塑料注塑中內(nèi)應(yīng)力對(duì)注塑制品的影響

作者:   發(fā)布時(shí)間:2016/6/18 10:55:03   瀏覽次數(shù):3819

       塑料內(nèi)應(yīng)力是指在塑料熔融加工過(guò)程中由于受到大分子鏈的取向和冷卻收縮等因素影響而產(chǎn)生的一種內(nèi)在應(yīng)力。

      內(nèi)應(yīng)力的實(shí)質(zhì)為大分子鏈在熔融加工過(guò)程中形成的不平衡構(gòu)象，這種不平衡構(gòu)象在冷卻固化時(shí)不能立即恢復(fù)到與環(huán)境條件相適應(yīng)的平衡構(gòu)象，這種不平衡構(gòu)象的實(shí)質(zhì)為一種可逆的高彈形變，而凍結(jié)的高彈形變平時(shí)以位能形式儲(chǔ)存在塑料制品中，在適宜的條件下，這種被迫的不穩(wěn)定的構(gòu)象將向自由的穩(wěn)定的構(gòu)象轉(zhuǎn)化，位能轉(zhuǎn)變?yōu)閯?dòng)能而釋放。當(dāng)大分子鏈間的作用力和相互纏結(jié)力承受不住這種動(dòng)能時(shí)，內(nèi)應(yīng)力平衡即遭到破壞，塑料制品就會(huì)產(chǎn)生應(yīng)力開裂及翹 曲變形等現(xiàn)象。

      幾乎所有塑料制品都會(huì)不同程度地存在內(nèi)應(yīng)力，尤其是塑料注射制品的內(nèi)應(yīng)力更為明顯。內(nèi)應(yīng)力的存在不僅使塑料制品在儲(chǔ)存和使用過(guò)程中出現(xiàn)應(yīng)力開裂和翹曲變形，也影響塑料制品的力學(xué)性能、光學(xué)性能、電學(xué)性能及外觀質(zhì)量等。 

      為此，必須找出內(nèi)應(yīng)力產(chǎn)生的原因及消除內(nèi)應(yīng)力的辦法，最大程度地降低塑料制品內(nèi)部的應(yīng)力，并使殘余內(nèi)應(yīng)力在塑料制品上盡可能均勻地分布，避免產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力集中現(xiàn)象，從而改善塑料制品的力學(xué)和熱學(xué)等性能.

     

    注塑制品內(nèi)應(yīng)力產(chǎn)生分析

    1 內(nèi)應(yīng)力產(chǎn)生

    在注塑制品中，各處局部應(yīng)力狀態(tài)是不同的，制品變形程度將決定于應(yīng)力分布。如果制品在冷卻時(shí)。存在溫度梯度，則這類應(yīng)力會(huì)發(fā)展，所以這類應(yīng)力又稱為“成型應(yīng)力”。

    注塑制品的內(nèi)應(yīng)力包兩種：一種是注塑制品成型應(yīng)力，另一種是溫度應(yīng)力。當(dāng)熔體進(jìn)入溫度較低的模具時(shí)，靠近模腔壁的熔體訊速地冷卻而固化，于是分子鏈段被“凍 結(jié)”。由于凝固的聚合物層，導(dǎo)熱性很差，在制品厚度方向上產(chǎn)生較大的溫度梯度。制品心部凝固相當(dāng)緩慢，以致于當(dāng)澆口封閉時(shí)，制品中心的熔體單元還未凝固，這時(shí)注塑機(jī)又無(wú)法對(duì)冷卻收縮進(jìn)行補(bǔ)料。這樣制品內(nèi)部收縮作用與硬皮層作用方向是相反的；心部處于靜態(tài)拉伸而表層則處于靜態(tài)壓縮。

      在熔體充模流動(dòng)時(shí)，除了有體積收縮效應(yīng)引起的應(yīng)力外。還有因流道，澆口出口的膨脹效應(yīng)而引起的應(yīng)力；前一種效應(yīng)引起的應(yīng)力與熔體流動(dòng)方向有關(guān)，后者由于出口膨脹效應(yīng)將引起在垂直于流動(dòng)方向應(yīng)力作用。

      

      2 影響內(nèi)應(yīng)力的工藝因素

    （1）向應(yīng)力的影響在速冷條件下，取向會(huì)導(dǎo)致聚合物內(nèi)應(yīng)力的形成。由于聚合物熔體的粘度高，內(nèi)應(yīng)力不能很快松馳，影響制品的物理性能和尺寸穩(wěn)定性。

各參數(shù)對(duì)取向應(yīng)力的影響

     a熔體溫度，熔體溫度高，粘度低，剪切應(yīng)力降低取向度減?。涣硪环矫嬗捎谌垠w溫度高會(huì)使應(yīng)力松馳加快，促使解取向能力加強(qiáng)。

     可是在不改變注塑機(jī)壓力的情況下，模腔壓力會(huì)增大，強(qiáng)剪切作用又導(dǎo)致取向應(yīng)力的提高。

     b在噴嘴封閉以前，延長(zhǎng)保壓時(shí)間，會(huì)導(dǎo)致取向應(yīng)力增加。

     c提高注射壓力或保壓壓力，會(huì)增大取向應(yīng)力，

     d模具溫度高可保證制品緩慢冷卻，起到解取向作用。

     e增加制品厚度使取向應(yīng)力降低，因?yàn)楹癖谥破防鋮s時(shí)慢，粘度提高慢，應(yīng)力松馳過(guò)程的時(shí)間長(zhǎng)，所以取向應(yīng)力小。

      

    （2）對(duì)溫度應(yīng)力的影響

      如上所述由于在充模時(shí)熔體和型壁之間溫度梯度很大，先凝固的外層熔體要助止后凝固的內(nèi)層熔體的收縮，結(jié)果在外層產(chǎn)生壓應(yīng)力（收縮應(yīng)力），內(nèi)層產(chǎn)生拉應(yīng)力（取向應(yīng)力）。

     如果充模后又在保壓壓力的作用下持續(xù)較長(zhǎng)時(shí)間，聚合物熔體又補(bǔ)入模腔中，使模腔壓力提高，此壓力會(huì)改變由于溫度不均而產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力。但在保壓時(shí)間短，模腔壓力又較低的情況下，制品內(nèi)部仍會(huì)保持原來(lái)冷卻時(shí)的應(yīng)力狀態(tài)。

      如果在制品冷卻初期模腔壓力不足時(shí)，制品的外層會(huì)因凝固收縮而形成凹陷；如果在制品已形成冷硬層的后期模腔壓力不足時(shí)，制品的內(nèi)層會(huì)因收縮而分離，或形成空穴；如果在澆口封閉前維持模腔壓力，有利于提高制品密度，消除冷卻溫度應(yīng)力，但是在澆口附近會(huì)產(chǎn)生較大的應(yīng)力集中。

      由此看來(lái)熱塑性聚合物在成型時(shí)，模內(nèi)壓力越大保壓時(shí)間越長(zhǎng)，有助于溫度所產(chǎn)生的收縮應(yīng)力的減小反之會(huì)使壓縮應(yīng)力增大。

    （ 3）內(nèi)應(yīng)力與注塑制品質(zhì)量的關(guān)系

      制品中內(nèi)應(yīng)力的存在會(huì)嚴(yán)重影響制品的力學(xué)性質(zhì)和使用性能；由于制品內(nèi)應(yīng)力的存在和分布不均，制品在使用過(guò)程中會(huì)發(fā)生裂紋。在玻璃化溫度以下使用時(shí)，常發(fā)生不規(guī)則的變形或翹曲，還會(huì)引起制品表面“泛白”，渾濁，光學(xué)性質(zhì)變壞。

      設(shè)法降低澆口處溫度，增加緩冷時(shí)間，有利于改善制品的應(yīng)力不均，使制品的機(jī)械性能均一。

      不管對(duì)結(jié)晶型聚合物還是非結(jié)晶型聚合物，拉伸強(qiáng)度都表現(xiàn)出各向異向的特點(diǎn)。對(duì)非結(jié)晶型聚合物拉伸強(qiáng)度會(huì)因澆口的們置而異；當(dāng)澆口與充模方向一致時(shí)，拉伸強(qiáng)度隨熔體溫度提高而降低；當(dāng)澆口與充模方向垂直時(shí)，拉伸強(qiáng)度隨熔體溫度的提高而增加。

      

       由于熔體溫度提高導(dǎo)致解取向作用加強(qiáng)，而取向作用減弱使拉伸強(qiáng)度降低。澆口的方位會(huì)通過(guò)影響料流的方向來(lái)影響取向，又由于非結(jié)晶型聚合物比結(jié)晶型聚合物的各向異性表現(xiàn)的強(qiáng)烈，所以在垂直于流動(dòng)方向上的拉伸強(qiáng)度前者比后者大。低溫注射比高溫注射有更大的力學(xué)各向異性，如注射溫度高時(shí)，垂直方向與流動(dòng)方向的強(qiáng)度 比為1.7，注射溫度低時(shí)為2 。

       由此看來(lái)，熔體溫度的提高，不論對(duì)結(jié)晶型聚合物還是非結(jié)晶型聚合物都會(huì)導(dǎo)致拉伸強(qiáng)度的降低，但機(jī)理卻不一樣；前者是由于通過(guò)取向作用降低的影響

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