注塑應(yīng)力形成的原理及消除方案

1、如何檢驗塑膠件的應(yīng)力？如何去除應(yīng)力？A 、內(nèi)應(yīng)力產(chǎn)生的機理塑料內(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 因素而產(chǎn)生的一種內(nèi)在應(yīng)力。內(nèi)應(yīng)力的本質(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刻恢復(fù)到與環(huán)境條件相適應(yīng)的平衡 構(gòu)象，這種不均衡構(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 能情勢儲存在塑料制品中，在合適的條件下，這種被迫的不穩(wěn)定的構(gòu)象將向自在的 穩(wěn)固的構(gòu)象轉(zhuǎn)化，位能改變?yōu)閯幽芏_釋。當大分子鏈間的作用力和相互纏結(jié)力蒙 受不住這種動能時，內(nèi)應(yīng)力平衡即受到破壞，塑料制品就會產(chǎn)生應(yīng)力開裂及翹曲變 形等現(xiàn)象。B、塑料內(nèi)應(yīng)力產(chǎn)生

2、的起因(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)生的詳細過程為：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核心層流速遠高 于表層流速， 導致熔體內(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。 取向的大分子鏈解凍在塑料制品內(nèi)也就象征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)象力求過渡到無取向構(gòu)象的內(nèi)力。用熱處理的 方式，可降低或排除塑料制品內(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

3、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 能仍是熱熔體，這徉芯層就會限度表層的收縮，導致芯層處于壓應(yīng)力狀況，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 更.。另外，帶金屬嵌件的塑料制品，因為金屬與塑料的熱脹系數(shù)相差較大，容易形 成收縮不一平勻的內(nèi)應(yīng)力。除上述兩種重要內(nèi)應(yīng)力外 ,還有以下多少種內(nèi)應(yīng)力： 對結(jié)晶塑料制品而言， 其制 品內(nèi)部各部位的結(jié)晶構(gòu)造跟結(jié)晶度不同也會發(fā)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。

4、c、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，聚合物分子鏈運動性差，因而對于產(chǎn)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，從而使分子間互相挪動 艱苦增大，恢復(fù)可逆彈性形變的程度減小，導致殘余內(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種類，其相應(yīng)制品的內(nèi)應(yīng)力較大。(3) 代替基團的位阻效應(yīng)大分子側(cè)基取代基團的體積越大，則妨害大分子鏈自由活動導致殘余內(nèi)應(yīng)力加 大。例如，聚苯乙

5、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)力大小次序如下 :PPO>PSF>Pc>ABS>PA6>PP>HDPED、塑料內(nèi)應(yīng)力降低與疏散的把持(1)原料配方設(shè)計選取分子量大、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)程度增添，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， 輕易首先造成微觀撕裂， 造成應(yīng)力集中，便制品開裂。 選取雜質(zhì)含量低的樹脂聚合物內(nèi)的雜質(zhì)等于應(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。 共混改性易出現(xiàn)應(yīng)力開裂的樹脂與適宜的其它樹脂

6、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)PC應(yīng)力沿球面分散緩解并禁止裂紋擴大，從而達到降低內(nèi)應(yīng)力的目的。再如，在 中混入適量 PE , PE 球粒外沿可形成關(guān)閉的空化區(qū)，也可適當降低內(nèi)應(yīng)力。 加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)了良多大 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。 成核改性在結(jié)晶性塑料中參加相宜的成核劑，可以在其制品中形成很多小的球晶，使內(nèi) 應(yīng)力降低并得到分散。(2) 成型加工前提的節(jié)制在塑料制品的成型過程中，

7、凡能減小制品中聚合物分子取向的成型因素都可能 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，粘度降落，流動性增加，在熔體充斥型腔過程中，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 充足，脫模時易造成變形，固然取向應(yīng)力減小，但冷卻應(yīng)力和脫模應(yīng)力反而增大。 模具溫度

8、模具溫度的高下對取向內(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，溫度降低加快，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密，晶體內(nèi)部的缺 點減小或消除，從而減少內(nèi)應(yīng)力。另外，對于不同厚度塑料制品，其模溫請求不同。對于厚壁制品其模溫要適當 高一些。 注射壓力注射壓力高， 熔體充模進程中所受剪切作使勁大， 產(chǎn)生取向應(yīng)力的機遇也較大。 因而，為了降低取向應(yīng)力和打消脫模應(yīng)力，應(yīng)適當降低打針壓力。 .

9、 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，跟著熔 體溫度的降低， 熔體粘度敏捷增加， 此時若施以高壓， 必定導致分子鏈的逼迫取向， 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。 但注射速渡過低，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 步減小下停止充模。 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)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長而明顯增大。 開模殘余壓力應(yīng)

10、適當調(diào)劑注射壓力和保壓時間，使開模時模內(nèi)的殘余壓力瀕臨于大氣壓力， 從而避免產(chǎn)生更大的脫模內(nèi)應(yīng)力。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)遵守這樣的準則：制品形狀應(yīng)盡可能堅持持續(xù)性，防止銳角、直角、缺口及忽然擴展或縮小。對于塑料制品的邊沿處應(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)制品形狀而肯定。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)計成壁厚盡可能勻稱的制件，如必需壁厚不平均，則要進行壁厚差別的 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

11、，因此帶金屬嵌件的塑料制品在冷卻時， 兩者構(gòu)成的收縮水平不同，因塑料的壓縮比擬大而牢牢抱住金屬嵌件，在嵌件四周的塑料內(nèi)層受壓應(yīng)力，而外層受拉應(yīng)力作用，產(chǎn)生應(yīng)力集中景象。在詳細設(shè)汁嵌件時，應(yīng)留神如下幾點，以輔助減小或消除內(nèi)應(yīng)力。a. 盡可能抉擇塑料件作為嵌件。b. 盡可能取舍與塑料熱膨脹系數(shù)相差小的金屬材料做嵌件資料，如鋁、鋁合金 及銅等。c. 在金屬嵌件上涂覆一層橡膠或聚氨酯彈性緩沖層，并保障成型時涂覆層不融 化，可降低兩者收縮差。d. 對金屬嵌件進行名義脫脂化處理，能夠避免油脂加速制品的應(yīng)力開裂。e. 金屬嵌件進行適當?shù)念A(yù)熱處理。f. 金屬嵌件周圍塑料的厚度要充分。例如，嵌件外徑為D ，嵌件

12、周圍塑料厚度為h，則對鋁嵌件塑料厚度h>0.8D ;對于銅嵌件，塑料厚度h>0.9 D 。g. 金屬嵌件應(yīng)設(shè)計成油滑形狀，最好帶精巧的滾花紋。 塑料制品上孔的設(shè)計塑料制品上孔的形狀、 孔數(shù)及孔的位置都會對內(nèi)應(yīng)力集中程度產(chǎn)生很大的影響。 為避免應(yīng)力開裂，切忌在塑料制品上開設(shè)棱形、矩形、方形或多邊形孔。應(yīng)盡可能 開設(shè)圓形孔， 其中卵形孔的效果最好， 并應(yīng)使橢圓形孔的長軸平行于外力作用方向。 如開設(shè)圓孔，可增開等直徑的工藝圓孔，并使相鄰兩圓孔的中央銜接線平行于外力 作用方向， 這樣可 以獲得與橢圓孔相似的效果； 還有一種方法， 即在圓孔周圍開設(shè) 對稱的槽孔，以分散內(nèi)應(yīng)力。塑料模具的設(shè)計在

13、設(shè)計塑料模具時，澆注系統(tǒng)和冷卻系統(tǒng)對塑料制品的內(nèi)應(yīng)力影響較大，在具 體設(shè)計時應(yīng)注意如下幾點。 澆口尺寸過大的澆口將須要較長的保壓補料時間，在降溫過程中的補料流動一定會凍結(jié)更多的取向應(yīng)力，尤其是在補填冷料時，將給澆口附近造成很大的內(nèi)應(yīng)力。恰當縮小澆口尺寸，可縮短保壓補料時光，下降澆口凝封時模內(nèi)壓力，從而降低取向應(yīng)力。但過小的澆口將導致充模時間延伸，造成制品缺料。 澆口的地位澆口的位置決議廠塑料熔體在模腔內(nèi)的流動情形、 流動間隔和流動方向。 .當澆 口設(shè)在制品壁厚最大部位時，可適當降低注射壓力、保壓壓力及保壓時間，有利于 降低取向應(yīng)力。當澆口設(shè)在薄壁部位時，宜適當增加澆口處的壁厚，以降低澆口附 近

14、的取向應(yīng)力。熔體在模腔內(nèi)流動距離越長，產(chǎn)生取向應(yīng)力的幾率越大。為此，對于壁厚、長 流程且面積較大的塑料件，應(yīng)適當分布多個澆口，能有效地降低取向應(yīng)力，防止翹 曲變形。另外，因為澆口四周為內(nèi) . 應(yīng)力多發(fā)地帶，可在澆口附近設(shè)汁成護耳式澆日，使 內(nèi)應(yīng)力產(chǎn)生在護耳中， 脫模后切除內(nèi)應(yīng)力較大的護耳， 可降低塑料制品內(nèi)的內(nèi)應(yīng)力。 流道的設(shè)計設(shè)計短而粗的流道，可減小熔體的壓力喪失和溫度降，相應(yīng)降低注射壓力和冷 卻速度，從而降低取向應(yīng)力和冷卻壓力。 冷卻體系的設(shè)計冷卻水道的散布要公道，使?jié)部卩徑?、闊別澆口區(qū)、壁厚處、壁薄處都得到平 均且遲緩的冷卻，從而降低內(nèi)應(yīng)力， 頂出系統(tǒng)的設(shè)計要設(shè)計適當?shù)拿撃ｅF度，較高的型

15、芯光潔度和較大面積的頂出部位，以預(yù)防強 行脫模產(chǎn)生脫模應(yīng)力。E、塑料應(yīng)力的檢測方法1.溶濟法醋酸沉浸所使用的乙酸（ CH3COOH ）必須是 95% 以上的乙酸且反復(fù)使用次數(shù)不得超 過 10 次測試.表面應(yīng)力測試：將乙酸（冰醋酸）倒入玻璃器皿中，將產(chǎn)品完全浸在乙酸里， 時間為 30 秒。 30 秒后用夾子將樣品取出并馬上用凈水（自來水即可）沖刷清潔， 察看樣品表面有無發(fā)白及裂紋。 斷定：不得有任何開裂現(xiàn)象， 容許表面有稍微發(fā)白。內(nèi)應(yīng)力測試：將表面應(yīng)力測試及格的樣品擦干后完全浸在乙酸里，時間為2分鐘。 2 分鐘后將樣品取出并當即用清水（自來水即可）沖洗干凈，視察樣品有無發(fā)白及裂紋。 判斷： 不得

16、有任何斷裂現(xiàn)象， 許可鑲件處有輕微裂紋及表面發(fā)白現(xiàn)象。甲乙酮 + 丙酮沉迷法：將整機完整浸入 21 攝氏度的 1：1 的甲乙酮 + 丙 酮的混雜液中，掏出后即時甩干，依上法檢討原理：根據(jù)介質(zhì)應(yīng)力決裂的現(xiàn)象，即溶濟分子滲透到樹脂的大分子之間后，降 低了分子之間的彼此作用力。內(nèi)應(yīng)力大的地方在浸入前分子之間的作用力原來就有 所削弱，浸入溶濟后這些減弱了的處所進一步減弱，而引起開裂，內(nèi)應(yīng)力小的地方 在短時間內(nèi)不會開裂。因此，可以從待鍍件表面開裂的時間和程度來斷定鍍件內(nèi)應(yīng) 力的大小及其部位。從而斷定塑料件是否進行電鍍。2.儀器法用偏振光照耀塑料制件，視彩色光帶多寡，剖析內(nèi)應(yīng)力的強弱，它只適用于透 明的制

17、件。偏振光法所要的儀器昂貴，操作龐雜，且正確度不高，因為制件處理前 后變化不顯著，光譜帶上涌現(xiàn)的光帶不一定都是內(nèi)應(yīng)力的影響，如制件表面的漣漪 也會影響檢驗的成果。不外此法對制件的機能尚無任何影響，為無損檢驗，經(jīng)檢驗 過的制件可繼承電鍍和使用。3 溫度驟變法這種方法是將塑料待鍍件重復(fù)受冷受熱，依據(jù)裂紋呈現(xiàn)的時間是非來評定內(nèi)應(yīng) 力的大小。它實用于各類塑料成形件。溫度驟變法所要的裝備簡略，然而測驗時間 較長。經(jīng)檢修后的塑料件已被損壞，不能持續(xù)應(yīng)用。F、塑料制品應(yīng)力的去除處理塑料制品的熱處理是指將成型制品在必定溫度下停留一段時間而消除內(nèi)應(yīng)力的 辦法。讓制件在一定的溫度下 ,恒溫數(shù)小時 ,使其內(nèi)局部子從

18、新排列從而到達減少或 清除內(nèi)應(yīng)力的目標 .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)象轉(zhuǎn)變，使強制 凍結(jié)的處于不穩(wěn)定的高彈形變?nèi)〉媚芰慷M行熱松弛， 從而降低或基礎(chǔ)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 C或低于熱變形溫度510 C。熱處理時間取決于塑料品種、制件厚度、熱處理溫度和注塑條件。個別厚度的制件，熱 處理 12 小時即可，隨著制件厚度增大， 熱處理時間應(yīng)適當延長。 提高熱處理溫度 和延長熱處理時間存在類似的效果，但溫度的后果更顯明些。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， 或放入空氣輪回烘箱中加熱到指定溫度，并在該溫度下停留一定時間，而后緩慢冷 卻到室溫。試驗表明，脫模后的制件立刻進行熱處理，對降低內(nèi)應(yīng)力、改良制件性 能的效果更明顯。此外，提高模具溫度，延長制件在模內(nèi)冷卻時間，脫模落后行保 溫處理都有相似熱處理的作用。ABS 塑料件在成形時 ,B 粒子成不規(guī)矩的非球外形 （圖 4-151 ）, 引起殘余應(yīng)力 , 把這種塑料件放在80 c下熱處置兩個小時,B粒子變成球形狀（圖4-152 ）殘余應(yīng) 力大大減少 , 還可進步鍍層的結(jié)協(xié)力。