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)力的存在對(duì)于制品來說容易造成翹曲和開裂，這對(duì)于產(chǎn)品而言是不可忽視的，因此，一般在塑料的配方設(shè)計(jì)、成型條件、制品設(shè)計(jì)、模具設(shè)計(jì)四大方面去解決這個(gè)問題。
一、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)程度增添，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。
②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(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。
圖 樹脂原料
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禁止裂紋擴(kuò)大，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球粒外沿可形成關(guān)閉的空化區(qū)，也可適當(dāng)降低內(nèi)應(yīng)力。
④加強(qiáng)改性
用增強(qiáng)纖維進(jìn)行增強(qiáng)改性，可以降低制品的內(nèi)應(yīng)力，這是因?yàn)槔w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。
⑤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。
二、成型加工前提的節(jié)制
在塑料制品的成型過程中，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(duì)內(nèi)應(yīng)力影響較大的加工條件主要有如下幾種。
①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，粘度降落，流動(dòng)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(shí)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。
②模具溫度
模具溫度的高下對(duì)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(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，從而增大冷卻內(nèi)應(yīng)力；另一方面，模具溫度過低，熔體進(jìn)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(duì)塑料結(jié)晶影響很大，模溫越高，越有利于晶粒堆砌嚴(yán)密，晶體內(nèi)部的缺點(diǎn)減小或消除，從而減少內(nèi)應(yīng)力。另外，對(duì)于不同厚度塑料制品，其模溫請(qǐng)求不同。對(duì)于厚壁制品其模溫要適當(dāng)高一些 。
圖 注塑機(jī)
③注射壓力
注射壓力高，熔體充模進(jìn)程中所受剪切作使勁大，產(chǎn)生取向應(yīng)力的機(jī)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(dāng)降低打針壓力。.
④保壓壓力
保壓壓力對(duì)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(shí)若施以高壓，必定導(dǎo)致分子鏈的逼迫取向，從而形成更大的取向應(yīng)力。
⑤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(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。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。
⑥保壓時(shí)間
保壓時(shí)間越長(zhǎng)，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(zhǎng)和補(bǔ)料量增長(zhǎng)而明顯增大。 應(yīng)適當(dāng)調(diào)劑注射壓力和保壓時(shí)間，使開模時(shí)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。
三、塑料制品的設(shè)計(jì)
①塑料制品的形狀和尺寸
在具體設(shè)計(jì)塑料制品時(shí)，為了有效地分散內(nèi)應(yīng)力，應(yīng)遵守這樣的準(zhǔn)則：制品形狀應(yīng)盡可能堅(jiān)持持續(xù)性，防止銳角、直角、缺口及忽然擴(kuò)展或縮小。
對(duì)于塑料制品的邊沿處應(yīng)設(shè)計(jì)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。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。
對(duì)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(jì)成壁厚盡可能勻稱的制件，如必需壁厚不平均，則要進(jìn)行壁厚差別的漸變過渡。
②合理設(shè)計(jì)金屬嵌件
塑料與金屬的熱膨脹系數(shù)相差5~10倍，因此帶金屬嵌件的塑料制品在冷卻時(shí)，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(xì)設(shè)汁嵌件時(shí)，應(yīng)留神如下幾點(diǎn)，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(shí)涂覆層不融化，可降低兩者收縮差。
d.對(duì)金屬嵌件進(jìn)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(jìn)行適當(dāng)?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，嵌件周圍塑料厚度為h，則對(duì)鋁嵌件塑料厚度h≥0.8D；對(duì)于銅嵌件，塑料厚度h≥0.9 D。
g.金屬嵌件應(yīng)設(shè)計(jì)成油滑形狀，最好帶精巧的滾花紋。
③塑料制品上孔的設(shè)計(jì)
塑料制品上孔的形狀、孔數(shù)及孔的位置都會(huì)對(duì)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(zhǎng)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(duì)稱的槽孔，以分散內(nèi)應(yīng)力。
四、塑料模具的設(shè)計(jì)
在設(shè)計(jì)塑料模具時(shí)，澆注系統(tǒng)和冷卻系統(tǒng)對(duì)塑料制品的內(nèi)應(yīng)力影響較大，在具體設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)注意如下幾點(diǎn)。
①澆口尺寸
過大的澆口將須要較長(zhǎng)的保壓補(bǔ)料時(shí)間，在降溫過程中的補(bǔ)料流動(dòng)一定會(huì)凍結(jié)更多的取向應(yīng)力，尤其是在補(bǔ)填冷料時(shí)，將給澆口附近造成很大的內(nèi)應(yīng)力。
恰當(dāng)縮小澆口尺寸，可縮短保壓補(bǔ)料時(shí)光，下降澆口凝封時(shí)模內(nèi)壓力，從而降低取向應(yīng)力。但過小的澆口將導(dǎo)致充模時(shí)間延伸，造成制品缺料。
②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(dòng)情形、流動(dòng)間隔和流動(dòng)方向。.當(dāng)澆口設(shè)在制品壁厚最大部位時(shí)，可適當(dāng)降低注射壓力、保壓壓力及保壓時(shí)間，有利于降低取向應(yīng)力。當(dāng)澆口設(shè)在薄壁部位時(shí)，宜適當(dāng)增加澆口處的壁厚，以降低澆口附近的取向應(yīng)力。
熔體在模腔內(nèi)流動(dòng)距離越長(zhǎng)，產(chǎn)生取向應(yīng)力的幾率越大。為此，對(duì)于壁厚、長(zhǎng)流程且面積較大的塑料件，應(yīng)適當(dāng)分布多個(gè)澆口，能有效地降低取向應(yīng)力，防止翹曲變形。
另外，因?yàn)闈部谒闹転閮?nèi).應(yīng)力多發(fā)地帶，可在澆口附近設(shè)汁成護(hù)耳式澆日，使內(nèi)應(yīng)力產(chǎn)生在護(hù)耳中，脫模后切除內(nèi)應(yīng)力較大的護(hù)耳，可降低塑料制品內(nèi)的內(nèi)應(yīng)力。
圖 模具
③流道的設(shè)計(jì)
設(shè)計(jì)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。
④冷卻體系的設(shè)計(jì)
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，
⑤頂出系統(tǒng)的設(shè)計(jì)
要設(shè)計(jì)適當(dāng)?shù)拿撃ｅF度，較高的型芯光潔度和較大面積的頂出部位，以預(yù)防強(qiáng)行脫模產(chǎn)生脫模應(yīng)力。
文章源于百度文庫(kù)，艾邦高分子整理編輯
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