塑膠制品內(nèi)應(yīng)力.doc

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1、1引言注塑制品一個(gè)普遍存在的缺點(diǎn)是有內(nèi)應(yīng)力。內(nèi)應(yīng)力的存在不僅是制件在儲存和使用中出現(xiàn)翹曲變形和開裂的重要原因，也是影響制件光學(xué)性能、電學(xué)性能、物理力學(xué)性能和表觀質(zhì)量的重要因素。因此找出各種成型因素對注塑制品內(nèi)應(yīng)力影響的規(guī)律性，以便采取有效措施減少制件的內(nèi)應(yīng)力，并使其在制件斷面上盡可能均勻地分布，這對提高注塑制品的質(zhì)量具有重要意義。特別是在制件使用條件下要承受熱、有機(jī)溶劑和其他能加速制件開裂的腐蝕介質(zhì)時(shí)，減少制件的內(nèi)應(yīng)力對保證其正常工作具有更加重要的意義。此外，掌握注塑制品內(nèi)應(yīng)力的消除方法和測試方法也很有必要2內(nèi)應(yīng)力的種類高分子材料在成型過程中形成的不平衡構(gòu)象，

2、在成型之后不能立即恢復(fù)到與環(huán)境條件相適應(yīng)的平衡構(gòu)象，是注塑制品存在內(nèi)應(yīng)力的主要原因。另外，外力使制件產(chǎn)生強(qiáng)迫高彈形變也會在其中形成內(nèi)應(yīng)力。根據(jù)起因不同，通常認(rèn)為熱塑性塑料注塑制件中主要存在著四種不同形式的內(nèi)應(yīng)力。對注塑制件力學(xué)性能影響最大的是取向應(yīng)力和體積溫度應(yīng)力。2.1取向應(yīng)力高分子取向使制件內(nèi)存在著未松弛的高彈形變，主要集中在表層和澆口的附近，使這些地方存在著較大的取向應(yīng)力，用退火的方法可以消除制件的取向應(yīng)力。試驗(yàn)表明，提高加工溫度和模具溫度、降低注射壓力和注射速度、縮短注射時(shí)間和保壓時(shí)間都能在不同程度上使制件的取向應(yīng)力減小。2.2體積溫度應(yīng)力體積溫度應(yīng)力

3、是制件冷卻時(shí)不均勻收縮引起的。因內(nèi)外收縮不均而產(chǎn)生的體積溫度應(yīng)力主要靠減少制件內(nèi)外層冷卻降溫速率的差別來降低。這可以通過提高模具溫度、降低加工溫度來達(dá)到。加工結(jié)晶塑料制件時(shí)，常常因各部分結(jié)晶結(jié)構(gòu)和結(jié)晶度不等而出現(xiàn)結(jié)晶應(yīng)力。模具溫度是影響結(jié)晶過程的最主要的工藝因素，降低模具溫度可以降低結(jié)晶應(yīng)力。帶金屬嵌件的塑件成型時(shí)，嵌件周圍的料層由于兩種材料線膨脹系數(shù)不等而出現(xiàn)收縮應(yīng)力，可通過預(yù)熱嵌件降低應(yīng)力。這兩種內(nèi)應(yīng)力主要是由于收縮不均而產(chǎn)生的，也屬于體積溫度應(yīng)力。2.3與制件體積不平衡有關(guān)的應(yīng)力高分子在模腔內(nèi)凝固時(shí)，甚至在極其緩慢的條件下要使制件在脫模后立即達(dá)到其平衡體

4、積，在實(shí)際上是不可能的。實(shí)驗(yàn)測定表明，注塑制件中這種形式的內(nèi)應(yīng)力一般很小。2.4與制件頂出變形有關(guān)的內(nèi)應(yīng)力這種內(nèi)應(yīng)力主要與開模條件和模具頂出機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)有關(guān)。正確選擇開模條件使開模前的模腔壓力接近于零，根據(jù)制件的結(jié)構(gòu)和形狀設(shè)計(jì)合理的頂出機(jī)構(gòu)，使制件頂出時(shí)不致變形，是可以將這種形式的內(nèi)應(yīng)力減少到不會影響制件力學(xué)性能的限度以內(nèi)的。3影響注塑制品內(nèi)應(yīng)力的因素分析注塑制品的造型設(shè)計(jì)不合理、模具設(shè)計(jì)不合理、成型工藝條件不正確、注射機(jī)選用不當(dāng)?shù)榷紩怪破穬?nèi)存在比較大的內(nèi)應(yīng)力。影響制品內(nèi)應(yīng)力的因素很多，也很復(fù)雜。主要影響因素見下圖所示3.1造型設(shè)計(jì)3.1.1圓角塑料制品除了使

5、用上要求采用尖角外，各表面相交處應(yīng)盡可能采用圓弧過渡。由于制品形狀和截面的變化，使注塑過程中熔料在尖角處的流態(tài)發(fā)生急劇變化而產(chǎn)生大的應(yīng)力，而且殘留在尖角處。在有載荷或受沖擊振動時(shí)會發(fā)生破裂，甚至在脫模過程中即由于模塑內(nèi)應(yīng)力而開裂，特別是制品的內(nèi)圓角。一般，即使采用R為0.5mm的圓角就能使塑件強(qiáng)度大為增加。一般情況下，理想的內(nèi)圓角半徑應(yīng)有壁厚的1/4以上。外圓角半徑可取壁厚的1.5倍。采用圓弧過渡既可以減少應(yīng)力集中，還可大大改善塑料的充模特性，避免在轉(zhuǎn)角處產(chǎn)生沖擊形成波紋或充不滿模腔。塑件設(shè)計(jì)成圓角，使模具型腔對應(yīng)部位也呈圓角，這樣增加了模具的堅(jiān)固性，塑件的外

6、圓角對應(yīng)著型腔的內(nèi)圓角，它使模具在淬火或使用時(shí)不至于因應(yīng)力集中而開裂，提高了模具的使用壽命。但是在塑件的某些部位如分型面、型芯與型腔配合處等不便做成圓角而只能采用尖角。除相交表面的尖角外，尖銳的螺紋牙也是嚴(yán)重的應(yīng)力集中源，采用倒圓角的螺紋可減少應(yīng)力集中，提高螺紋強(qiáng)度。3.1.2制品壁厚制品壁厚是結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)所需要考慮的重要因素。不合理的壁厚會給制品帶來很多缺陷。增加壁厚既可改善樹脂的充模特性，又可降低取向應(yīng)力，減少變形，提高制品強(qiáng)度。但同時(shí)收縮加大，保壓和冷卻時(shí)間加長，生產(chǎn)效率降低，消耗材料多。較大的收縮應(yīng)力還將造成制品表面產(chǎn)生凹陷或內(nèi)部出現(xiàn)縮孔與氣泡，既影響外

7、觀又降低了強(qiáng)度。增加壁厚的同時(shí)也增加了制品的表面積，表面積與體積之比越大，表面冷卻越快，取向應(yīng)力和體積溫度應(yīng)力都隨之增大。如果制品壁太薄，會降低強(qiáng)度，脫模時(shí)易破裂，還有礙于樹脂的充模流動，造成填充不足或出現(xiàn)明顯的熔合紋，嚴(yán)重影響制品質(zhì)量。每種塑料根據(jù)充模能力都有一個(gè)最小壁厚。確定壁厚時(shí)在滿足強(qiáng)度要求的前提下，壁厚盡量取薄些，可節(jié)省材料，減輕制品重量，降低成本，但不能小于最小壁厚。ABS常用的標(biāo)準(zhǔn)壁厚為1.2~3.5mm。壁厚設(shè)計(jì)還應(yīng)注意均勻一致，否則將會由于收縮應(yīng)力引起制品的翹曲變形。同一制品中，若必須存在壁厚相差較大的情況時(shí)，連接處應(yīng)逐漸過渡，避免截面的突變

8、。3.1.3金屬嵌件由于金屬嵌件冷卻時(shí)