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)。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(xiàn)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(lèi)應(yīng)力可以歸納為成型應(yīng)力,是成型過(guò)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。
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。
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、盡量減小保壓壓力。
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(huà)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?。?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)力小;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穩(wěn)性。
g、在模面上施加適當(dāng)?shù)拿撃?,使脫模順暢?/p>
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?chē)_(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??傊?,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(chēng)。在制品造型上,應(yīng)盡量采用曲面、雙曲面,既美觀(guān)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(guān)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。
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:140~150℃×壁厚每增5mm即增加40~60min;
油浴退火:140~150℃×壁厚每增5mm即增加20~30min。
PBT 120℃×1~2h 。
PC 110~135℃×?xí)r間根據(jù)厚度定。
聚砜 170~180℃×2~4h 。
PMMA 70~80℃×4h 。
ABS 70~80℃×2~4h 。
PS 介質(zhì)為熱空氣或熱水:60~70℃×30~60min(厚度≤6mm);70~80℃×120~300min(厚度≤6mm)。
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