塑膠產(chǎn)品內(nèi)應(yīng)力研究與消除方法[沐風(fēng)文苑]

1、塑膠產(chǎn)品內(nèi)應(yīng)力研究與消除方法一1.注塑制品一個普遍存在的缺點是有內(nèi)應(yīng)力。內(nèi)應(yīng)力的存在不僅是制件在儲存和使用中出現(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內(nèi)應(yīng)力影響的規(guī)律性，以便采取有效措施減少制件的內(nèi)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、有機溶劑和其他能加速制件開裂的腐蝕介質(zhì)時，減少制件的內(nèi)應(yīng)力對保證其正常工作具有更加重要的意義。此外，掌握注塑制品內(nèi)應(yīng)力的消除方法和測試方法也很有必要 2內(nèi)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

2、成型之后不能立即恢復(fù)到與環(huán)境條件相適應(yīng)的平衡構(gòu)象，是注塑制品存在內(nèi)應(yīng)力的主要原因。另外，外力使制件產(chǎn)生強迫高彈形變也會在其中形成內(nèi)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內(nèi)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 高分子取向使制件內(nèi)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。試驗表明，提高加工溫度和模具溫度、降低注射壓力和注射速度、縮短注射時間和保壓時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)力是制件冷卻時不均勻收縮引起的

3、。因內(nèi)外收縮不均而產(chǎn)生的體積溫度應(yīng)力主要靠減少制件內(nèi)外層冷卻降溫速率的差別來降低。這可以通過提高模具溫度、降低加工溫度來達(dá)到。 加工結(jié)晶塑料制件時，常常因各部分結(jié)晶結(jié)構(gòu)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，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。 這兩種內(nèi)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 高分子在模腔內(nèi)凝固時，甚至在極其緩慢的條件下要使制件在脫模后立即達(dá)到其平衡體積，在實際上是不可能的。實驗測定表明，注塑制件中這種

4、形式的內(nèi)應(yīng)力一般很小。 2.4 與制件頂出變形有關(guān)的內(nèi)應(yīng)力 這種內(nèi)應(yīng)力主要與開模條件和模具頂出機構(gòu)的設(shè)計有關(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)制件的結(jié)構(gòu)和形狀設(shè)計合理的頂出機構(gòu)，使制件頂出時不致變形，是可以將這種形式的內(nèi)應(yīng)力減少到不會影響制件力學(xué)性能的限度以內(nèi)的。 3影響注塑制品內(nèi)應(yīng)力的因素分析 注塑制品的造型設(shè)計不合理、模具設(shè)計不合理、成型工藝條件不正確、注射機選用不當(dāng)?shù)榷紩怪破穬?nèi)存在比較大的內(nèi)應(yīng)力。影響制品內(nèi)應(yīng)力的因素很多，也很復(fù)雜。主要影響因素見下圖所示 3.1造型設(shè)計 3.1.1圓角 塑料制品除了使用上要求采用尖角外，各表面相交處應(yīng)盡可能采用圓弧過渡。由于制品形狀和截

5、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時會發(fā)生破裂，甚至在脫模過程中即由于模塑內(nèi)應(yīng)力而開裂，特別是制品的內(nèi)圓角。一般，即使采用R為0.5mm的圓角就能使塑件強度大為增加。一般情況下，理想的內(nèi)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，避免在轉(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，這樣增加了模具的堅固性，塑件的外圓角對應(yīng)著型腔的內(nèi)圓角，它使模具在淬火或使用時不至于因應(yīng)力集中而開裂，提高了模具的使用壽命。但是在塑

6、件的某些部位如分型面、型芯與型腔配合處等不便做成圓角而只能采用尖角。 除相交表面的尖角外，尖銳的螺紋牙也是嚴(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，提高螺紋強度。 3.1.2制品壁厚 制品壁厚是結(jié)構(gòu)設(shè)計時所需要考慮的重要因素。不合理的壁厚會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，提高制品強度。但同時收縮加大，保壓和冷卻時間加長，生產(chǎn)效率降低，消耗材料多。較大的收縮應(yīng)力還將造成制品表面產(chǎn)生凹陷或內(nèi)部出現(xiàn)縮孔與氣泡，既影響外觀又降低了強度。增加壁厚的同時也增加了制品的表面積，表面積與體積之比越大，表面冷卻越快，取向應(yīng)力和體積溫度應(yīng)力都隨之增大。如果制

7、品壁太薄，會降低強度，脫模時易破裂，還有礙于樹脂的充模流動，造成填充不足或出現(xiàn)明顯的熔合紋，嚴(yán)重影響制品質(zhì)量。每種塑料根據(jù)充模能力都有一個最小壁厚。確定壁厚時在滿足強度要求的前提下，壁厚盡量取薄些，可節(jié)省材料，減輕制品重量，降低成本，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)計還應(yīng)注意均勻一致，否則將會由于收縮應(yīng)力引起制品的翹曲變形。同一制品中，若必須存在壁厚相差較大的情況時，連接處應(yīng)逐漸過渡，避免截面的突變。 3.1.3金屬嵌件 由于金屬嵌件冷卻時尺寸變化與塑料的熱收縮值相差很大，使嵌件周圍產(chǎn)生很大的內(nèi)應(yīng)力，而造成塑件的開裂。對某些高剛性的工程塑料更甚，如聚碳酸酯；但

8、對于彈性和冷流動性大的塑料則應(yīng)力值較低。當(dāng)有金屬嵌件存在時，應(yīng)盡量避免制件開裂： （1）如能選用與塑料線膨脹系數(shù)相近的金屬作嵌件，內(nèi)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，否則嵌件頂部塑件表面會出現(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，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）對于內(nèi)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行退火處理來降低內(nèi)應(yīng)力； （7）在塑件成型后再裝配或壓入嵌件，可調(diào)節(jié)

9、因嵌入嵌件而造成的內(nèi)應(yīng)力值，使制件不致破裂。 3.2 注塑機選用 注射機選用不當(dāng)，也會產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力。那種認(rèn)為大容量注射機注射小模具中的制品會減少內(nèi)應(yīng)力的說法不正確。有時會因為壓力過高、噴嘴結(jié)構(gòu)不合適或混料造成較大的內(nèi)應(yīng)力。 3.3 模具設(shè)計 模具澆注系統(tǒng)和頂出機構(gòu)設(shè)計不當(dāng)都會使制件產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力。 3.3.1澆注系統(tǒng) 模具澆注系統(tǒng)設(shè)計不合理如澆口大小不合適、澆道太窄、主流動太長、澆口位置不合理都會造成內(nèi)應(yīng)力： （1）澆口尺寸太大，補料時間就會延長，會增大大分子的凍結(jié)取向和凍結(jié)應(yīng)變，造成很大的補料內(nèi)應(yīng)力，特別在澆口附近內(nèi)應(yīng)力更大。小澆口的適時封閉，能適當(dāng)?shù)乜刂蒲a料時間。但澆口尺寸也不宜太小，過小的澆口

10、會造成太大的流動阻力，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)折都會使流動阻力加大，延長進料時間或需增大注射壓力和保壓壓力，會使制品產(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)盡量減少在流動方向上由于充模和補料而造成的定向作用。 3.3.2頂出機構(gòu) 頂出機構(gòu)設(shè)計不當(dāng)，使脫模力不均衡或型芯表面在脫模過程中形成真空或施加過大的脫模力，都會造成塑件產(chǎn)生強迫高彈形變形成內(nèi)應(yīng)力，甚至龜裂，嚴(yán)重時發(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

11、型后立即熱處理效果較好。防止頂出產(chǎn)生內(nèi)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附近及能承受較大頂出力的部位，如加強筋、凸緣、塑件端面等部位。 3.4機械加工 注塑制品除為切除大澆口冷凝料而進行機械加工外，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，成型之后就需要進行機械加工。常用的機械加工工藝有車、銑、刨、鉆、鋸、鉸孔和拱螺紋等。但機械加工會使塑件內(nèi)部產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力，因此加工時應(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

12、。對于易產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力的制品應(yīng)進行多次熱處理。 3.5注塑成型工藝條件 注塑制品由于成型工藝特點不可避免的存在內(nèi)應(yīng)力，但工藝條件控制得當(dāng)就會使塑件內(nèi)應(yīng)力降低到最小程度，能夠保證制件的正常使用。相反，如果工藝控制不當(dāng)，制件就會存在很大的內(nèi)應(yīng)力，不僅使制件強度下降，而且在儲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、注射時間、保壓時間、冷卻時間等。溫度、壓力、時間是塑料成型工藝的主要因素。 3.5.1金屬嵌件預(yù)熱 注射成型時，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收縮值的差距，從而降低由于二者熱膨脹系

13、數(shù)的不同而在嵌件周圍產(chǎn)生的收縮應(yīng)力。收縮應(yīng)力是注塑制品內(nèi)容易形成的內(nèi)應(yīng)力的一種，這種內(nèi)應(yīng)力的存在，是帶金屬嵌件的注塑制品出現(xiàn)裂紋和強度下降的重要原因。 3.5.2模具溫度 提高模具溫度，可以降低因內(nèi)外收縮不均而產(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，模溫升高使冷卻時間延長，降低了生產(chǎn)效率。 3.5.3加工溫度 提高加工溫度可降低取向應(yīng)力，但同時會使因收縮不均而產(chǎn)生的體積溫度應(yīng)力增加，同時也使封口壓力升高，延長冷卻時間才能順利脫模。 3.5.4注射壓力、注射速度和注射時間 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，同時使封口壓力增大，必須延長

14、冷卻時間才能順利脫模，否則會造成脫模應(yīng)力；注射速度增加也會使取向應(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，因為冷凝快的塑料慢速注射需要更高的注射壓力來維持熔體的流動；注射時間不宜太長，模腔充滿以后就相當(dāng)于在注射壓力下保壓了，也會使制件的取向應(yīng)力增加。 3.5.5保壓壓力和保壓時間 冷卻中的熔體在外壓作用下產(chǎn)生的總形變中，有相當(dāng)大一部分是彈性的，故使熔體在高壓下冷凝會在制件中產(chǎn)生較大的內(nèi)應(yīng)力和高分子取向。壓實后立即降壓或補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間有利于取向應(yīng)力的降低；延長保壓時間僅在一定范圍內(nèi)取向度增大，澆口封閉之后再延長保壓時

15、間對取向度的變化就不再影響。 3.5.6冷卻時間 當(dāng)注射壓力、保壓壓力、熔體溫度升高，澆口尺寸較大時都會使封口壓力升高，這時必須延長冷卻時間才能使開模前模腔內(nèi)的殘余壓力降到很低或接近于零，否則要將制件順利地從模具內(nèi)頂出是很困難的。若強制脫模，制件在頂出時會產(chǎn)生很大的應(yīng)力，以至制件可能被劃傷，嚴(yán)重時會出現(xiàn)破裂。但冷卻時間也不宜過長，否則不但生產(chǎn)效率低，而且制件內(nèi)部壓力降到零以后進一步冷卻可能在制件內(nèi)部形成負(fù)壓，即由于冷卻收縮使制件內(nèi)外層之間產(chǎn)生拉應(yīng)力。 3.注塑制品內(nèi)應(yīng)力的消除方法在注塑成型或機械加工之后及時對制件進行熱處理是降低或消除其內(nèi)應(yīng)力，使其內(nèi)部結(jié)構(gòu)加速達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)的一個有效措施。對于要

16、求強度高、尺寸穩(wěn)定性好的制件，往往在加工過程中進行不只一次的熱處理。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間。在理論上熱處理溫度越高，熱處理時間越長，制件的內(nèi)應(yīng)力就能在更大程度上被消除，其內(nèi)部結(jié)構(gòu)就越趨于穩(wěn)定。但實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

17、，需要進行熱處理的時間就越長。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。ABS塑料在6575空氣中處理24小時效果良好。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。高沸點油作為熱處理介質(zhì)有傳熱快、制件加熱均勻等優(yōu)點，但操作比較麻煩，而且處理后的制件上存留的油斑有時很難除去。吸水性強的尼龍類塑料制件用水或乙酸鉀的水溶液（沸點121）作熱處理介質(zhì)比較好。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，又能使其加速達(dá)到吸濕平衡。熱處理有時不一定能達(dá)到理想的效果，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

18、注塑制品內(nèi)應(yīng)力的幾個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：因為應(yīng)力的存在，在受到外界作用後（如移印時接觸到化學(xué)溶劑或者烤漆後端時高溫烘烤），會誘使應(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：因為殘留應(yīng)力的存在，因此產(chǎn)品在室溫時會有較長時間的內(nèi)應(yīng)力釋放或者高溫時出現(xiàn)短時間內(nèi)殘留應(yīng)力釋放的過程，同時產(chǎn)品局部存在位置強度差，產(chǎn)品就會在應(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：因為應(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)品就會因應(yīng)力釋放而發(fā)生變化。5.內(nèi)應(yīng)力檢測方法通常是把零件防在

19、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 塑料內(nèi)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)生的一種內(nèi)在應(yīng)力。內(nèi)應(yīng)力的實質(zhì)為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)象的實質(zhì)為一種可逆的高彈形變，而凍結(jié)的高彈形變平時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)閯幽芏尫?。?dāng)大分子鏈間的作

20、用力和相互纏結(jié)力承受不住這種動能時，內(nèi)應(yīng)力平衡即遭到破壞，塑料制品就會產(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，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。 塑料內(nèi)應(yīng)力產(chǎn)生的原因 產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力的原因有很多，如塑料熔體在加工過程中受到較強的剪切作用，加工中存在的取向與結(jié)晶作

21、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，都會引發(fā)內(nèi)應(yīng)力的產(chǎn)生。依引起內(nèi)應(yīng)力的原因不同，可將內(nèi)應(yīng)力分成如下幾類。 （1）取向內(nèi)應(yīng)力 取向內(nèi)應(yīng)力是塑料熔體在流動充模和保壓補料過程中，大分子鏈沿流動方向排列定向構(gòu)象被凍結(jié)而產(chǎn)生的一種內(nèi)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)致熔體內(nèi)部層與層之間受到剪切應(yīng)力作用，產(chǎn)生沿流動方向的取向。取向的大分子鏈凍結(jié)在塑料制品內(nèi)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)象的內(nèi)力。用熱處理的方法，

22、可降低或消除塑料制品內(nèi)的取向應(yīng)力。 塑料制品的取向內(nèi)應(yīng)力分布為從制品的表層到內(nèi)層越來越小，并呈拋物線變化。 （2）冷卻內(nèi)應(yīng)力 冷卻內(nèi)應(yīng)力是塑料制品在熔融加工過程中因冷卻定型時收縮不均勻而產(chǎn)生的一種內(nèi)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，其內(nèi)層可能還是熱熔體，這徉芯層就會限制表層的收縮，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)。 塑料制品冷卻內(nèi)應(yīng)力的分布為從制品的表層到內(nèi)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內(nèi)應(yīng)力。 除上述兩種主要內(nèi)應(yīng)力外，還有以下幾種內(nèi)應(yīng)力：對于結(jié)晶塑料制品而言，其制品內(nèi)

23、部各部位的結(jié)晶結(jié)構(gòu)和結(jié)晶度不同也會產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力。另外還有構(gòu)型內(nèi)應(yīng).力及脫模內(nèi)應(yīng)力等，只是其內(nèi)應(yīng)力聽占比重都很小。 影響塑料內(nèi)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)生殘余內(nèi)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)制品的內(nèi)應(yīng)力偏大。 （2）分子鏈的極性 一分子鏈的極性越大，分子間相互吸引的作用力越大，從而使分子間相互移動困難增大，恢復(fù)可逆彈性形變的程度減小，導(dǎo)致殘余內(nèi)應(yīng)力大。例如，一些分子鏈中含有羰基、酯基、睛基等極性基團的塑料品種，其相應(yīng)制品的內(nèi)應(yīng)力較大。 （3）取代基團的位

24、阻效應(yīng) 大分子側(cè)基取代基團的體積越大，則妨礙大分子鏈自由運動導(dǎo)致殘余內(nèi)應(yīng)力加大。例如，聚苯乙烯取代基團的苯基體積較大，因而聚苯乙烯制品的內(nèi)應(yīng)力較大。 幾種常見聚合物的內(nèi)應(yīng)力大小順序如下: PPOPSFPCABSPA6PPHDPE 塑料內(nèi)應(yīng)力的降低與分散 （1）原料配方設(shè)計 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；聚合物分子量分布越寬，其中低分子量成分越大，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 聚合物內(nèi)的雜質(zhì)即是應(yīng)力的集中體，又會降低塑料的原有強度，應(yīng)將雜質(zhì)含量減少到最低程度。 3）共

25、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，可降低內(nèi)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，可使內(nèi)應(yīng)力沿球面分散緩解并阻止裂紋擴展，從而達(dá)到降低內(nèi)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)降低內(nèi)應(yīng)力。 4）增強改性 用增強纖維進行增強改性，可以降低制品的內(nèi)應(yīng)力，這是因為纖維纏結(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)力開裂能力比純PC提高6倍之多。 5）成核改性 在結(jié)晶性塑料中加入適宜的成核劑，可以在其制品中形成許多小的球晶，使內(nèi)應(yīng)力降低并得到分散。 （2）成型加工條件的控制 在塑

26、料制品的成型過程中，凡是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；凡是能使制品中聚合物均勻冷卻的工藝條件都能降低冷卻內(nèi)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內(nèi)應(yīng)力。 對內(nèi)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，這是因為在較高的料筒溫度，熔體塑化均勻，粘度下降，流動性增加，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，充模過程中分子取向較多，冷卻定型后殘余內(nèi)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

27、大。 模具溫度 模具溫度的高低對取向內(nèi)應(yīng)力和冷卻內(nèi)應(yīng)力的影響都很大。一方面，模具溫度過低，會造成冷卻加快，易使冷卻不均勻而引起收縮上的較大差異，從而增大冷卻內(nèi)應(yīng)力；另一方面，模具溫度過低，熔體進入模其后，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，越有利于晶粒堆砌緊密，晶體內(nèi)部的缺陷減小或消除，從而減少內(nèi)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。 以PC為例，其內(nèi)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)力的機會也較大。

28、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，其內(nèi)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內(nèi)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，此時若施以高壓，必然導(dǎo)致分子鏈的強迫取向，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。所以注射速度以適中為宜。最好采用變速注射，在速度逐漸減小下結(jié)束充模。 保壓時間 保壓時間越長，會增大塑料熔體的剪切作用，從而產(chǎn)

29、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)力隨保壓時間延長和補料量增加而顯著增大。 開模殘余壓力 應(yīng)適當(dāng)調(diào)整注射壓力和保壓時間，使開模時模內(nèi)的殘余壓力接近于大氣壓力，從而避免產(chǎn)生更大的脫模內(nèi)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間而消除內(nèi)應(yīng)力的方法。熱處理是消除塑料制品內(nèi)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；對使用溫度范圍較寬和尺寸精度要求較高的制件；時內(nèi)應(yīng)力較大而又不易自消的制件以及經(jīng)過機械加工的制件都必須進行熱處理。 對制件進行熱處理，可以使高聚物分子由不平衡構(gòu)象向平衡構(gòu)象

30、轉(zhuǎn)變，使強迫凍結(jié)的處于不穩(wěn)定的高彈形變獲得能量而進行熱松弛，從而降低或基本消除內(nèi)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小時即可，隨著制件厚度增大，熱處理時間應(yīng)適當(dāng)延長。提高熱處理溫度和延長熱處理時間具有相似的效果，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間，然后緩慢冷卻到室溫。實驗表明，脫模后的制件立即進行熱處理，對降低內(nèi)應(yīng)力、改善制件性能的效果更明顯。此外，提高模具

31、溫度，延長制件在模內(nèi)冷卻時間，脫模后進行保溫處理都有類似熱處理的作用。 盡管熱處理是降低制件內(nèi)應(yīng)力的有效辦法之一，但熱處理通常只能將內(nèi)應(yīng)力降低到制件使用條件允許的范圍，很難完全消除內(nèi)應(yīng)力。對PC制件進行較長時間的熱處理時，PC分子鏈有可能進行有序的重排，甚至結(jié)晶，從而降低沖擊韌性，使缺口沖擊強度降低。因而，不應(yīng)把熱處理作為降低制件內(nèi)應(yīng)力的唯一措施。 (4)塑料制品的設(shè)計 塑料制品的形狀和尺寸 在具體設(shè)計塑料制品時，為了有效地分散內(nèi)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，避免銳角、直角、缺口及突然擴大或縮小。 對于塑料制品的邊緣處應(yīng)設(shè)計成圓角，其中內(nèi)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)生冷卻內(nèi)應(yīng)力及取向內(nèi)應(yīng)力。因此，應(yīng)設(shè)計成壁厚盡可能均勻的制件，如必須壁厚不均勻，則要進行壁厚差異的漸變過渡。 合理設(shè)計金屬嵌件 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，兩者形成的收縮程度不同，因塑料的收縮比較大而緊緊抱住金屬嵌件，在嵌件周圍的塑料內(nèi)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，應(yīng)注意如下幾點，以幫助減小或消除內(nèi)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