1.內(nèi)應力
(1)內(nèi)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(nèi)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(nèi)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(nèi)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(nèi)應力”位移機理的解釋,但它不適用非結晶聚合物。
(2)內(nèi)應力與制品質(zhì)量的關系
制品中內(nèi)應力的存在會嚴重影響制品的力學性質(zhì)和使用性能;由于制品內(nèi)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(nèi)應力降低制品對光、熱以及腐蝕介質(zhì)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(nèi)應力具有重要意義。但內(nèi)應力也有可利用的一面,例如可以利用取向內(nèi)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(nèi)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。
2.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(nèi)應力(取向應力、溫度應力、形變-誘導應力)所決定。
3.制品收縮
(1)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(nèi)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(nèi),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。
(2)收縮率的控制
① 注塑工藝方面
a.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%。
b.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%。
c.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%。
d.適當提高注射速率。
e.保壓時間要設定長些。
f.適當?shù)卦黾永鋮s時間。
g.控制模具的冷卻速度。
② 材料方面
a.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。
b.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。
c.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。
d.選擇吸濕性小的聚合物,通過干燥、降低水分,可減少收縮。
e.選用流動性好,熔體指數(shù)低的聚合物。
f.選用有增強填料的復合材料,可減少收縮。
③ 在模具方面
a.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。
b.澆口截面積適當加大,有助于減少收縮。例如對聚甲醛當澆口截面積為1mm2±0.2mm2時,則收縮率變化。
c.縮短內(nèi)流道,減少流長比,有利于補縮。
d.金屬嵌件使用要合理,尺寸大的嵌件要預熱。
e.模具中冷卻水孔的分布要均勻,冷卻效率要高。
④ 設備方面
要選擇具有較先進技術參數(shù)和控制性能優(yōu)越的注塑機。
a.料筒溫度及噴嘴溫度的控制系統(tǒng)要求穩(wěn)定、可靠、控制精度要高。例如用三元控制(比例-微分-積分)
b.選用塑化功能強,塑化質(zhì)量均勻的高效螺桿。
c.螺桿計量準確,精度高。
d.能根據(jù)制品與材料選擇注射壓力和注射速度的多級控制。
e.冷卻周期準確,設定合里。
f.合摸機械系統(tǒng)剛性大,合摸力足。
g.注射機油溫穩(wěn)定,壓力和流量波動范圍小。
h.模溫控制穩(wěn)定。
⑤ 制品方面
a.制品厚度在能保證所要求的強度、剛度的情況下,適當減薄。有利于減少收縮。例如聚甲醛制品,當壁厚為2mm±1mm時,則收縮變化±2%,但薄壁制品會使各向異性收縮加大。
b.制品厚度均勻會改善收縮。
c.帶有加強筋的制品可減少收縮。
d.制品幾何形狀盡量簡單對稱,可使收縮均勻。
e.邊框補強會減少收縮。
由上可知,理解制品的收縮和對其控制是十分重要的,因為這實際上是對制品幾何精度和尺寸精度的控制問題。(文章來源于網(wǎng)絡)