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专题论述

注塑制品内应力的产生及影响因素

发布时间:2022/11/10 14:19:36 来源:聚烯烃人

在注塑加工过程中,注塑制品存在着一个内在的质量问题——内应力。内应力的来源与所使用的塑料原料种类、注塑机的类型与塑化系统的结构、模具的结构及精度、塑料制品的结构、注塑成型的工艺参数的设定及控制、生产环境及操作者的状态等有关。其中任何一项出现问题,都将影响到制品的质量。

而且,由于制品的表面质量是内在质量的反映,所以,凡是能引起制品内在质量的因素,都能同时引起制品的表面质量及其他质量问题,如引起制品的开裂、银纹、翘曲、变形、力学强度降低,甚至失去使用价值等问题。

由于注塑过程中,除了引起制品翘曲变形的内应力可以直观感觉到外,其它质量问题不但用肉眼看不到,而且在短时间内也没有表露出来。所以注塑加工现场的工程人员对于这个问题一般不很重视,但是却可能存在着很大的质量隐患。所以,本文针对内应力这个内在的质量问题展开分析,并提出控制的一些方法,希望对现场控制产品质量的工程人员有所帮助和启示。

1、内应力产生

在注塑制品中,各处局部应力状态是不同的,制品变形程度将决定于应力分布。如果制品在冷却时。存在温度梯度,则这类应力会发展,所以这类应力又称为“成型应力”。

注塑制品的内应力包两种:一种是注塑制品成型应力,另一种是温度应力。当熔体进入温度较低的模具时,靠近模腔壁的熔体讯速地冷却而固化,于是分子链段被“冻结”。由于凝固的聚合物层,导热性很差,在制品厚度方向上产生较大的温度梯度。制品心部凝固相当缓慢,以致于当浇口封闭时,制品中心的熔体单元还未凝固,这时注塑机又无法对冷却收缩进行补料。

这样制品内部收缩作用与硬皮层作用方向是相反的;心部处于静态拉伸而表层则处于静态压缩。

在熔体充模流动时,除了有体积收缩效应引起的应力外。还有因流道,浇口出口的膨胀效应而引起的应力;前一种效应引起的应力与熔体流动方向有关,后者由于出口膨胀效应将引起在垂直于流动方向应力作用。

2、影响应力的工艺因素

(1)向应力的影响在速冷条件下,取向会导致聚合物内应力的形成。由于聚合物熔体的粘度高,内应力不能很快松驰,影响制品的物理性能和尺寸稳定性。

各参数对取向应力的影响:

熔体温度,熔体温度高,粘度低,剪切应力降低取向度减小;另一方面由于熔体温度高会使应力松驰加快,促使解取向能力加强。

可是在不改变注塑机压力的情况下,模腔压力会增大,强剪切作用又导致取向应力的提高。

在喷嘴封闭以前,延长保压时间,会导致取向应力增加。

提高注射压力或保压压力,会增大取向应力

模具温度高可保证制品缓慢冷却,起到解取向作用。

增加制品厚度使取向应力降低,因为厚壁制品冷却时慢,粘度提高慢,应力松驰过程的时间长,所以取向应力小。

(2)对温度应力的影响

如上所述由于在充模时熔体和型壁之间温度梯度很大,先凝固的外层熔体要助止后凝固的内层熔体的收缩,结果在外层产生压应力(收缩应力),内层产生拉应力(取向应力)。

如果充模后又在保压压力的作用下持续较长时间,聚合物熔体又补入模腔中,使模腔压力提高,此压力会改变由于温度不均而产生的内应力。但在保压时间短,模腔压力又较低的情况下,制品内部仍会保持原来冷却时的应力状态。

如果在制品冷却初期模腔压力不足时,制品的外层会因凝固收缩而形成凹陷;如果在制品已形成冷硬层的后期模腔压力不足时,制品的内层会因收缩而分离,或形成空穴;如果在浇口封闭前维持模腔压力,有利于提高制品密度,消除冷却温度应力,但是在浇口附近会产生较大的应力集中。

由此看来热塑性聚合物在成型时,模内压力越大保压时间越长,有助于温度所产生的收缩应力的减小反之会使压缩应力增大。

3、内应力与制品质量的关系

制品中内应力的存在会严重影响制品的力学性质和使用性能;由于制品内应力的存在和分布不均,制品在使用过程中会发生裂纹。在玻璃化温度以下使用时,常发生不规则的变形或翘曲,还会引起制品表面“泛白”,浑浊,光学性质变坏。

设法降低浇口处温度,增加缓冷时间,有利于改善制品的应力不均,使制品的机械性能均一。

不管对结晶型聚合物还是非结晶型聚合物,拉伸强度都表现出各向异向的特点。对非结晶型聚合物拉伸强度会因浇口的们置而异;当浇口与充模方向一致时,拉伸强度随熔体温度提高而降低;当浇口与充模方向垂直时,拉伸强度随熔体温度的提高而增加。

由于熔体温度提高导致解取向作用加强,而取向作用减弱使拉伸强度降低。浇口的方位会通过影响料流的方向来影响取向,又由于非结晶型聚合物比结晶型聚合物的各向异性表现的强烈,所以在垂直于流动方向上的拉伸强度前者比后者大。低温注射比高温注射有更大的力学各向异性,如注射温度高时,垂直方向与流动方向的强度比为1.7,注射温度低时为2 。

由此看来,熔体温度的提高,不论对结晶型聚合物还是非结晶型聚合物都会导致拉伸强度的降低,但机理却不一样;前者是由于通过取向作用降低的影响。




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