塑料內(nèi)應(yīng)力的降低與分散

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內(nèi)容簡介：1.原料配方設(shè)計(jì) 2.成型加工條件的控制 3.塑料制品的熱處理 4.塑料制品的設(shè)計(jì) 5.塑料模具的設(shè)計(jì)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)程度增加，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，容易首先形成微觀撕裂，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)即是應(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。 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阻止裂紋擴(kuò)展，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球粒外沿可形成封閉的空化區(qū)，也可適當(dāng)降低內(nèi)應(yīng)力。 4、增強(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)了很多大分子鏈，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)晶性塑料中加入適宜的成核劑，可以在其制品中形成許多小的球晶，使內(nèi)應(yīng)力降低并得到分散。二、成型加工條件的控制 在塑料制品的成型過程中，凡是能減小制品中聚合物分子取向的成型因素都能夠降低取向應(yīng)力；凡是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，粘度下降，流動(dòng)性增加，在熔體充滿型腔過程中，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分，脫模時(shí)易造成變形，雖然取向應(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 模具溫度的高低對(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，溫度下降加快，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，越有利于晶粒堆砌緊密，晶體內(nèi)部的缺陷減小或消除，從而減少內(nèi)應(yīng)力。另外，對(duì)于不同厚度塑料制品，其模溫要求不同。對(duì)于厚壁制品其模溫要適當(dāng)高一些。 3、 注射壓力 注射壓力高，熔體充模過程中所受剪切作用力大，產(chǎn)生取向應(yīng)力的機(jī)會(huì)也較大。因此，為了降低取向應(yīng)力和消除脫模應(yīng)力，應(yīng)適當(dāng)降低注射壓力。 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，隨著熔體溫度的降低，熔體粘度迅速增加，此時(shí)若施以高壓，必然導(dǎo)致分子鏈的強(qiáng)迫取向，從而形成更大的取向應(yīng)力。 5 、注射速度 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。但注射速度過低，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，在速度逐漸減小下結(jié)束充模。 6、保壓時(shí)間 保壓時(shí)間越長，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)間延長和補(bǔ)料量增加而顯著增大。 7 、模殘余壓力 應(yīng)適當(dāng)調(diào)整注射壓力和保壓時(shí)間，使開模時(shí)模內(nèi)的殘余壓力接近于大氣壓力，從而避免產(chǎn)生更大的脫模內(nèi)應(yīng)力。三、塑料制品的熱處理 塑料制品的熱處理是指將成型制品在一定溫度下停留一段時(shí)間而消除內(nèi)應(yīng)力的方法。熱處理是消除塑料制品內(nèi)取向應(yīng)力的最好方法。 對(duì)于高聚物分子鏈的剛性較大、玻璃化溫度較高的注塑件；對(duì)壁厚較大和帶金屬嵌件的制件；對(duì)使用溫度范圍較寬和尺寸精度要求較高的制件；時(shí)內(nèi)應(yīng)力較大而又不易自消的制件以及經(jīng)過機(jī)械加工的制件都必須進(jìn)行熱處理。 對(duì)制件進(jìn)行熱處理，可以使高聚物分子由不平衡構(gòu)象向平衡構(gòu)象轉(zhuǎn)變，使強(qiáng)迫凍結(jié)的處于不穩(wěn)定的高彈形變獲得能量而進(jìn)行熱松弛，從而降低或基本消除內(nèi)應(yīng)力。常采用的熱處理溫度高于制件使用溫度10～20℃或低于熱變形溫度5～10℃。熱處理時(shí)間取決于塑料種類、制件厚度、熱處理溫度和注塑條件。一般厚度的制件，熱處理1～2小時(shí)即可，隨著制件厚度增大，熱處理時(shí)間應(yīng)適當(dāng)延長。提高熱處理溫度和延長熱處理時(shí)間具有相似的效果，但溫度的效果更明顯些。 熱處理方法是將制件放入水、甘油、礦物油、乙二醇和液體石蠟等液體介質(zhì)中，或放入空氣循環(huán)烘箱中加熱到指定溫度，并在該溫度下停留一定時(shí)間，然后緩慢冷卻到室溫。實(shí)驗(yàn)表明，脫模后的制件立即進(jìn)行熱處理，對(duì)降低內(nèi)應(yīng)力、改善制件性能的效果更明顯。此外，提高模具溫度，延長制件在模內(nèi)冷卻時(shí)間，脫模后進(jìn)行保溫處理都有類似熱處理的作用。 盡管熱處理是降低制件內(nèi)應(yīng)力的有效辦法之一，但熱處理通常只能將內(nèi)應(yīng)力降低到制件使用條件允許的范圍，很難完全消除內(nèi)應(yīng)力。對(duì)PC制件進(jìn)行較長時(shí)間的熱處理時(shí)，PC分子鏈有可能進(jìn)行有序的重排，甚至結(jié)晶，從而降低沖擊韌性，使缺口沖擊強(qiáng)度降低。因而，不應(yīng)把熱處理作為降低制件內(nèi)應(yīng)力的唯一措施。四、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)遵循這樣的原則：制品外形應(yīng)盡可能保持連續(xù)性，避免銳角、直角、缺口及突然擴(kuò)大或縮小。 對(duì)于塑料制品的邊緣處應(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)制品形狀而確定。 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)成壁厚盡可能均勻的制件，如必須壁厚不均勻，則要進(jìn)行壁厚差異的漸變過渡。 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，因而帶金屬嵌件的塑料制品在冷卻時(shí)，兩者形成的收縮程度不同，因塑料的收縮比較大而緊緊抱住金屬嵌件，在嵌件周圍的塑料內(nèi)層受壓應(yīng)力，而外層受拉應(yīng)力作用，產(chǎn)生應(yīng)力集中現(xiàn)象。 在具體設(shè)汁嵌件時(shí)，應(yīng)注意如下幾點(diǎn)，以幫助減小或消除內(nèi)應(yīng)力。 （1） 盡可能選擇塑料件作為嵌件。 （2） 可能選擇與塑料熱膨脹系數(shù)相差小的金屬材料做嵌件材料，如鋁、鋁合金及銅等。 （3） 金屬嵌件上涂覆一層橡膠或聚氨酯彈性緩沖層，并保證成型時(shí)涂覆層不熔化，可降低兩者收縮差。 （4） 金屬嵌件進(jìn)行表面脫脂化處理，可以防止油脂加速制品的應(yīng)力開裂。 （5） 屬嵌件進(jìn)行適當(dāng)?shù)念A(yù)熱處理。 （6） 屬嵌件周圍塑料的厚度要充足。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。 （7） 屬嵌件應(yīng)設(shè)計(jì)成圓滑形狀，最好帶精致的滾花紋。 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，其中橢圓形孔的效果最好，并應(yīng)使橢圓形孔的長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心連接線平行于外力作用方向，這樣可以取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。五、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 過大的澆口將需要較長的保壓補(bǔ)料時(shí)間，在降溫過程中的補(bǔ)料流動(dòng)必定會(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。 適當(dāng)縮小澆口尺寸，可縮短保壓補(bǔ)料時(shí)間，降低澆口凝封時(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)間延長，造成制品缺料。 2、澆口的位置 澆口的位置決定廠塑料熔體在模腔內(nèi)的流動(dòng)情況、流動(dòng)距離和流動(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，產(chǎn)生取向應(yīng)力的幾率越大。為此，對(duì)于壁厚、長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，由于澆口附近為內(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。3、流道的設(shè)計(jì) 設(shè)計(jì)短而粗的流道，可減小熔體的壓力損失和溫度降，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、 冷卻系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 冷卻水道的分布要合理，使?jié)部诟浇?、遠(yuǎn)離澆口區(qū)、壁厚處、壁薄處都得到均勻且緩慢的冷卻，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，以防止強(qiáng)行脫模產(chǎn)生脫模應(yīng)力。華南注塑技術(shù)顧問公司原創(chuàng) 轉(zhuǎn)載請(qǐng)注明http://www.inj.cn/News_View.asp?NewsID=1739