістирол (PS)	Висока ударна міцність (HIPS)	0.3 - 0.8	0.4 - 0.7	Вміст каучуку трохи збільшує усадку
Поліметил метакрилат (PMMA)	Загального призначення	0.2 - 0.6	0.3 - 0.5	Дуже низька усадка, відмінна оптика
Полівініл хлорид (PVC)	Жорсткий	0.2 - 0.6	0.3 - 0.5	Термічне розширення впливає на розміри
Полівініл хлорид (PVC)	Пластифікований	0.8 - 2.0	1.0 - 1.5	Міграція пластифікатора викликає зміни
Стирен акрилонітрил (SAN)	Загального призначення	0.3 - 0.7	0.4 - 0.6	Схожий на PS, але хімічно стійкий
Термопластичний еластомер (TPE)	SBS/SEBS	0.8 - 2.0	1.0 - 1.5	М'які класи мають вищу усадку
Термопластичний еластомер (TPE)	TPU	0.5 - 1.2	0.7 - 1.0	Поліестер vs. поліетер впливає на усадку

Формули розрахунку усадки

Розміри прес-форм потрібно розрахувати для компенсації усадки. Основна формула:

Основна формула розміру прес-форми

Розмір прес-форми = Розмір деталі × (1 + Швидкість усадки)

Де швидкість усадки виражена як десяткове значення (наприклад, 0.02 для усадки 2%)

Міркування щодо анізотропної усадки

У напівкристалічних полімерів усадка різниться за напрямком:

• Напрямок потоку: Нижча усадка завдяки молекулярній орієнтації
• Поперек потоку: Вища усадка перпендикулярно до потоку
• Через товщину: Найвища усадка через товщину стінки

Формула диференціальної усадки

Фактор усадки = 1 + (S_потік + S_поперек + S_товщина) / 3

Де:

• S_потік = усадка в напрямку потоку
• S_поперек = усадка поперек потоку
• S_товщина = усадка через товщину

Поведінка усадки після лиття

Багато полімерів продовжують усаджуватися після виймання з прес-форми. Ця усадка після лиття особливо значуща для напівкристалічних полімерів.

Залежна від часу усадка

• Початкова (0-24 години): 20-40% від загальної усадки після лиття
• Короткострокова (1-7 днів): 50-70% від загальної усадки після лиття
• Довгострокова (тижні-місяці): Фінальна стабілізація

Фактори середовища

• Температура: Вищі температури прискорюють усадку
• Вологість: Впливає на гігроскопічні полімери (PA, PBT)
• Релаксація напруги: Внутрішні напруги релаксуються з часом

Критичні полімери для усадки після лиття

Полімер	Усадка після лиття (%)	Час до стабілізації
PP гомо-полімер	0.1 - 0.3	2-4 тижні
PA6	0.2 - 0.5	1-3 тижні
PA66	0.3 - 0.6	2-4 тижні
PBT	0.1 - 0.3	1-2 тижні
POM	0.2 - 0.4	3-6 тижнів

Стратегії компенсації при проектуванні прес-форм

Ефективна компенсація усадки вимагає розуміння геометрії деталі та поведінки матеріалу:

Компенсація товщини стінки

Усадка збільшується із товщиною стінки. Фактор компенсації:

K_товщина = 1 + S × (1 + 0.01 × (h - h_ref))

Де:

• S = базова швидкість усадки
• h = фактична товщина стінки
• h_ref = референтна товщина (2-3мм)

Оптимізація параметрів переробки

Умови переробки значно впливають на кінцеву усадку:

Оптимізація тиску утримання

Недостатній тиск утримання призводить до надмірної усадки. Настанови:

• Аморфні полімери: Ущільнювати до 95-98% від теоретичної щільності
• Напівкристалічні полімери: Ущільнювати до 98-99% від теоретичної щільності
• Профіль тиску: Високий початковий тиск, поступове зменшення

Контроль температури прес-форми

Вищі температури прес-форми зменшують усадку, дозволяючи краще ущільнення:

• ABS/PC: 80-100°C для мінімальної усадки
• PA/PBT: 90-120°C для контролю кристалізації
• PE/PP: 40-60°C для балансу охолодження та усадки

Оптимізація часу охолодження

Відповідний час охолодження забезпечує розмірну стабільність:

• Тонкі стінки (< 2мм): 10-20 секунд часу охолодження
• Середні стінки (2-4мм): 20-40 секунд часу охолодження
• Товсті стінки (> 4мм): 40-80 секунд часу охолодження

Усунення проблем з усадкою

Поширені проблеми, пов'язані з усадкою, та рішення:

Надмірна усадка

• Причина: Низький тиск утримання, короткий час утримання, низька температура прес-форми
• Рішення: Збільшити тиск утримання на 10-20%, продовжити час утримання, підняти температуру прес-форми
• Порада Tederic: Використовувати закритий контроль тиску для послідовного ущільнення

Диференціальна усадка

• Причина: Нерівномірне охолодження, неправильне розташування литника, довгі довжини потоку
• Рішення: Оптимізувати розташування охолодження, перемістити литники, додати конформні канали охолодження
• Порада Tederic: Впровадити контроль температури прес-форми варіотерм для рівномірної усадки

Розмірні зміни після лиття

• Причина: Недостатня кристалізація, поглинання вологи, релаксація напруги
• Рішення: Збільшити час охолодження, забезпечити відповідну сушку, використовувати відпал зменшення напруги
• Порада Tederic: Впровадити вимірювання розмірів після лиття та контроль зворотного зв'язку

Несумісна усадка

• Причина: Варіації матеріалів, коливання температури, невідповідності машини
• Рішення: Використовувати послідовні партії матеріалів, стабілізувати температури процесу, відкалібрувати машину
• Порада Tederic: Застосовувати сенсори Industry 4.0 для моніторингу усадки в режимі реального часу

Підсумок та ключові висновки

Компенсація усадки є критичною для виробництва деталей з точними розмірами при литті під тиском. Дані на 2025 рік, представлені тут, становлять найновітніші промислові стандарти для основних інженерних полімерів.

Ключові пункти:

• Аморфні полімери: 0.2-0.8% усадка, ізотропна поведінка
• Напівкристалічні полімери: 0.8-3.0% усадка, анізотропна поведінка
• Наповнені полімери: 0.1-1.0% усадка, зменшена армуванням волокнами
• Фактори переробки: Тиск утримання є найкритичнішим для контролю усадки
• Усадка після лиття: Значуща для напівкристалічних матеріалів (тижні до стабілізації)

Формула проектування прес-форм: Розмір прес-форми = Розмір деталі × (1 + Швидкість усадки)

Завжди перевіряйте швидкості усадки у вашого конкретного постачальника матеріалів, оскільки формуляції можуть варіюватися. Використовуйте цю довідкову таблицю як вихідну точку для проектування прес-форм та розробки процесу.

Перевага Tederic: Наші сучасні машини для лиття під тиском із закритим контролем та можливостями варіотерм забезпечують послідовну усадку та розмірну точність для всіх типів полімерів.