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(上) |RR.  Y *m|&  在注塑加工過程中，注塑制品存在著一個內(nèi)在的質(zhì)量問題-內(nèi)應(yīng)力。內(nèi)應(yīng)力的來源與所使用的塑料原料種類、注塑機的類型與塑化系統(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)。其中任何一項出現(xiàn)問題，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，都能同時引起制品的表面質(zhì)量及其他質(zhì)量問題，如引起制品的開裂、銀紋、翹曲、變形、力學(xué)強度降低，甚至失去使用價值等問題。 6V4%xY F! &

2、#160;由于注塑過程中，除了引起制品翹曲變形的內(nèi)應(yīng)力可以直觀感覺到外，其它質(zhì)量問題不但用肉眼看不到，而且在短時間內(nèi)也沒有表露出來。所以注塑加工現(xiàn)場的工程人員對于這個問題一般不很重視，但是卻可能存在著很大的質(zhì)量隱患。所以，本文針對內(nèi)應(yīng)力這個內(nèi)在的質(zhì)量問題展開分析，并提出控制的一些方法，希望對現(xiàn)場控制產(chǎn)品質(zhì)量的工程人員有所幫助和啟示。 3j(pw<cU  一、內(nèi)應(yīng)力的種類及產(chǎn)生原因 4x tE3  注塑制品的內(nèi)應(yīng)力主要有以下四種： VK,%  1、溫度應(yīng)力：是制品冷卻時溫度不均產(chǎn)生的應(yīng)力。當(dāng)熔體進(jìn)入溫度較低的模具時，靠近模腔壁的熔體迅速地冷卻而固化。由于凝固的

3、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。 ;Z7>YxC  2、取向應(yīng)力：是制品內(nèi)部大分子取向產(chǎn)生的應(yīng)力。對于線形樹脂和纖維增強的塑料，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不及松弛，則在該方向上產(chǎn)生了取向應(yīng)力。 B>d+"GlU  3、收縮應(yīng)力：注塑過程中，塑料分子本身的平衡狀態(tài)受到破壞，并產(chǎn)生

4、不平衡體積時的應(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。 OTH :B9&Y  4、脫模應(yīng)力：脫模時制品變形產(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。 adGyz%'  以上2至4類應(yīng)力可以歸納為成型應(yīng)力，是成型過程產(chǎn)生的應(yīng)力。一般注塑制品中同時都存在幾種應(yīng)力，制品的破壞，是由幾種應(yīng)力共同作用的結(jié)果。 A#m62O  二、內(nèi)應(yīng)力對注塑制品的影響 Lr9d&B5  制品中內(nèi)應(yīng)力的存在會嚴(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光、熱以及腐蝕介質(zhì)的

5、抵抗能力。同時，制品在使用過程中將出現(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。 >y&&A!y  三、內(nèi)應(yīng)力的控制 0d5dbu  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，塑件表面就會產(chǎn)生變形、泛白、裂紋及破裂等現(xiàn)象。 "q<qnDr8S  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，因為澆口處的成型壓力相對其他部位要高一些，尤其是主流道為直接澆口時更是如此。當(dāng)塑件的壁厚不均勻，熔料的冷卻速度不一致時，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導(dǎo)

6、致聚合物內(nèi)應(yīng)力的形成，等等。由此，可以通過減少制品殘余應(yīng)力來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。 gdBhpl          1、減小取向應(yīng)力的影響 #dIz:tQ        a、提高熔體溫度，使剪切應(yīng)力降低，分子取向度減??；另一方面會使應(yīng)力松馳加快，促使解取向能力加強。但有的材料成形溫度范圍窄，提高料溫時可能出現(xiàn)分解，從而影響制品的抗衡力，會使制品開裂。 AR>O(O0,6  |'X,C2I  b

7、、盡量減短保壓時間，以減小取向應(yīng)力。 P,M9.71  c、減小注射壓力或保壓壓力，會使取向應(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)得過大，會造成制品內(nèi)部產(chǎn)生大的應(yīng)變。結(jié)果，有些制品很快就開裂了，有些制品在存放一段時間后慢慢出現(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裂時，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，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。 k(ovmxz#s  d、提高模具溫度，使解取向作用加強。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，或因模溫過高使塑料

8、難以固化而造成脫模困難，所以要注意。相反，如果模溫太低，塑料過早冷卻，熔接縫有可能產(chǎn)生，制品容易開裂。 /B 6pZzb  e、有可能的話增加制品壁厚，使取向應(yīng)力降低。 cbv&7,  2、減小溫度應(yīng)力的影響 GQqxM)cxPJ    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，但是在澆口附近會產(chǎn)生較大的應(yīng)力集中。設(shè)法降低澆口處溫度，延長緩冷時間，有利于改善制品的應(yīng)力不均，使制品的機械性能均一。 |h W;.Q H'      熔體溫度的提高，不論對結(jié)晶型聚合物還是非結(jié)晶型聚合物都會

9、導(dǎo)致拉伸強度的降低。對非結(jié)晶型聚合物，拉伸強度會因澆口的位置而異。當(dāng)澆口與充模方向一致時，拉伸強度隨熔體溫度提高而降低；當(dāng)澆口與充模方向垂直時，拉伸強度隨熔體溫度的提高而增加。 >aqEkml?r;      3、減小收縮應(yīng)力的影響 CvtCg'Sbz  塑料制品如果在模內(nèi)散熱不好，冷熱不均（尤其對大制品而言），可能會使制品出現(xiàn)收縮差異，產(chǎn)生較大的內(nèi)應(yīng)力，而使制品開裂。因此，模具的冷卻水道的布置應(yīng)盡量平衡。 E4.O-+1  制品設(shè)計上，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，冷卻過程的收縮和結(jié)晶情形的不同

10、，力學(xué)狀態(tài)也不同。 U1DGSf05  4、減小脫模應(yīng)力的影響 *)F3?,_f  a、調(diào)整頂出裝置，如頂板、頂桿等，使之平衡動作，避免作用力先后不一或傾斜歪曲頂出。 ;+ d'O  b、型腔、型芯要有適當(dāng)?shù)拿撃Ｐ倍?。?dāng)斜度不夠時，脫模困難，制品受的機械應(yīng)力過大而開裂。 i*91bx +  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。型芯部分的加強筋、柱子等應(yīng)有足夠的光潔度，使脫模順暢。 gG<tOz&  d、采用小澆口，保壓時間短，內(nèi)應(yīng)力??；用大流道，則注射壓力低，注射時間短，內(nèi)應(yīng)力??；澆口設(shè)計

11、在制品的厚壁處，則注射壓力和保壓壓力低，內(nèi)應(yīng)力小。 h"Q:luC  e、調(diào)節(jié)好開模速度，避免高速撥模。 -4uhM)4L  f、調(diào)節(jié)好模板的平行度及平穩(wěn)性。 -;6F(,FB  g、在模面上施加適當(dāng)?shù)拿撃?，使脫模順暢?3gl.9w <  h、制品在模內(nèi)冷卻時間太短，未充分硬化即開模頂出，可能在頂桿周圍開裂。但冷卻時間過長，制品包貼在模芯上，頂出時由于脫模光潔度不夠或斜度不夠而發(fā)生頂白現(xiàn)象。 .nVM:_d  i、深腔制品應(yīng)設(shè)置適當(dāng)?shù)倪M(jìn)氣孔道，以免脫模時產(chǎn)生過大的負(fù)壓，影響塑料制品與模具的分離。必要時，通過進(jìn)氣孔道向模具和制

12、品之間吹入壓縮空氣有助于脫模。 K3%|b%  5、制品設(shè)計上應(yīng)注意問題： &5N5n+-  避免出現(xiàn)應(yīng)力開裂的尖角、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，愈容易開裂。 +HGO(0C6  當(dāng)塑料制品中帶有金屬嵌件時，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較小，通過預(yù)熱方法減小收縮差異。對于聚苯乙烯，一般不宜設(shè)置金屬嵌件。 o6uJLLq  制品設(shè)計上應(yīng)注意平滑

13、、緩過渡和勻稱。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。 24hCoRAR4  6、材料方面的控制 276'u7  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)力開裂，所以應(yīng)注意。一般非結(jié)晶型樹脂比結(jié)晶型樹脂容易產(chǎn)生殘余應(yīng)力而引起裂紋，也應(yīng)注意。 SU 6P9V  塑料再生次數(shù)太多或再生料含量太高，或料在料筒內(nèi)加熱時間太長，都會促使制品脆裂。塑料分子量每成形一次，當(dāng)降到某一數(shù)值下，其耐沖擊強度急劇降低而變脆。 DvMw'DS  有些塑料在受潮狀況下加熱，會與水汽發(fā)生催化裂化反應(yīng)，形成

14、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)生開裂。 MfdCv+  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，也是造成開裂的原因。 Dx 7C>.l  7、設(shè)備方面要注意的問題 Suk?H*  a、注塑機塑化容量要適中。即使是相熔性良好的塑料，如果在機筒內(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，若注塑機塑化容量太大，塑料在料筒中受剪切作用時間過長，也會老化降解，使制品變脆。 "UNZI%lT  b、  注塑

15、機料筒內(nèi)有障礙物，促使塑料降解而使制品變脆。 &*yR8!>  k5GYgZ  四、制品應(yīng)力開裂檢查和退火處理 D;Rt Ta  1、診斷方法： ''G#y0K  （1）、溶劑法： H%/ Hke  a.      PS  在室溫下用煤油處理。 n+V W" &-  b.      對PC、PS、聚砜、PPO等注塑制品，用四氯化硅溶劑處理，20秒內(nèi)若制品開裂，說明內(nèi)應(yīng)力大。 VT!0l'  c.

16、60;     POM  30%鹽酸溶液中浸30min。 3!NX J,W N  d.      ABS  浸入冰醋酸溶液中。 U;|4fk  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。 PA vxBL  f.      HDPE  在80下，用2%的洗滌劑水溶液處理。 ey?8 9Mf  （2）、儀器法：用偏振光方法可以檢測制品的內(nèi)應(yīng)力。 wsxBeN  2、熱處理方法：有開裂傾向的塑料制品，可以用退火熱處理方法來消除制品內(nèi)應(yīng)力，從而減小裂紋的生成。 A i*C7Sh  POM 空氣浴退火：140150×壁厚每增5mm即增加4060min； #E 9?SMs2        油浴退火：140150×壁厚每增5mm即增加2030min。 eN,:1DH ?A  PBT  120×12h 。 C