內應力

內應力產(chǎn)生

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

注塑制品的內應力包括兩種：一種是注塑制品成型應力，另一種是溫度應力。當熔體進入溫度較低的模具時，靠進模腔壁的熔體迅速地冷卻而固化，于是分子鏈段被“凍結”。

由于凝固的聚合物層，導熱性很差，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緩慢，以致于當澆口封閉時，熔體單元還未凝固，如果注塑機又停止對冷卻收收縮進行補料時，由于制品內部收縮作用與硬皮層作用方向是相反的，則心部會處于靜態(tài)拉伸而表層則處于靜態(tài)壓縮。

在熔體充模流動時，除了有體積收縮效應引起的應力外，還有因流道，澆口出口的膨脹效應而引起的應力;前一種效應引起的應力與熔體流動方向有關，后者由于出口膨脹效應將引起垂直于流動方向的應力作用。

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

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

對于這種情況的解釋還可設想結晶型聚合物有一種結晶模型，結晶過程中形成堆積式位移，使晶格在滑動面上進一步堆積發(fā)生困難，于是產(chǎn)生了反應力，其大小等于保持晶格位移結構所需的應力，而且這種晶格位移結構是在沒有應力的非平衡狀態(tài)下形成的。這就是對“形變-誘導內應力”位移機理的解釋，但它不適用非結晶聚合物。

內應力與制品質量的關系

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

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

降低澆口處溫度，增加緩冷時間，有利于改善制品中應力不均的狀況，使機械性能均一。對結晶型聚合物，拉伸強度都表現(xiàn)出各向異性的特點。

熔體溫度的提高，不論對結晶型還是非結晶型聚合物都會導致拉伸強度的降低，但二者機理卻不一樣：前者是由于結晶度降低而影響的;后者是通過取向作用而影響。

沖擊強度

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

這是因為沖擊強度，主要由聚合物加工過程形成的內應力(取向應力、溫度應力、形變-誘導應力)所決定。

制品收縮

收縮過程

注塑制品在成型過程的收縮可分3個階段。

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，這時熔體的補償能力主要取決于保壓壓力的大小和維持向模內傳遞的時間。

第二階段是從澆口凝固開始至脫模的冷卻階段。這個階段再無熔體進入模腔內，制品的重量不會再改變，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。例如對聚甲醛制品。當模具溫度80℃ 40℃時，則收縮率為 5%。

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

3、注射壓力可適當提高。例如，對聚甲醛制品，當注射壓力為78Mpa 9.8Mpa時，則收縮率為 5%。

4、適當提高注射速率。

5、保壓時間要設定長些。

6、適當?shù)卦黾永鋮s時間。

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，充摸流動穩(wěn)定，有利于減少收縮。

3、對于結晶型聚合物提供減少結晶度和穩(wěn)定結晶度的條件，對非結晶型聚合物要創(chuàng)造減少解取向的因素。

4、選擇吸濕性小的聚合物，通過干燥、降低水分，可減少收縮。

5、選用流動性好，熔體指數(shù)低的聚合物。

6、選用有增強填料的復合材料，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計合理，選擇膨脹系數(shù)小的模具材料。

2、澆口截面積適當加大，有助于減少收縮。

3、縮短內流道，減少流長比，有利于補縮。