取向應(yīng)力
塑膠材料分子鏈在成型過程中由于受到高壓和高剪切力作用導(dǎo)致分子鏈發(fā)生劇烈變化,在分子未完全回復(fù)亂序及松弛的自然狀態(tài)前即遭凍結(jié),從而導(dǎo)致殘留取向應(yīng)力,尤以PC材料最為明顯,其它如PC/ABS、PSU等也存在同樣問題.這種狀況的出現(xiàn)與其分子鏈結(jié)構(gòu)有密切的關(guān)系
剪切取向應(yīng)力代表塑料加工過程中由于剪切流動造成應(yīng)力大小,它受塑膠流動速率與黏度的影響.在充填結(jié)束瞬間,由于充填體積變少,流量固定時射速增加,加上塑膠較冷,黏度較高,因此最后充填位置的剪切應(yīng)力較高,塑料可能會產(chǎn)生裂解及較高的殘留應(yīng)力產(chǎn)生位置:澆口位置--因射速快或保壓時間長而容易產(chǎn)生擠壓取向應(yīng)力;壁厚急劇變化處--(特別是由厚到薄處)會因壁薄位置剪切力強(qiáng)而產(chǎn)生擠壓取向應(yīng)力;料流充填不平衡處--會因為過度充填而造成局部擠壓而產(chǎn)生擠壓取向應(yīng)力.
收縮應(yīng)力
分子鏈在從熔融到冷卻的過程中,因為產(chǎn)品壁厚或者冷卻水路的差別而導(dǎo)致冷卻溫度的不均勻,從而導(dǎo)致不同溫度部位的收縮不同,那在收縮率不同部位,界面之間會因為拉伸剪切而產(chǎn)生殘留應(yīng)力產(chǎn)生位置:主要發(fā)生在壁厚不均之產(chǎn)品上.壁厚變化劇烈的位置,由于熱量散發(fā)不均勻,所以容易產(chǎn)生不同的。
收縮取向
影響應(yīng)力產(chǎn)生的主要因素:
產(chǎn)品結(jié)構(gòu):尖角的存在,容易導(dǎo)致在該位置應(yīng)力集中的情況發(fā)生.當(dāng)受到外力沖擊或溶劑誘導(dǎo)作用時就會產(chǎn)生應(yīng)力開裂.
壁厚分布不均勻,也會導(dǎo)致應(yīng)力的產(chǎn)生.在壁厚產(chǎn)生變化的區(qū)域,會因為厚度變化而產(chǎn)生剪切速度的變化,從而會導(dǎo)致應(yīng)力的發(fā)生.
模具結(jié)構(gòu):澆口大小及位置的設(shè)置不合適也會導(dǎo)致料流填充不平衡,局部位置可能會過度充填,產(chǎn)生較大擠壓剪切應(yīng)力,造成類似保壓過大所造成的應(yīng)力.
成型參數(shù):
射出速度:提高射出速度,可降低分子鏈取向程度,有利于降低殘留應(yīng)力.
射出壓力:射出壓力過大,容易導(dǎo)致局部壓力過大而產(chǎn)生應(yīng)力;但是射出壓力太低,則不能達(dá)到所設(shè)定的射出速度,還會因為料流冷卻而加大剪切,導(dǎo)致分子鏈取向應(yīng)力增大,同樣會有較大殘留應(yīng)力.
保壓壓力與時間:保壓過度和時間過長都會增大澆口處的分子取向而產(chǎn)生較大殘留應(yīng)力。
模具溫度:模具溫度太低,會導(dǎo)致應(yīng)力不能及時釋放而殘留。
熔融溫度:提高成型溫度,會降低塑料材料的黏度而降低分子鏈的取向應(yīng)力,從而降低殘留應(yīng)力。
以上成型條件在應(yīng)力影響方面相互制約,所以成型時針對殘留應(yīng)力的調(diào)整需要綜合各方面的情況。
應(yīng)力的危害:
開裂:因為應(yīng)力的存在,在受到外界作用后(如移印時接觸到化學(xué)溶劑或者烤漆后端時高溫烘烤),會誘使應(yīng)力釋放而在應(yīng)力殘留位置開裂。開裂主要集中在澆口處或過度填充處。
翹曲及變形:因為殘留應(yīng)力的存在,因此產(chǎn)品在室溫時會有較長時間的內(nèi)應(yīng)力釋放或者高溫時出現(xiàn)短時間內(nèi)殘留應(yīng)力釋放的過程,同時產(chǎn)品局部存在位置強(qiáng)度差,產(chǎn)品就會在應(yīng)力殘留位置產(chǎn)生翹曲或者變形問題。
產(chǎn)品尺寸變化:因為應(yīng)力的存在,在產(chǎn)品放置或后處理的過程中,如果環(huán)境 達(dá)到一定的溫度,產(chǎn)品就會因應(yīng)力釋放而發(fā)生變化。
應(yīng)力的消除方法:
熱處理:升高溫度,使之達(dá)到可使塑件分子鏈活動的程度,讓被凍結(jié)的分子鏈經(jīng)升溫后松弛產(chǎn)生亂序,從而達(dá)到消除殘留應(yīng)力的目的。
方式包括烘箱熱處理和遠(yuǎn)紅外加熱處理:
烘箱熱處理:主要用于非結(jié)晶性材料,烘箱溫度達(dá)到或者接近其熱變形溫度即可,對于結(jié)晶性材料,烘箱溫度只要比其使用溫度高10~20度即可,因為如果太高會導(dǎo)致后結(jié)晶的產(chǎn)生 ,使產(chǎn)品的尺寸產(chǎn)生變化。
此方式的缺點是在于烘箱溫度如果不均勻,就會導(dǎo)致應(yīng)力消除不均勻,從而導(dǎo)致翹曲的產(chǎn)生。遠(yuǎn)紅外加熱的要點在于根據(jù)不同的材料選擇合適的加熱遠(yuǎn)紅外線頻率,其優(yōu)點在于加熱非常均勻;缺點在于需要儀器及專業(yè)知識。
模具設(shè)計及成型控制:在模具設(shè)計中,要注意避免尖角的存在而形成應(yīng)力集中,要注意水路設(shè)計,保證冷卻均勻,避免因為冷卻不均而產(chǎn)生局部收縮應(yīng)力,還要注意澆口位置的放置,避免流程太長導(dǎo)致不同位置壓力傳遞不同,而產(chǎn)生不同收縮程度導(dǎo)致應(yīng)力翹曲變形。