內(nèi)應(yīng)力

內(nèi)應(yīng)力產(chǎn)生

在注塑制品中，各局部應(yīng)力狀態(tài)是不同的，制品變形程度將決定于應(yīng)力分布。如果制品在冷卻時(shí)，存在溫度梯度，則這類應(yīng)力會(huì)發(fā)展，所以這類力稱為“成型應(yīng)力”。

注塑制品的內(nèi)應(yīng)力包括兩種：一種是注塑制品成型應(yīng)力，另一種是溫度應(yīng)力。當(dāng)熔體進(jìn)入溫度較低的模具時(shí)，靠進(jìn)模腔壁的熔體迅速地冷卻而固化，于是分子鏈段被“凍結(jié)”。

由于凝固的聚合物層，導(dǎo)熱性很差，在制品厚度方向上將產(chǎn)生較大的溫度梯度，而制品心部卻凝固得相當(dāng)緩慢，以致于當(dāng)澆口封閉時(shí)，熔體單元還未凝固，如果注塑機(jī)又停止對(duì)冷卻收收縮進(jìn)行補(bǔ)料時(shí)，由于制品內(nèi)部收縮作用與硬皮層作用方向是相反的，則心部會(huì)處于靜態(tài)拉伸而表層則處于靜態(tài)壓縮。

在熔體充模流動(dòng)時(shí)，除了有體積收縮效應(yīng)引起的應(yīng)力外，還有因流道，澆口出口的膨脹效應(yīng)而引起的應(yīng)力;前一種效應(yīng)引起的應(yīng)力與熔體流動(dòng)方向有關(guān)，后者由于出口膨脹效應(yīng)將引起垂直于流動(dòng)方向的應(yīng)力作用。

對(duì)于半結(jié)晶型聚合物還要注意另外一種效應(yīng)，即當(dāng)超過(guò)玻璃化溫度時(shí)，結(jié)晶單元之間所保留的一些非結(jié)晶相的分子鏈段將開始活動(dòng)，但卻被結(jié)晶相所限位，阻止拉伸鏈的返回，于是形成內(nèi)應(yīng)力。對(duì)結(jié)晶型聚合物，還有一種形變-誘導(dǎo)應(yīng)力;當(dāng)給結(jié)晶型高聚物熔體施加的應(yīng)力超過(guò)彈性形變極限時(shí)，晶格將沿滑動(dòng)面流動(dòng)，產(chǎn)生塑性形變的位移，而取代了一部分彈性變形。

在總形變不變的應(yīng)力松弛條件下，應(yīng)力逐漸下降到不等于零的某一最低值，這個(gè)保留值就是“形變-誘導(dǎo)”。

對(duì)于這種情況的解釋還可設(shè)想結(jié)晶型聚合物有一種結(jié)晶模型，結(jié)晶過(guò)程中形成堆積式位移，使晶格在滑動(dòng)面上進(jìn)一步堆積發(fā)生困難，于是產(chǎn)生了反應(yīng)力，其大小等于保持晶格位移結(jié)構(gòu)所需的應(yīng)力，而且這種晶格位移結(jié)構(gòu)是在沒(méi)有應(yīng)力的非平衡狀態(tài)下形成的。這就是對(duì)“形變-誘導(dǎo)內(nèi)應(yīng)力”位移機(jī)理的解釋，但它不適用非結(jié)晶聚合物。

內(nèi)應(yīng)力與制品質(zhì)量的關(guān)系

制品中內(nèi)應(yīng)力的存在會(huì)嚴(yán)重影響制品的力學(xué)性質(zhì)和使用性能;由于制品內(nèi)應(yīng)力的存在和分布不均，制品在使用過(guò)程中發(fā)生裂紋，在玻璃化溫度以下使用使用時(shí)，常發(fā)生不規(guī)則的變形或翹曲，還會(huì)引起制品表面“泛白”、渾濁、光學(xué)性能變壞。

內(nèi)應(yīng)力降低制品對(duì)光、熱以及腐蝕介質(zhì)的抵抗能力，在環(huán)境作用下，發(fā)生應(yīng)力開裂或出現(xiàn)“龜裂”，因此，減小或均化制品的內(nèi)應(yīng)力具有重要意義。但內(nèi)應(yīng)力也有可利用的一面，例如可以利用取向內(nèi)應(yīng)力產(chǎn)生各向異性的力學(xué)特點(diǎn)，使在受力方向上產(chǎn)生較高的強(qiáng)度，在應(yīng)用中有選擇地使用制品，例如生產(chǎn)拉伸薄膜和編織帶等。但對(duì)注塑制品希望內(nèi)應(yīng)力小而均勻分布。

降低澆口處溫度，增加緩冷時(shí)間，有利于改善制品中應(yīng)力不均的狀況，使機(jī)械性能均一。對(duì)結(jié)晶型聚合物，拉伸強(qiáng)度都表現(xiàn)出各向異性的特點(diǎn)。

熔體溫度的提高，不論對(duì)結(jié)晶型還是非結(jié)晶型聚合物都會(huì)導(dǎo)致拉伸強(qiáng)度的降低，但二者機(jī)理卻不一樣：前者是由于結(jié)晶度降低而影響的;后者是通過(guò)取向作用而影響。

沖擊強(qiáng)度

注塑制品的沖擊強(qiáng)度表現(xiàn)出更突出的各向異性。沖擊強(qiáng)度除與聚合物的分子結(jié)構(gòu)和注塑工藝條件有關(guān)外，還與制品結(jié)構(gòu)形狀、澆口和位置、數(shù)目、分布及排列形式有關(guān)。

這是因?yàn)闆_擊強(qiáng)度，主要由聚合物加工過(guò)程形成的內(nèi)應(yīng)力(取向應(yīng)力、溫度應(yīng)力、形變-誘導(dǎo)應(yīng)力)所決定。

制品收縮

收縮過(guò)程

注塑制品在成型過(guò)程的收縮可分3個(gè)階段。

第一階段是在澆口凝固前的保壓階段。制品的收縮很大程度上取決于熔體的補(bǔ)償程度。由于模具溫度低，熔體溫度在不斷地下降，熔體密度和黏度在不斷地提高。因此，這時(shí)熔體的補(bǔ)償能力主要取決于保壓壓力的大小和維持向模內(nèi)傳遞的時(shí)間。

第二階段是從澆口凝固開始至脫模的冷卻階段。這個(gè)階段再無(wú)熔體進(jìn)入模腔內(nèi)，制品的重量不會(huì)再改變，但制品的密度或比容將發(fā)生變化。

第三階段是從脫模開始至使用階段的收縮。這是屬于自由收縮。

收縮率的控制

注塑工藝方面：

1、模具溫度不要太高。例如對(duì)聚甲醛制品。當(dāng)模具溫度80℃ 40℃時(shí)，則收縮率為 5%。

2、料筒溫度不要太高。例如聚甲醛制品，當(dāng)熔體溫度為190℃ 10℃時(shí)，則收縮率為 2.5%。

3、注射壓力可適當(dāng)提高。例如，對(duì)聚甲醛制品，當(dāng)注射壓力為78Mpa 9.8Mpa時(shí)，則收縮率為 5%。

4、適當(dāng)提高注射速率。

5、保壓時(shí)間要設(shè)定長(zhǎng)些。

6、適當(dāng)?shù)卦黾永鋮s時(shí)間。

7、控制模具的冷卻速度。

材料方面：

1、選擇顆粒均勻的物料，使料粒受熱均勻，各處溫度一致，使冷卻速度均一。

2、要選擇分子量大小和熔體指數(shù)適宜，分子量分布均勻的材料，使工藝條件易于控制，充摸流動(dòng)穩(wěn)定，有利于減少收縮。

3、對(duì)于結(jié)晶型聚合物提供減少結(jié)晶度和穩(wěn)定結(jié)晶度的條件，對(duì)非結(jié)晶型聚合物要?jiǎng)?chuàng)造減少解取向的因素。

4、選擇吸濕性小的聚合物，通過(guò)干燥、降低水分，可減少收縮。

5、選用流動(dòng)性好，熔體指數(shù)低的聚合物。

6、選用有增強(qiáng)填料的復(fù)合材料，可減少收縮。

在模具方面：

1、根據(jù)模具收縮率，把模具型腔尺寸公差設(shè)計(jì)合理，選擇膨脹系數(shù)小的模具材料。

2、澆口截面積適當(dāng)加大，有助于減少收縮。

3、縮短內(nèi)流道，減少流長(zhǎng)比，有利于補(bǔ)縮。