注塑制品內(nèi)應(yīng)力的分析及控制

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上注塑制品內(nèi)應(yīng)力的分析及控制震德技術(shù)中心 吳培新在注塑加工過(guò)程中，注塑制品存在著一個(gè)內(nèi)在的質(zhì)量問(wèn)題-內(nèi)應(yīng)力。內(nèi)應(yīng)力的來(lái)源與所使用的塑料原料種類、注塑機(jī)的類型與塑化系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)、模具的結(jié)構(gòu)及精度、塑料制品的結(jié)構(gòu)、注塑成型的工藝參數(shù)的設(shè)定及控制、生產(chǎn)環(huán)境及操作者的狀態(tài)等有關(guān)。其中任何一項(xiàng)出現(xiàn)問(wèn)題，都將影響到制品的質(zhì)量。而且，由于制品的表面質(zhì)量是內(nèi)在質(zhì)量的反映，所以，凡是能引起制品內(nèi)在質(zhì)量的因素，都能同時(shí)引起制品的表面質(zhì)量及其他質(zhì)量問(wèn)題，如引起制品的開(kāi)裂、銀紋、翹曲、變形、力學(xué)強(qiáng)度降低，甚至失去使用價(jià)值等問(wèn)題。由于注塑過(guò)程中，除了引起制品翹曲變形的內(nèi)應(yīng)力可以直觀感覺(jué)到外，其它質(zhì)

2、量問(wèn)題不但用肉眼看不到，而且在短時(shí)間內(nèi)也沒(méi)有表露出來(lái)。所以注塑加工現(xiàn)場(chǎng)的工程人員對(duì)于這個(gè)問(wèn)題一般不很重視，但是卻可能存在著很大的質(zhì)量隱患。所以，本文針對(duì)內(nèi)應(yīng)力這個(gè)內(nèi)在的質(zhì)量問(wèn)題展開(kāi)分析，并提出控制的一些方法，希望對(duì)現(xiàn)場(chǎng)控制產(chǎn)品質(zhì)量的工程人員有所幫助和啟示。一、內(nèi)應(yīng)力的種類及產(chǎn)生原因 注塑制品的內(nèi)應(yīng)力主要有以下四種：1、 溫度應(yīng)力：是制品冷卻時(shí)溫度不均產(chǎn)生的應(yīng)力。當(dāng)熔體進(jìn)入溫度較低的模具時(shí)，靠近模腔壁的熔體迅速地冷卻而固化。由于凝固的聚合物層導(dǎo)熱性很差，因而在制品厚度方向上產(chǎn)生較大的溫度梯度。先凝固的外層熔體要阻止后凝固的內(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

3、）。另方面，因制品壁厚不均勻，冷卻速度不一致，從而產(chǎn)生冷卻溫度不均現(xiàn)象。2、 取向應(yīng)力：是制品內(nèi)部大分子取向產(chǎn)生的應(yīng)力。對(duì)于線形樹(shù)脂和纖維增強(qiáng)的塑料，在加工中最容易產(chǎn)生取向應(yīng)力。其結(jié)果，沿著流動(dòng)方向的分子取向程度最大，在速冷條件下，如果被拉直的分子鏈來(lái)不及松弛，則在該方向上產(chǎn)生了取向應(yīng)力。3、 收縮應(yīng)力：注塑過(guò)程中，塑料分子本身的平衡狀態(tài)受到破壞，并產(chǎn)生不平衡體積時(shí)的應(yīng)力。如結(jié)晶塑料的晶區(qū)與非晶區(qū)界面因收縮不均產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力。4、 脫模應(yīng)力：脫模時(shí)制品變形產(chǎn)生的應(yīng)力。這主要是模具加工精度較差和設(shè)計(jì)不合理造成，如脫模斜度不夠，頂針數(shù)量不夠或頂出不平衡等。以上2至4類應(yīng)力可以歸納為成型應(yīng)力，是成型過(guò)

4、程產(chǎn)生的應(yīng)力。一般注塑制品中同時(shí)都存在幾種應(yīng)力，制品的破壞，是由幾種應(yīng)力共同作用的結(jié)果。二、內(nèi)應(yīng)力對(duì)注塑制品的影響制品中內(nèi)應(yīng)力的存在會(huì)嚴(yán)重影響到制品的力學(xué)性能和使用性能。它的存在將降低了制品對(duì)光、熱以及腐蝕介質(zhì)的抵抗能力。同時(shí)，制品在使用過(guò)程中將出現(xiàn)裂紋、不規(guī)則變形和翹曲，制品表面泛白、渾濁、光學(xué)性能下降等結(jié)果。三、內(nèi)應(yīng)力的控制當(dāng)注塑制品內(nèi)的殘余應(yīng)力太高或應(yīng)力分布不均時(shí)，塑件表面就會(huì)產(chǎn)生變形、泛白、裂紋及破裂等現(xiàn)象。一般情況下，澆口附近最容易發(fā)生由殘余應(yīng)力引起的裂紋及破裂，因?yàn)闈部谔幍某尚蛪毫ο鄬?duì)其他部位要高一些，尤其是主流道為直接澆口時(shí)更是如此。當(dāng)塑件的壁厚不均勻，熔料的冷卻速度不一致時(shí)，由

5、于厚薄部位的收縮量不同，也產(chǎn)生殘余應(yīng)力。在速冷條件下，取向的分子鏈不能很快松馳會(huì)導(dǎo)致聚合物內(nèi)應(yīng)力的形成，等等。由此，可以通過(guò)減少制品殘余應(yīng)力來(lái)防止或減小注塑制品產(chǎn)生以上缺陷。減少殘余應(yīng)力的主要方法是改進(jìn)澆注系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)形式和調(diào)整好塑件的成型條件。 1、減小取向應(yīng)力的影響 a、提高熔體溫度，使剪切應(yīng)力降低，分子取向度減?。涣硪环矫鏁?huì)使應(yīng)力松馳加快，促使解取向能力加強(qiáng)。但有的材料成形溫度范圍窄，提高料溫時(shí)可能出現(xiàn)分解，從而影響制品的抗衡力，會(huì)使制品開(kāi)裂。b、盡量減短保壓時(shí)間，以減小取向應(yīng)力。c、減小注射壓力或保壓壓力，會(huì)使取向應(yīng)力減小。因擔(dān)心制品出現(xiàn)收縮凹陷或試圖取得更好表面光澤而將注射壓力、速度等

6、調(diào)得過(guò)大，會(huì)造成制品內(nèi)部產(chǎn)生大的應(yīng)變。結(jié)果，有些制品很快就開(kāi)裂了，有些制品在存放一段時(shí)間后慢慢出現(xiàn)微裂或裂紋。當(dāng)中心澆口出現(xiàn)以澆口為中心的放射狀開(kāi)裂時(shí)，應(yīng)考慮調(diào)節(jié)澆口尺寸，使型腔內(nèi)的壓力減少，減小取向應(yīng)力。有可能時(shí)，重新安排澆口的位置和形式，也可以增設(shè)必要的輔助澆口。d、提高模具溫度，使解取向作用加強(qiáng)。雖然高的模溫可減少聚合物的分子取向，但是，卻使結(jié)晶性塑料結(jié)晶度提高，或因模溫過(guò)高使塑料難以固化而造成脫模困難，所以要注意。相反，如果模溫太低，塑料過(guò)早冷卻，熔接縫有可能產(chǎn)生，制品容易開(kāi)裂。e、有可能的話增加制品壁厚，使取向應(yīng)力降低。 2、減小溫度應(yīng)力的影響 如果在澆口封閉前維持模腔壓力，有利于提

7、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。設(shè)法降低澆口處溫度，延長(zhǎng)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。 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。對(duì)非結(jié)晶型聚合物，拉伸強(qiáng)度會(huì)因澆口的位置而異。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。 3、減小收縮應(yīng)力的影響塑料制品如果在模內(nèi)散熱不好，冷熱不均（尤其對(duì)大制品而言），可能會(huì)使制品出現(xiàn)收縮差異，產(chǎn)生較大的內(nèi)應(yīng)力，而使制品開(kāi)裂。因此，模具的冷卻水道的布置應(yīng)盡量平衡。制品設(shè)計(jì)上，避免厚度相差很大的部位。因厚

8、度相差很大的部位必然是冷卻速度不一，冷卻過(guò)程的收縮和結(jié)晶情形的不同，力學(xué)狀態(tài)也不同。4、減小脫模應(yīng)力的影響a、調(diào)整頂出裝置，如頂板、頂桿等，使之平衡動(dòng)作，避免作用力先后不一或傾斜歪曲頂出。b、型腔、型芯要有適當(dāng)?shù)拿撃Ｐ倍取．?dāng)斜度不夠時(shí)，脫模困難，制品受的機(jī)械應(yīng)力過(guò)大而開(kāi)裂。c、型腔脫模面要有足夠的光潔度，甚至連拋光方向也應(yīng)盡量與料流方向一致。型芯部分的加強(qiáng)筋、柱子等應(yīng)有足夠的光潔度，使脫模順暢。d、采用小澆口，保壓時(shí)間短，內(nèi)應(yīng)力小；用大流道，則注射壓力低，注射時(shí)間短，內(nèi)應(yīng)力??；澆口設(shè)計(jì)在制品的厚壁處，則注射壓力和保壓壓力低，內(nèi)應(yīng)力小。e、調(diào)節(jié)好開(kāi)模速度，避免高速撥模。f、調(diào)節(jié)好模板的平行度及平

9、穩(wěn)性。g、在模面上施加適當(dāng)?shù)拿撃?，使脫模順暢。h、制品在模內(nèi)冷卻時(shí)間太短，未充分硬化即開(kāi)模頂出，可能在頂桿周圍開(kāi)裂。但冷卻時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，制品包貼在模芯上，頂出時(shí)由于脫模光潔度不夠或斜度不夠而發(fā)生頂白現(xiàn)象。i、深腔制品應(yīng)設(shè)置適當(dāng)?shù)倪M(jìn)氣孔道，以免脫模時(shí)產(chǎn)生過(guò)大的負(fù)壓，影響塑料制品與模具的分離。必要時(shí)，通過(guò)進(jìn)氣孔道向模具和制品之間吹入壓縮空氣有助于脫模。5、制品設(shè)計(jì)上應(yīng)注意問(wèn)題：避免出現(xiàn)應(yīng)力開(kāi)裂的尖角、缺口或厚度相差很大的部位。尖角和缺口是內(nèi)應(yīng)力集中的地方，而厚度相差很大的部位必然是冷卻速度不一，冷卻過(guò)程的收縮和結(jié)晶也不同。總之，制品形狀越復(fù)雜，尺寸愈大，愈容易開(kāi)裂。當(dāng)塑料制品中帶有金屬嵌件時(shí)，嵌件最

10、好是銅或鋁，而且加工前應(yīng)先預(yù)熱嵌件。由于金屬和塑料的收縮率不一致，塑料的收縮率較大，而金屬的收縮率相對(duì)較小，通過(guò)預(yù)熱方法減小收縮差異。對(duì)于聚苯乙烯，一般不宜設(shè)置金屬嵌件。制品設(shè)計(jì)上應(yīng)注意平滑、緩過(guò)渡和勻稱。在制品造型上，應(yīng)盡量采用曲面、雙曲面，既美觀又可減小變形。 6、材料方面的控制某些剛性大的塑料（如PC、PS塑料），本身不適合作脫模有困難的制品，而且容易出現(xiàn)應(yīng)力開(kāi)裂，所以應(yīng)注意。一般非結(jié)晶型樹(shù)脂比結(jié)晶型樹(shù)脂容易產(chǎn)生殘余應(yīng)力而引起裂紋，也應(yīng)注意。塑料再生次數(shù)太多或再生料含量太高，或料在料筒內(nèi)加熱時(shí)間太長(zhǎng)，都會(huì)促使制品脆裂。塑料分子量每成形一次，當(dāng)降到某一數(shù)值下，其耐沖擊強(qiáng)度急劇降低而變脆。有

11、些塑料在受潮狀況下加熱，會(huì)與水汽發(fā)生催化裂化反應(yīng)，形成的降解產(chǎn)物和氣態(tài)物質(zhì)，除了影響制品外觀外，還使制品發(fā)生大的應(yīng)變，較小的殘余應(yīng)力就可以使出模后的制品產(chǎn)生開(kāi)裂。有些塑料本身質(zhì)量不佳，例如分子量分布大，塑料受到污染，也是造成開(kāi)裂的原因。7、設(shè)備方面要注意的問(wèn)題a、注塑機(jī)塑化容量要適中。即使是相熔性良好的塑料，如果在機(jī)筒內(nèi)未完全均勻混合，也即塑化不充分，成型的制品在受力時(shí)將使應(yīng)變集中在未充分混合的部位而脆裂。相反，若注塑機(jī)塑化容量太大，塑料在料筒中受剪切作用時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，也會(huì)老化降解，使制品變脆。b、   注塑機(jī)料筒內(nèi)有障礙物，促使塑料降解而使制品變脆。 四、制品應(yīng)力開(kāi)

12、裂檢查和退火處理1、診斷方法：（1）、溶劑法：a.      PS 在室溫下用煤油處理。b.      對(duì)PC、PS、聚砜、PPO等注塑制品，用四氯化硅溶劑處理，20秒內(nèi)若制品開(kāi)裂，說(shuō)明內(nèi)應(yīng)力大。c.      POM 30%鹽酸溶液中浸30min。d.      ABS 浸入冰醋酸溶液中。e.      PP 在80下，用63%（重量百分比）的三氧化鉻與水的混合物處理。f.       HDPE 在80下，用2%的洗滌劑水溶液處理。（2）、儀器法：用偏振光方法可以檢測(cè)制品的內(nèi)應(yīng)力。2、熱處理方法：有開(kāi)裂傾向的塑料制品，可以用退火熱處理方法來(lái)消除制品內(nèi)應(yīng)力，從而減小裂紋的生成。POM 空氣浴退火：140150×壁厚每增5mm即增加4060min； 油浴退火：140150&#