塑膠產(chǎn)品內(nèi)應(yīng)力研究報(bào)告與消除方法

1、-. z.塑膠產(chǎn)品應(yīng)力研究與消除方法一1.注塑制品一個(gè)普遍存在的缺點(diǎn)是有應(yīng)力。應(yīng)力的存在不僅是制件在儲(chǔ)存和使用中出現(xiàn)翹曲變形和開裂的重要原因，也是影響制件光學(xué)性能、電學(xué)性能、物理力學(xué)性能和表觀質(zhì)量的重要因素。因此找出各種成型因素對注塑制品應(yīng)力影響的規(guī)律性，以便采取有效措施減少制件的應(yīng)力，并使其在制件斷面上盡可能均勻地分布，這對提高注塑制品的質(zhì)量具有重要意義。特別是在制件使用條件下要承受熱、有機(jī)溶劑和其他能加速制件開裂的腐蝕介質(zhì)時(shí)，減少制件的應(yīng)力對保證其正常工作具有更加重要的意義。此外，掌握注塑制品應(yīng)力的消除方法和測試方法也很有必要 2應(yīng)力的種類 高分子材料在成型過程中形成的不平衡構(gòu)象，在成型之

2、后不能立即恢復(fù)到與環(huán)境條件相適應(yīng)的平衡構(gòu)象，是注塑制品存在應(yīng)力的主要原因。另外，外力使制件產(chǎn)生強(qiáng)迫高彈形變也會(huì)在其中形成應(yīng)力。根據(jù)起因不同，通常認(rèn)為熱塑性塑料注塑制件中主要存在著四種不同形式的應(yīng)力。對注塑制件力學(xué)性能影響最大的是取向應(yīng)力和體積溫度應(yīng)力。 2.1取向應(yīng)力 高分子取向使制件存在著未松弛的高彈形變，主要集中在表層和澆口的附近，使這些地方存在著較大的取向應(yīng)力，用退火的方法可以消除制件的取向應(yīng)力。試驗(yàn)說明，提高加工溫度和模具溫度、降低注射壓力和注射速度、縮短注射時(shí)間和保壓時(shí)間都能在不同程度上使制件的取向應(yīng)力減小。 2.2體積溫度應(yīng)力 體積溫度應(yīng)力是制件冷卻時(shí)不均勻收縮引起的。因外收縮不均

3、而產(chǎn)生的體積溫度應(yīng)力主要靠減少制件外層冷卻降溫速率的差異來降低。這可以通過提高模具溫度、降低加工溫度來到達(dá)。 加工結(jié)晶塑料制件時(shí)，常常因各局部結(jié)晶構(gòu)造和結(jié)晶度不等而出現(xiàn)結(jié)晶應(yīng)力。模具溫度是影響結(jié)晶過程的最主要的工藝因素，降低模具溫度可以降低結(jié)晶應(yīng)力。 帶金屬嵌件的塑件成型時(shí)，嵌件周圍的料層由于兩種材料線膨脹系數(shù)不等而出現(xiàn)收縮應(yīng)力，可通過預(yù)熱嵌件降低應(yīng)力。 這兩種應(yīng)力主要是由于收縮不均而產(chǎn)生的，也屬于體積溫度應(yīng)力。 2.3與制件體積不平衡有關(guān)的應(yīng)力 高分子在模腔凝固時(shí)，甚至在極其緩慢的條件下要使制件在脫模后立即到達(dá)其平衡體積，在實(shí)際上是不可能的。實(shí)驗(yàn)測定說明，注塑制件中這種形式的應(yīng)力一般很小。

4、2.4 與制件頂出變形有關(guān)的應(yīng)力 這種應(yīng)力主要與開模條件和模具頂出機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)有關(guān)。正確選擇開模條件使開模前的模腔壓力接近于零，根據(jù)制件的構(gòu)造和形狀設(shè)計(jì)合理的頂出機(jī)構(gòu)，使制件頂出時(shí)不致變形，是可以將這種形式的應(yīng)力減少到不會(huì)影響制件力學(xué)性能的限度以的。 3影響注塑制品應(yīng)力的因素分析 注塑制品的造型設(shè)計(jì)不合理、模具設(shè)計(jì)不合理、成型工藝條件不正確、注射機(jī)選用不當(dāng)?shù)榷紩?huì)使制品存在比擬大的應(yīng)力。影響制品應(yīng)力的因素很多，也很復(fù)雜。主要影響因素見下列圖所示 3.1造型設(shè)計(jì) 圓角 塑料制品除了使用上要求采用尖角外，各外表相交處應(yīng)盡可能采用圓弧過渡。由于制品形狀和截面的變化，使注塑過程中熔料在尖角處的流態(tài)發(fā)生急劇

5、變化而產(chǎn)生大的應(yīng)力，而且殘留在尖角處。在有載荷或受沖擊振動(dòng)時(shí)會(huì)發(fā)生破裂，甚至在脫模過程中即由于模塑應(yīng)力而開裂，特別是制品的圓角。一般，即使采用R為0.5mm的圓角就能使塑件強(qiáng)度大為增加。一般情況下，理想的圓角半徑應(yīng)有壁厚的1/4以上。外圓角半徑可取壁厚的1.5倍。 采用圓弧過渡既可以減少應(yīng)力集中，還可大大改善塑料的充模特性，防止在轉(zhuǎn)角處產(chǎn)生沖擊形成波紋或充不滿模腔。 塑件設(shè)計(jì)成圓角，使模具型腔對應(yīng)部位也呈圓角，這樣增加了模具的鞏固性，塑件的外圓角對應(yīng)著型腔的圓角，它使模具在淬火或使用時(shí)不至于因應(yīng)力集中而開裂，提高了模具的使用壽命。但是在塑件的*些部位如分型面、型芯與型腔配合處等不便做成圓角而只

6、能采用尖角。 除相交外表的尖角外，鋒利的螺紋牙也是嚴(yán)重的應(yīng)力集中源，采用倒圓角的螺紋可減少應(yīng)力集中，提高螺紋強(qiáng)度。 制品壁厚 制品壁厚是構(gòu)造設(shè)計(jì)時(shí)所需要考慮的重要因素。不合理的壁厚會(huì)給制品帶來很多缺陷。增加壁厚既可改善樹脂的充模特性，又可降低取向應(yīng)力，減少變形，提高制品強(qiáng)度。但同時(shí)收縮加大，保壓和冷卻時(shí)間加長，生產(chǎn)效率降低，消耗材料多。較大的收縮應(yīng)力還將造成制品外表產(chǎn)生凹陷或部出現(xiàn)縮孔與氣泡，既影響外觀又降低了強(qiáng)度。增加壁厚的同時(shí)也增加了制品的外表積，外表積與體積之比越大，外表冷卻越快，取向應(yīng)力和體積溫度應(yīng)力都隨之增大。如果制品壁太薄，會(huì)降低強(qiáng)度，脫模時(shí)易破裂，還有礙于樹脂的充模流動(dòng)，造成填充

7、缺乏或出現(xiàn)明顯的熔合紋，嚴(yán)重影響制品質(zhì)量。每種塑料根據(jù)充模能力都有一個(gè)最小壁厚。確定壁厚時(shí)在滿足強(qiáng)度要求的前提下，壁厚盡量取薄些，可節(jié)省材料，減輕制品重量，降低本錢，但不能小于最小壁厚。ABS常用的標(biāo)準(zhǔn)壁厚為1.23.5mm。壁厚設(shè)計(jì)還應(yīng)注意均勻一致，否則將會(huì)由于收縮應(yīng)力引起制品的翹曲變形。同一制品中，假設(shè)必須存在壁厚相差較大的情況時(shí)，連接處應(yīng)逐漸過渡，防止截面的突變。 金屬嵌件 由于金屬嵌件冷卻時(shí)尺寸變化與塑料的熱收縮值相差很大，使嵌件周圍產(chǎn)生很大的應(yīng)力，而造成塑件的開裂。對*些高剛性的工程塑料更甚，如聚碳酸酯；但對于彈性和冷流動(dòng)性大的塑料則應(yīng)力值較低。當(dāng)有金屬嵌件存在時(shí)，應(yīng)盡量防止制件開裂

8、： 1如能選用與塑料線膨脹系數(shù)相近的金屬作嵌件，應(yīng)力值可以降低； 2嵌件周圍的塑料應(yīng)有足夠的厚度，否則會(huì)由于存在收縮應(yīng)力而開裂； 3嵌件的頂部也應(yīng)有足夠厚的塑料層，否則嵌件頂部塑件外表會(huì)出現(xiàn)鼓包或裂紋； 4嵌件不應(yīng)帶尖角、銳邊，以減少應(yīng)力集中； 5熱塑性塑料注射成型時(shí)，將金屬嵌件預(yù)熱到接近物料溫度，可減少由于金屬與塑料熱膨脹系數(shù)不同而產(chǎn)生的收縮應(yīng)力； 6對于應(yīng)力難以自消的塑料，可先在嵌件周圍被覆一層高分子彈性體或在成型后進(jìn)展退火處理來降低應(yīng)力； 7在塑件成型后再裝配或壓入嵌件，可調(diào)節(jié)因嵌入嵌件而造成的應(yīng)力值，使制件不致破裂。 3.2 注塑機(jī)選用 注射機(jī)選用不當(dāng)，也會(huì)產(chǎn)生應(yīng)力。那種認(rèn)為大容量注射

9、機(jī)注射小模具中的制品會(huì)減少應(yīng)力的說法不正確。有時(shí)會(huì)因?yàn)閴毫^高、噴嘴構(gòu)造不適宜或混料造成較大的應(yīng)力。 3.3 模具設(shè)計(jì) 模具澆注系統(tǒng)和頂出機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)不當(dāng)都會(huì)使制件產(chǎn)生應(yīng)力。 澆注系統(tǒng) 模具澆注系統(tǒng)設(shè)計(jì)不合理如澆口大小不適宜、澆道太窄、主流動(dòng)太長、澆口位置不合理都會(huì)造成應(yīng)力： 1澆口尺寸太大，補(bǔ)料時(shí)間就會(huì)延長，會(huì)增大大分子的凍結(jié)取向和凍結(jié)應(yīng)變，造成很大的補(bǔ)料應(yīng)力，特別在澆口附近應(yīng)力更大。小澆口的適時(shí)封閉，能適當(dāng)?shù)乜刂蒲a(bǔ)料時(shí)間。但澆口尺寸也不宜太小，過小的澆口會(huì)造成太大的流動(dòng)阻力，產(chǎn)生取向應(yīng)力。 2主流道太長、流道太窄、流道的急劇轉(zhuǎn)折都會(huì)使流動(dòng)阻力加大，延長進(jìn)料時(shí)間或需增大注射壓力和保壓壓力，會(huì)使制

10、品產(chǎn)生更高的取向應(yīng)力。 3澆口位置的選取除考慮制品外觀和熔接縫外，還應(yīng)盡量減少在流動(dòng)方向上由于充模和補(bǔ)料而造成的定向作用。 頂出機(jī)構(gòu) 頂出機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)不當(dāng)，使脫模力不均衡或型芯外表在脫模過程中形成真空或施加過大的脫模力，都會(huì)造成塑件產(chǎn)生強(qiáng)迫高彈形變形成應(yīng)力，甚至龜裂，嚴(yán)重時(shí)發(fā)生開裂。龜裂和開裂看上去相似，本質(zhì)上有區(qū)別。龜裂不是空隙狀的缺陷，是高分子本身同所加應(yīng)力成平行方向排列，經(jīng)過加熱又能恢復(fù)到無龜裂的狀態(tài)，所以能用熱處理方法解決。注塑成型后立即熱處理效果較好。防止頂出產(chǎn)生應(yīng)力需改善脫模條件，如仔細(xì)磨光型芯側(cè)面；增加脫模斜度；平衡頂出力；頂桿應(yīng)布置在脫模阻力最大的部位如型芯凸臺(tái)附近及能承受較大頂出

11、力的部位，如加強(qiáng)筋、凸緣、塑件端面等部位。 3.4機(jī)械加工 注塑制品除為切除大澆口冷凝料而進(jìn)展機(jī)械加工外，當(dāng)制件尺寸精度和形位公差要求很高而無法通過模具設(shè)計(jì)與調(diào)整工藝條件得到保證，或零件上有難以一次成型出的形狀如小而深的孔或螺紋等時(shí)，成型之后就需要進(jìn)展機(jī)械加工。常用的機(jī)械加工工藝有車、銑、刨、鉆、鋸、鉸孔和拱螺紋等。但機(jī)械加工會(huì)使塑件部產(chǎn)生應(yīng)力，因此加工時(shí)應(yīng)用專用刀具、宜采用較低的切削速度、小切削量和低速度，還應(yīng)保證充分冷卻。對于易產(chǎn)生應(yīng)力的制品應(yīng)進(jìn)展屢次熱處理。 3.5注塑成型工藝條件 注塑制品由于成型工藝特點(diǎn)不可防止的存在應(yīng)力，但工藝條件控制得當(dāng)就會(huì)使塑件應(yīng)力降低到最小程度，能夠保證制件的

12、正常使用。相反，如果工藝控制不當(dāng)，制件就會(huì)存在很大的應(yīng)力，不僅使制件強(qiáng)度下降，而且在儲(chǔ)存和使用過程中出現(xiàn)翹曲變形甚至開裂。需要控制的工藝條件如嵌件預(yù)熱、模具溫度、加工溫度、注射速度、注射壓力、保壓壓力、注射時(shí)間、保壓時(shí)間、冷卻時(shí)間等。溫度、壓力、時(shí)間是塑料成型工藝的主要因素。 金屬嵌件預(yù)熱 注射成型時(shí)，應(yīng)將金屬嵌件預(yù)熱到接近物料溫度，預(yù)熱嵌件的目的是減少金屬與塑料冷卻時(shí)收縮值的差距，從而降低由于二者熱膨脹系數(shù)的不同而在嵌件周圍產(chǎn)生的收縮應(yīng)力。收縮應(yīng)力是注塑制品容易形成的應(yīng)力的一種，這種應(yīng)力的存在，是帶金屬嵌件的注塑制品出現(xiàn)裂紋和強(qiáng)度下降的重要原因。 模具溫度 提高模具溫度，可以降低因外收縮不均

13、而產(chǎn)生的體積溫度應(yīng)力和高分子取向應(yīng)力，也可以降低結(jié)晶塑料制品的結(jié)晶應(yīng)力。但模溫也不能過高，模溫升高使冷卻時(shí)間延長，降低了生產(chǎn)效率。 加工溫度 提高加工溫度可降低取向應(yīng)力，但同時(shí)會(huì)使因收縮不均而產(chǎn)生的體積溫度應(yīng)力增加，同時(shí)也使封口壓力升高，延長冷卻時(shí)間才能順利脫模。 注射壓力、注射速度和注射時(shí)間 增大注射壓力使取向應(yīng)力和結(jié)晶塑料的結(jié)晶應(yīng)力增加，同時(shí)使封口壓力增大，必須延長冷卻時(shí)間才能順利脫模，否則會(huì)造成脫模應(yīng)力；注射速度增加也會(huì)使取向應(yīng)力和結(jié)晶應(yīng)力增加，但對冷凝快的塑料還是用高的注射速度充模較為有利，因?yàn)槔淠斓乃芰下僮⑸湫枰叩淖⑸鋲毫砭S持熔體的流動(dòng)；注射時(shí)間不宜太長，模腔充滿以后就相當(dāng)

14、于在注射壓力下保壓了，也會(huì)使制件的取向應(yīng)力增加。 保壓壓力和保壓時(shí)間 冷卻中的熔體在外壓作用下產(chǎn)生的總形變中，有相當(dāng)大一局部是彈性的，故使熔體在高壓下冷凝會(huì)在制件中產(chǎn)生較大的應(yīng)力和高分子取向。壓實(shí)后立即降壓或補(bǔ)料過程中分步降壓有利于高分子解取向，所以降低保壓壓力和縮短保壓時(shí)間有利于取向應(yīng)力的降低；延長保壓時(shí)間僅在一定圍取向度增大，澆口封閉之后再延長保壓時(shí)間對取向度的變化就不再影響。 冷卻時(shí)間 當(dāng)注射壓力、保壓壓力、熔體溫度升高，澆口尺寸較大時(shí)都會(huì)使封口壓力升高，這時(shí)必須延長冷卻時(shí)間才能使開模前模腔的剩余壓力降到很低或接近于零，否則要將制件順利地從模具頂出是很困難的。假設(shè)強(qiáng)制脫模，制件在頂出時(shí)會(huì)

15、產(chǎn)生很大的應(yīng)力，以至制件可能被劃傷，嚴(yán)重時(shí)會(huì)出現(xiàn)破裂。但冷卻時(shí)間也不宜過長，否則不但生產(chǎn)效率低，而且制件部壓力降到零以后進(jìn)一步冷卻可能在制件部形成負(fù)壓，即由于冷卻收縮使制件外層之間產(chǎn)生拉應(yīng)力。 3.注塑制品應(yīng)力的消除方法在注塑成型或機(jī)械加工之后及時(shí)對制件進(jìn)展熱處理是降低或消除其應(yīng)力，使其部構(gòu)造加速到達(dá)穩(wěn)定狀態(tài)的一個(gè)有效措施。對于要求強(qiáng)度高、尺寸穩(wěn)定性好的制件，往往在加工過程中進(jìn)展不只一次的熱處理。熱處理的方法是：在加熱介質(zhì)中先將溫度從室溫升到一定溫度這個(gè)溫度常稱為熱處理溫度或退火溫度，使制件在此溫度下保持一定的時(shí)間，然后緩慢地冷卻到室溫。影響熱處理效果最重要的工藝因素是熱處理溫度和熱處理時(shí)間。

16、在理論上熱處理溫度越高，熱處理時(shí)間越長，制件的應(yīng)力就能在更大程度上被消除，其部構(gòu)造就越趨于穩(wěn)定。但實(shí)際使用的溫度卻不能太高，溫度過高容易引起制件在熱處理過程中發(fā)生翹曲變形。一般認(rèn)為，熱塑性塑料注塑件的熱處理溫度以稍低于熱變形溫度約低510為宜。熱處理時(shí)間則主要與塑料的性質(zhì)與制件壁厚有關(guān)，高分子鏈的剛性越大，制件的壁越厚，需要進(jìn)展熱處理的時(shí)間就越長。正確選用加熱介質(zhì)對熱處理效果也很重要。用空氣作為加熱介質(zhì)，有操作簡便和處理后不需要清洗等優(yōu)點(diǎn)。ABS塑料在6575空氣中處理24小時(shí)效果良好。但空氣熱傳導(dǎo)效率低，容易引起尼龍類和聚甲醛等塑料氧化變色。高沸點(diǎn)油作為熱處理介質(zhì)有傳熱快、制件加熱均勻等優(yōu)點(diǎn)

17、，但操作比擬麻煩，而且處理后的制件上存留的油斑有時(shí)很難除去。吸水性強(qiáng)的尼龍類塑料制件用水或乙酸鉀的水溶液沸點(diǎn)121作熱處理介質(zhì)比擬好。用這種介質(zhì)既有利于防止制件在熱處理過程中氧化變色，又能使其加速到達(dá)吸濕平衡。熱處理有時(shí)不一定能到達(dá)理想的效果，只能作為一種輔助工序，完全依靠熱處理防止應(yīng)力開裂的做法不可靠。必須從影響注塑制品應(yīng)力的幾個(gè)主要因素方面采取有效措施，結(jié)合熱處理方法才能取得滿意效果。4.應(yīng)力的危害4.1開裂：因?yàn)閼?yīng)力的存在，在受到外界作用後如移印時(shí)接觸到化學(xué)溶劑或者烤漆後端時(shí)高溫烘烤，會(huì)誘使應(yīng)力釋放而在應(yīng)力殘留位置開裂。開裂主要集中在澆口處或過度填充處。4.2翹曲及變形：因?yàn)闅埩魬?yīng)力的存

18、在，因此產(chǎn)品在室溫時(shí)會(huì)有較長時(shí)間的內(nèi)應(yīng)力釋放或者高溫時(shí)出現(xiàn)短時(shí)間內(nèi)殘留應(yīng)力釋放的過程，同時(shí)產(chǎn)品局部存在位置強(qiáng)度差，產(chǎn)品就會(huì)在應(yīng)力殘留位置產(chǎn)生翹曲或者變形問題。4.3產(chǎn)品尺寸變化：因?yàn)閼?yīng)力的存在，在產(chǎn)品放置或後處理的過程中，如果環(huán)境達(dá)到一定的溫度，產(chǎn)品就會(huì)因應(yīng)力釋放而發(fā)生變化。5.應(yīng)力檢測方法通常是把零件防在溶劑中,15s 2min等,在那出來看是否有開裂來判斷是否有應(yīng)力常用塑膠件有于檢驗(yàn)溶液對照表：ABS煤油、冰醋酸PC 四氯化碳PS 煤油、冰醋酸PA 正庚烷PSF四氯化碳PPO四氯化碳 塑料應(yīng)力是指在塑料熔融加工過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)生的一種在應(yīng)力。應(yīng)力的實(shí)質(zhì)為

19、大分子鏈在熔融加工過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)以位能形式貯存在塑料制品中，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)，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)不同程度地存在應(yīng)力，尤其是塑料注射制品的應(yīng)力更為明顯。應(yīng)力的存在不僅使塑料制品在貯存和使用過程中出現(xiàn)翹曲變形和開裂，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。為此，

20、必須找出應(yīng)力產(chǎn)生的原因及消除應(yīng)力的方法，最大程度地降低塑料制品部的應(yīng)力，并使剩余應(yīng)力在塑料制品上盡可能均勻地分布，防止產(chǎn)生應(yīng)力集中現(xiàn)象，從而改善塑料制品的力學(xué)1熱學(xué)等性能。 塑料應(yīng)力產(chǎn)生的原因 產(chǎn)生應(yīng)力的原因有很多，如塑料熔體在加工過程中受到較強(qiáng)的剪切作用，加工中存在的取向與結(jié)晶作用，熔體各部位冷卻速度極難做到均勻一致，熔體塑化不均勻，制品脫模困難等，都會(huì)引發(fā)應(yīng)力的產(chǎn)生。依引起應(yīng)力的原因不同，可將應(yīng)力分成如下幾類。 1取向應(yīng)力 取向應(yīng)力是塑料熔體在流動(dòng)充模和保壓補(bǔ)料過程中，大分子鏈沿流動(dòng)方向排列定向構(gòu)象被凍結(jié)而產(chǎn)生的一種應(yīng)力。取向應(yīng)力產(chǎn)生的具體過程為：*近流道壁的熔體因冷卻速度快而造成外層熔體

21、粘度增高，從一而使熔體在型腔中心層流速遠(yuǎn)高于表層流速，導(dǎo)致熔體部層與層之間受到剪切應(yīng)力作用，產(chǎn)生沿流動(dòng)方向的取向。取向的大分子鏈凍結(jié)在塑料制品也就意味著其中存在未松弛的可逆高彈形變，所以說取向應(yīng)力就是大分子鏈從取向構(gòu)象力圖過渡到無取向構(gòu)象的力。用熱處理的方法，可降低或消除塑料制品的取向應(yīng)力。 塑料制品的取向應(yīng)力分布為從制品的表層到層越來越小，并呈拋物線變化。 2冷卻應(yīng)力 冷卻應(yīng)力是塑料制品在熔融加工過程中因冷卻定型時(shí)收縮不均勻而產(chǎn)生的一種應(yīng)力。尤其是對厚壁塑料制品，塑料制品的外層首先冷卻凝固收縮，其層可能還是熱熔體，這徉芯層就會(huì)限制表層的收縮，導(dǎo)致芯層處于壓應(yīng)力狀態(tài)，而表層處于拉應(yīng)力狀態(tài)。 塑

22、料制品冷卻應(yīng)力的分布為從制品的表層到層越來越大，并也呈拋物線變化.。 另外，帶金屬嵌件的塑料制品，由于金屬與塑料的熱脹系數(shù)相差較大，容易形成收縮不一均勻的應(yīng)力。 除上述兩種主要應(yīng)力外，還有以下幾種應(yīng)力：對于結(jié)晶塑料制品而言，其制品部各部位的結(jié)晶構(gòu)造和結(jié)晶度不同也會(huì)產(chǎn)生應(yīng)力。另外還有構(gòu)型應(yīng).力及脫模應(yīng)力等，只是其應(yīng)力聽占比重都很小。 影響塑料應(yīng)力產(chǎn)生的因素 1分子鏈的剛性 分子鏈剛性越大，熔體粘度越高，聚合物分子鏈活動(dòng)性差，因而對于發(fā)生的可逆高彈形變恢復(fù)性差，易產(chǎn)生剩余應(yīng)力口例如，一些分子鏈中含有苯環(huán)的聚合物，如PC、PPO、PPS等，其相應(yīng)制品的應(yīng)力偏大。 2分子鏈的極性 一分子鏈的極性越大，

23、分子間相互吸引的作用力越大，從而使分子間相互移動(dòng)困難增大，恢復(fù)可逆彈性形變的程度減小，導(dǎo)致剩余應(yīng)力大。例如，一些分子鏈中含有羰基、酯基、睛基等極性基團(tuán)的塑料品種，其相應(yīng)制品的應(yīng)力較大。 3取代基團(tuán)的位阻效應(yīng) 大分子側(cè)基取代基團(tuán)的體積越大，則阻礙大分子鏈自由運(yùn)動(dòng)導(dǎo)致剩余應(yīng)力加大。例如，聚苯乙烯取代基團(tuán)的苯基體積較大，因而聚苯乙烯制品的應(yīng)力較大。 幾種常見聚合物的應(yīng)力大小順序如下: PPOPSFPCABSPA6PPHDPE 塑料應(yīng)力的降低與分散 1原料配方設(shè)計(jì) 1選取分子量大、分子量分布窄的樹脂 聚合物分子量越大，大分子鏈間作用力和纏結(jié)程度增加，其制品抗應(yīng)力開裂能力較強(qiáng)；聚合物分子量分布越寬，其中

24、低分子量成分越大，容易首先形成微觀撕裂，造成應(yīng)力集中，便制品開裂。 2選取雜質(zhì)含量低的樹脂 聚合物的雜質(zhì)即是應(yīng)力的集中體，又會(huì)降低塑料的原有強(qiáng)度，應(yīng)將雜質(zhì)含量減少到最低程度。 3共混改性 易出現(xiàn)應(yīng)力開裂的樹脂與適宜的其它樹脂共混，可降低應(yīng)力的存在程度。 例如，在PC中混入適量PS，PS呈近似珠粒狀分散于PC連續(xù)相中，可使應(yīng)力沿球面分散緩解并阻止裂紋擴(kuò)展，從而到達(dá)降低應(yīng)力的目的。再如，在PC中混入適量PE , PE球粒外沿可形成封閉的空化區(qū)，也可適當(dāng)降低應(yīng)力。 4增強(qiáng)改性 用增強(qiáng)纖維進(jìn)展增強(qiáng)改性，可以降低制品的應(yīng)力，這是因?yàn)槔w維纏結(jié)了很多大分子鏈，從而提高應(yīng)力開裂能力。例如，30%GFPC的耐應(yīng)

25、力開裂能力比純PC提高6倍之多。 5成核改性 在結(jié)晶性塑料中參加適宜的成核劑，可以在其制品中形成許多小的球晶，使應(yīng)力降低并得到分散。 2成型加工條件的控制 在塑料制品的成型過程中，但凡能減小制品中聚合物分子取向的成型因素都能夠降低取向應(yīng)力；但凡能使制品中聚合物均勻冷卻的工藝條件都能降低冷卻應(yīng)力；凡有助于塑料制品脫模的加工方法都有利于降低脫模應(yīng)力。 對應(yīng)力影響較大的加工條件主要有如下幾種。料筒溫度 較高的料筒溫度有利于取向應(yīng)力的降低，這是因?yàn)樵谳^高的料筒溫度，熔體塑化均勻，粘度下降，流動(dòng)性增加，在熔體充滿型腔過程中，分子取向作用小，因而取向應(yīng)力較小。而在較低料筒溫度下，熔體粘度較高，充模過程中分

26、子取向較多，冷卻定型后剩余應(yīng)力則較大。但是，料筒溫度太高也不好，太高容易造成冷卻不充分，脫模時(shí)易造成變形，雖然取向應(yīng)力減小，但冷卻應(yīng)力和脫模應(yīng)力反而增大。模具溫度 模具溫度的上下對取向應(yīng)力和冷卻應(yīng)力的影響都很大。一方面，模具溫度過低，會(huì)造成冷卻加快，易使冷卻不均勻而引起收縮上的較大差異，從而增大冷卻應(yīng)力；另一方面，模具溫度過低，熔體進(jìn)入模其后，溫度下降加快，熔體粘度增加迅速，造成在高粘度下充模，形成取向應(yīng)力的程度明顯加大。 模溫對塑料結(jié)晶影響很大，模溫越高，越有利于晶粒堆砌嚴(yán)密，晶體部的缺陷減小或消除，從而減少應(yīng)力。另外，對于不同厚度塑料制品，其模溫要求不同。對于厚壁制品其模溫要適當(dāng)高一些。

27、以PC為例，其應(yīng)力大小與模具溫度的關(guān)系如表5-5所示。注射壓力 注射壓力高，熔體充模過程中所受剪切作用力大，產(chǎn)生取向應(yīng)力的時(shí)機(jī)也較大。因此，為了降低取向應(yīng)力和消除脫模應(yīng)力，應(yīng)適當(dāng)降低注射壓力。. 以PC為例，其應(yīng)力大小與注射壓力的關(guān)系如表5-6所示。.保壓壓力 保壓壓力對塑料制品應(yīng)力的影響大于注射壓力的影響。在保壓階段，隨著熔體溫度的降低，熔體粘度迅速增加，此時(shí)假設(shè)施以高壓，必然導(dǎo)致分子鏈的強(qiáng)迫取向，從而形成更大的取向應(yīng)力。注射速度 注射速度越快，越容易造成分子鏈的取向程度增加，從而引起更大的取向應(yīng)力。但注射速度過低，塑料熔體進(jìn)入模腔后，可能先后分層而形成熔化痕，產(chǎn)生應(yīng)力集中線，易產(chǎn)生應(yīng)力開裂

28、。所以注射速度以適中為宜。最好采用變速注射，在速度逐漸減小下完畢充模。保壓時(shí)間 保壓時(shí)間越長，會(huì)增大塑料熔體的剪切作用，從而產(chǎn)生更大的彈性形變，凍結(jié)更多的取向應(yīng)力。所以，取向應(yīng)力隨保壓時(shí)間延長和補(bǔ)料量增加而顯著增大。開模剩余壓力 應(yīng)適當(dāng)調(diào)整注射壓力和保壓時(shí)間，使開模時(shí)模的剩余壓力接近于大氣壓力，從而防止產(chǎn)生更大的脫模應(yīng)力。3塑料制品的熱處理 塑料制品的熱處理是指將成型制品在一定溫度下停留一段時(shí)間而消除應(yīng)力的方法。熱處理是消除塑料制品取向應(yīng)力的最好方法。 對于高聚物分子鏈的剛性較大、玻璃化溫度較高的注塑件；對壁厚較大和帶金屬嵌件的制件；對使用溫度圍較寬和尺寸精度要求較高的制件；時(shí)應(yīng)力較大而又不易

29、自消的制件以及經(jīng)過機(jī)械加工的制件都必須進(jìn)展熱處理。 對制件進(jìn)展熱處理，可以使高聚物分子由不平衡構(gòu)象向平衡構(gòu)象轉(zhuǎn)變，使強(qiáng)迫凍結(jié)的處于不穩(wěn)定的高彈形變獲得能量而進(jìn)展熱松弛，從而降低或根本消除應(yīng)力。常采用的熱處理溫度高于制件使用溫度1020或低于熱變形溫度510。熱處理時(shí)間取決于塑料種類、制件厚度、熱處理溫度和注塑條件。一般厚度的制件，熱處理12小時(shí)即可，隨著制件厚度增大，熱處理時(shí)間應(yīng)適當(dāng)延長。提高熱處理溫度和延長熱處理時(shí)間具有相似的效果，但溫度的效果更明顯些。 熱處理方法是將制件放入水、甘油、礦物油、乙二醇和液體石蠟等液體介質(zhì)中，或放入空氣循環(huán)烘箱中加熱到指定溫度，并在該溫度下停留一定時(shí)間，然后緩

30、慢冷卻到室溫。實(shí)驗(yàn)說明，脫模后的制件立即進(jìn)展熱處理，對降低應(yīng)力、改善制件性能的效果更明顯。此外，提高模具溫度，延長制件在模冷卻時(shí)間，脫模后進(jìn)展保溫處理都有類似熱處理的作用。 盡管熱處理是降低制件應(yīng)力的有效方法之一，但熱處理通常只能將應(yīng)力降低到制件使用條件允許的圍，很難完全消除應(yīng)力。對PC制件進(jìn)展較長時(shí)間的熱處理時(shí)，PC分子鏈有可能進(jìn)展有序的重排，甚至結(jié)晶，從而降低沖擊韌性，使缺口沖擊強(qiáng)度降低。因而，不應(yīng)把熱處理作為降低制件應(yīng)力的唯一措施。 (4)塑料制品的設(shè)計(jì)塑料制品的形狀和尺寸 在具體設(shè)計(jì)塑料制品時(shí)，為了有效地分散應(yīng)力，應(yīng)遵循這樣的原則：制品外形應(yīng)盡可能保持連續(xù)性，防止銳角、直角、缺口及突然

31、擴(kuò)大或縮小。 對于塑料制品的邊緣處應(yīng)設(shè)計(jì)成圓角，其中圓角半徑應(yīng)大于相鄰兩壁中薄者厚度的70%以上；外圓角半徑則根據(jù)制品形狀而確定。 對于壁厚相差較大的部位，因冷卻速度不同，易產(chǎn)生冷卻應(yīng)力及取向應(yīng)力。因此，應(yīng)設(shè)計(jì)成壁厚盡可能均勻的制件，如必須壁厚不均勻，則要進(jìn)展壁厚差異的漸變過渡。合理設(shè)計(jì)金屬嵌件 塑料與金屬的熱膨脹系數(shù)相差510倍，因而帶金屬嵌件的塑料制品在冷卻時(shí)，兩者形成的收縮程度不同，因塑料的收縮比擬大而緊緊抱住金屬嵌件，在嵌件周圍的塑料層受壓應(yīng)力，而外層受拉應(yīng)力作用，產(chǎn)生應(yīng)力集中現(xiàn)象。 在具體設(shè)汁嵌件時(shí)，應(yīng)注意如下幾點(diǎn)，以幫助減小或消除應(yīng)力。 a.盡可能選擇塑料件作為嵌件。 b.盡可能選擇與塑料熱膨脹系數(shù)相差小的金