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A 、內(nèi)應(yīng)力產(chǎn)生的機(jī)理
塑料內(nèi)應(yīng)力是指在塑料熔融加工過(guò)程中由于受到大分子鏈的取向和冷卻收縮等因素而產(chǎn)生的一種內(nèi)在應(yīng)力。
內(nèi)應(yīng)力的本質(zhì)為大分子鏈在熔融加工過(guò)程中形成的不平衡構(gòu)象，這種不平衡構(gòu)象在冷卻固化時(shí)不能立刻恢復(fù)到與環(huán)境條件相適應(yīng)的平衡構(gòu)象，這種不均衡構(gòu)象的實(shí)質(zhì)為一種可逆的高彈形變，而凍結(jié)的高彈形變平時(shí)以位能情勢(shì)儲(chǔ)存在塑料制品中，在合適的條件下，這種被迫的不穩(wěn)定的構(gòu)象將向自在的穩(wěn)固的構(gòu)象轉(zhuǎn)化，位能改變?yōu)閯?dòng)能而開釋。
當(dāng)大分子鏈間的作用力和相互纏結(jié)力蒙受不住這種動(dòng)能時(shí)，內(nèi)應(yīng)力平衡即受到破壞，塑料制品就會(huì)產(chǎn)生應(yīng)力開裂及翹曲變形等現(xiàn)象。
B、塑料內(nèi)應(yīng)力產(chǎn)生的起因
(1)取向內(nèi)應(yīng)力
取向內(nèi)應(yīng)力是塑料熔體在流動(dòng)充模和保壓補(bǔ)料過(guò)程中，大分子鏈沿流動(dòng)方向排列定向構(gòu)象被凍結(jié)而產(chǎn)生的一種內(nèi)應(yīng)力。
取向應(yīng)力產(chǎn)生的詳細(xì)過(guò)程為：近流道壁的熔體因冷卻速度快而造成外層熔體粘度增高，從一而使熔體在型腔核心層流速遠(yuǎn)高于表層流速，導(dǎo)致熔體內(nèi)部層與層之間受到剪切應(yīng)力作用，產(chǎn)生沿流動(dòng)方向的取向。
取向的大分子鏈解凍在塑料制品內(nèi)也就象征著其中存在未松弛的可逆高彈形變，所以說(shuō)取向應(yīng)力就是大分子鏈從取向構(gòu)象力求過(guò)渡到無(wú)取向構(gòu)象的內(nèi)力。用熱處理的方式，可降低或排除塑料制品內(nèi)的取向應(yīng)力。
塑料制品的取向內(nèi)應(yīng)力分布為從制品的表層到內(nèi)層越來(lái)越小，并呈拋物線變化。
(2)冷卻內(nèi)應(yīng)力
冷卻內(nèi)應(yīng)力是塑料制品在熔融加工過(guò)程中因冷卻定型時(shí)收縮不均勻而產(chǎn)生的一種內(nèi)應(yīng)力。尤其是對(duì)厚壁塑料制品，塑料制品的外層首先冷卻凝固收縮，其內(nèi)層可能仍是熱熔體，這徉芯層就會(huì)限度表層的收縮，導(dǎo)致芯層處于壓應(yīng)力狀況，而表層處于拉應(yīng)力狀態(tài)。
塑料制品冷卻內(nèi)應(yīng)力的分布為從制品的表層到內(nèi)層越來(lái)越大，并也呈拋物線變更.。
另外，帶金屬嵌件的塑料制品，因?yàn)榻饘倥c塑料的熱脹系數(shù)相差較大，容易形成收縮不一平勻的內(nèi)應(yīng)力。
除上述兩種重要內(nèi)應(yīng)力外,還有以下多少種內(nèi)應(yīng)力：對(duì)結(jié)晶塑料制品而言，其制品內(nèi)部各部位的結(jié)晶構(gòu)造跟結(jié)晶度不同也會(huì)發(fā)生內(nèi)應(yīng)力。另外還有構(gòu)型內(nèi)應(yīng).力及脫模內(nèi)應(yīng)力等，只是其內(nèi)應(yīng)力聽占比重都很小。
C、影響塑料內(nèi)應(yīng)力產(chǎn)生的因素
(1)分子鏈的剛性
分子鏈剛性越大，熔體粘度越高，聚合物分子鏈運(yùn)動(dòng)性差，因而對(duì)于產(chǎn)生的可逆高彈形變恢復(fù)性差，易產(chǎn)生殘余內(nèi)應(yīng)力口例如，一些分子鏈中含有苯環(huán)的聚合物，如PC、PPO、PPS等，其相應(yīng)制品的內(nèi)應(yīng)力偏大。
(2)分子鏈的極性
一分子鏈的極性越大，分子間相互吸引的作用力越大，從而使分子間互相挪動(dòng)艱苦增大，恢復(fù)可逆彈性形變的程度減小，導(dǎo)致殘余內(nèi)應(yīng)力大。例如，一些分子鏈中含有羰基、酯基、睛基等極性基團(tuán)的塑料種類，其相應(yīng)制品的內(nèi)應(yīng)力較大。
(3)代替基團(tuán)的位阻效應(yīng)
大分子側(cè)基取代基團(tuán)的體積越大，則妨害大分子鏈自由活動(dòng)導(dǎo)致殘余內(nèi)應(yīng)力加大。例如，聚苯乙烯取代基團(tuán)的苯基體積較大，因而聚苯乙烯制品的內(nèi)應(yīng)力較大。
D、塑料內(nèi)應(yīng)力降低與疏散的把持
(1)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)程度增添，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，輕易首先造成微觀撕裂，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)等于應(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禁止裂紋擴(kuò)大，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球粒外沿可形成關(guān)閉的空化區(qū)，也可適當(dāng)降低內(nèi)應(yīng)力。
④加強(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,偉哥價(jià)格，這是因?yàn)槔w維纏結(jié)了良多大分子鏈，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)晶性塑料中參加相宜的成核劑，可以在其制品中形成很多小的球晶，使內(nèi)應(yīng)力降低并得到分散。
(2)成型加工前提的節(jié)制
在塑料制品的成型過(guò)程中，凡能減小制品中聚合物分子取向的成型因素都可能降低取向應(yīng)力；但凡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，粘度降落，流動(dòng)性增加，在熔體充斥型腔過(guò)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(guò)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足，脫模時(shí)易造成變形，固然取向應(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
模具溫度的高下對(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(guò)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(guò)低，熔體進(jìn)入模其后，溫度降低加快，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，越有利于晶粒堆砌嚴(yán)密，晶體內(nèi)部的缺點(diǎn)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，其模溫請(qǐng)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，熔體充模進(jìn)程中所受剪切作使勁大，產(chǎn)生取向應(yīng)力的機(jī)遇也較大。因而，為了降低取向應(yīng)力和打消脫模應(yīng)力，應(yīng)適當(dāng)降低打針壓力。.
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，跟著熔體溫度的降低，熔體粘度敏捷增加，此時(shí)若施以高壓，必定導(dǎo)致分子鏈的逼迫取向，從而形成更大的取向應(yīng)力。
⑤注射速度
注射速度越快，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。但注射速渡過(guò)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，在速度逐步減小下停止充模。
⑥保壓時(shí)間
保壓時(shí)間越長(zhǎng)，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(zhǎng)和補(bǔ)料量增長(zhǎng)而明顯增大。
⑦開模殘余壓力
應(yīng)適當(dāng)調(diào)劑注射壓力和保壓時(shí)間，使開模時(shí)模內(nèi)的殘余壓力瀕臨于大氣壓力，從而避免產(chǎn)生更大的脫模內(nèi)應(yīng)力。
⑶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)遵守這樣的準(zhǔn)則：制品形狀應(yīng)盡可能堅(jiān)持持續(xù)性，防止銳角、直角、缺口及忽然擴(kuò)展或縮小。
對(duì)于塑料制品的邊沿處應(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)制品形狀而肯定。
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)成壁厚盡可能勻稱的制件，如必需壁厚不平均，則要進(jìn)行壁厚差別的漸變過(guò)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，因此帶金屬嵌件的塑料制品在冷卻時(shí)，兩者構(gòu)成的收縮水平不同，因塑料的壓縮比擬大而牢牢抱住金屬嵌件，在嵌件四周的塑料內(nèi)層受壓應(yīng)力，而外層受拉應(yīng)力作用，產(chǎn)生應(yīng)力集中景象。
在詳細(xì)設(shè)汁嵌件時(shí)，應(yīng)留神如下幾點(diǎn)，以輔助減小或消除內(nèi)應(yīng)力：
a.盡可能抉擇塑料件作為嵌件。
b.盡可能取舍與塑料熱膨脹系數(shù)相差小的金屬材料做嵌件資料，如鋁、鋁合金及銅等。
c.在金屬嵌件上涂覆一層橡膠或聚氨酯彈性緩沖層，并保障成型時(shí)涂覆層不融化，可降低兩者收縮差。
d.對(duì)金屬嵌件進(jìn)行名義脫脂化處理，能夠避免油脂加速制品的應(yīng)力開裂。
e.金屬嵌件進(jìn)行適當(dāng)?shù)念A(yù)熱處理。
f.金屬嵌件周圍塑料的厚度要充分。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。
g.金屬嵌件應(yīng)設(shè)計(jì)成油滑形狀，最好帶精巧的滾花紋。
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，其中卵形孔的效果最好，并應(yīng)使橢圓形孔的長(zhǎng)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央銜接線平行于外力作用方向，這樣可 以獲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。
⑷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(guò)大的澆口將須要較長(zhǎng)的保壓補(bǔ)料時(shí)間，在降溫過(guò)程中的補(bǔ)料流動(dòng)一定會(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。
恰當(dāng)縮小澆口尺寸，可縮短保壓補(bǔ)料時(shí)光，下降澆口凝封時(shí)模內(nèi)壓力，從而降低取向應(yīng)力。但過(guò)小的澆口將導(dǎo)致充模時(shí)間延伸，造成制品缺料。
②澆口的地位
澆口的位置決議廠塑料熔體在模腔內(nèi)的流動(dòng)情形、流動(dòng)間隔和流動(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(zhǎng)，產(chǎn)生取向應(yīng)力的幾率越大。為此，對(duì)于壁厚、長(zhǎng)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，因?yàn)闈部谒闹転閮?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，可減小熔體的壓力喪失和溫度降，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冷卻體系的設(shè)計(jì)
冷卻水道的散布要公道，使?jié)部卩徑㈤焺e澆口區(qū)、壁厚處、壁薄處都得到平均且遲緩的冷卻，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，以預(yù)防強(qiáng)行脫模產(chǎn)生脫模應(yīng)力。
E、塑料應(yīng)力的檢測(cè)方法
１．溶濟(jì)法
⑴醋酸沉浸
所使用的乙酸（CH3COOH）必須是95%以上的乙酸且反復(fù)使用次數(shù)不得超過(guò)10次測(cè)試．
①表面應(yīng)力測(cè)試：將乙酸（冰醋酸）倒入玻璃器皿中，將產(chǎn)品完全浸在乙酸里，時(shí)間為30秒。30秒后用夾子將樣品取出并馬上用凈水（自來(lái)水即可）沖刷清潔，察看樣品表面有無(wú)發(fā)白及裂紋。斷定：不得有任何開裂現(xiàn)象，容許表面有稍微發(fā)白。
②內(nèi)應(yīng)力測(cè)試：將表面應(yīng)力測(cè)試及格的樣品擦干后完全浸在乙酸里，時(shí)間為2分鐘。2分鐘后將樣品取出并當(dāng)即用清水（自來(lái)水即可）沖洗干凈，視察樣品有無(wú)發(fā)白及裂紋。判斷：不得有任何斷裂現(xiàn)象，許可鑲件處有輕微裂紋及表面發(fā)白現(xiàn)象。
⑵甲乙酮 丙酮沉迷法：將整機(jī)完整浸入21攝氏度的1：1的甲乙酮 丙酮的混雜液中，掏出后即時(shí)甩干，依上法檢討．
原理：根據(jù)介質(zhì)應(yīng)力決裂的現(xiàn)象，即溶濟(jì)分子滲透到樹脂的大分子之間后，降低了分子之間的彼此作用力。內(nèi)應(yīng)力大的地方在浸入前分子之間的作用力原來(lái)就有所削弱，浸入溶濟(jì)后這些減弱了的處所進(jìn)一步減弱，而引起開裂，內(nèi)應(yīng)力小的地方在短時(shí)間內(nèi)不會(huì)開裂。因此，可以從待鍍件表面開裂的時(shí)間和程度來(lái)斷定鍍件內(nèi)應(yīng)力的大小及其部位。從而斷定塑料件是否進(jìn)行電鍍。
2.儀器法
用偏振光照耀塑料制件，視彩色光帶多寡，剖析內(nèi)應(yīng)力的強(qiáng)弱，它只適用于透明的制件。偏振光法所要的儀器昂貴，操作龐雜，且正確度不高，因?yàn)橹萍幚砬昂笞兓伙@著，光譜帶上涌現(xiàn)的光帶不一定都是內(nèi)應(yīng)力的影響，如制件表面的漣漪也會(huì)影響檢驗(yàn)的成果。不外此法對(duì)制件的機(jī)能尚無(wú)任何影響，為無(wú)損檢驗(yàn)，經(jīng)檢驗(yàn)過(guò)的制件可繼承電鍍和使用。
3．溫度驟變法
這種方法是將塑料待鍍件重復(fù)受冷受熱，依據(jù)裂紋呈現(xiàn)的時(shí)間是非來(lái)評(píng)定內(nèi)應(yīng)力的大小。它實(shí)用于各類塑料成形件。溫度驟變法所要的裝備簡(jiǎn)略，然而測(cè)驗(yàn)時(shí)間較長(zhǎng)。經(jīng)檢修后的塑料件已被損壞，不能持續(xù)應(yīng)用。
F、塑料制品應(yīng)力的去除處理
塑料制品的熱處理是指將成型制品在必定溫度下停留一段時(shí)間而消除內(nèi)應(yīng)力的辦法。讓制件在一定的溫度下,恒溫?cái)?shù)小時(shí),使其內(nèi)局部子從新排列從而到達(dá)減少或清除內(nèi)應(yīng)力的目標(biāo).
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)制凍結(jié)的處于不穩(wěn)定的高彈形變?nèi)〉媚芰慷M(jìn)行熱松弛，從而降低或基礎(chǔ)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)間取決于塑料品種、制件厚度、熱處理溫度和注塑條件。
個(gè)別厚度的制件，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(zhǎng)。提高熱處理溫度和延長(zhǎng)熱處理時(shí)間存在類似的效果，但溫度的后果更顯明些。
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，或放入空氣輪回烘箱中加熱到指定溫度，并在該溫度下停留一定時(shí)間，而后緩慢冷卻到室溫。試驗(yàn)表明，脫模后的制件立刻進(jìn)行熱處理，對(duì)降低內(nèi)應(yīng)力、改良制件性能的效果更明顯。此外，提高模具溫度，延長(zhǎng)制件在模內(nèi)冷卻時(shí)間，脫模落后行保溫處理都有相似熱處理的作用。
常用塑料件的熱處理溫度
ABS塑料件 65-------75℃ 聚丙稀 80-----100℃
氯化聚醚 80------120℃ 聚甲醛 90------120℃
聚碳酸脂 110-----130℃ 聚砜 100-----120℃
改性聚苯乙烯 50--------60℃ 聚苯醚 100-----120℃
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