在注塑加工過程中,注塑制品存在着一個內在的質量問題-------內應力。內應力的來源與所使用的塑料原料種類、注塑機的類型與塑化系統的結搆、模具的結搆及精度、塑料制品的結搆、注塑成型的工藝參數的設定及控制、生產環境及操作者的狀態等有關。其中任何一項出現問題,都將影響到制品的質量。而且,由于制品的表面質量是內在質量的反映,所以,凡是能引起制品內在質量的因素,都能同時引起制品的表面質量及其他質量問題,如引起制品的開裂、銀紋、翹曲、變形、力學強度降低,甚至失去使用價值等問題。
由于注塑過程中,除了引起制品翹曲變形的內應力可以直觀感覺到外,其它質量問題不但用肉眼看不到,而且在短時間內也沒有表露出來。所以注塑加工現場的工程人員對于這個問題一般不很重視,但是卻可能存在着很大的質量隱患。所以,本文針對內應力這個內在的質量問題展開分析,并提出控制的一些方法,希望對現場控制產品質量的工程人員有所幫助和啟示。
一、內應力的種類及產生原因
注塑制品的內應力主要有以下四種:
1、溫度應力:是制品冷卻時溫度不均產生的應力。當熔體進入溫度較低的模具時,靠近模腔壁的熔體迅速地冷卻而固化。由于凝固的聚合物層導熱性很差,因而在制品厚度方向上產生較大的溫度梯度。先凝固的外層熔體要阻止后凝固的內層熔體的收縮,結果在外層產生壓應力(收縮應力),內層產生拉應力(取向應力)。另方面,因制品壁厚不均勻,冷卻速度不一致,從而產生冷卻溫度不均現象。
2、取向應力:是制品內部大分子取向產生的應力。對于線形樹脂和縴維增強的塑料,在加工中最容易產生取向應力。其結果,沿着流動方向的分子取向程度最大,在速冷條件下,如果被拉直的分子鏈來不及松弛,則在該方向上產生了取向應力。
3、收縮應力:注塑過程中,塑料分子本身的平衡狀態受到破壞,并產生不平衡體積時的應力。如結晶塑料的晶區與非晶區界面因收縮不均產生的內應力。
4、脫模應力:脫模時制品變形產生的應力。這主要是模具加工精度較差和設計不合理造成,如脫模斜度不夠,頂針數量不夠或頂出不平衡等。
以上2至4類應力可以歸納為成型應力,是成型過程產生的應力。一般注塑制品中同時都存在几種應力,制品的破壞,是由几種應力共同作用的結果。
二、內應力對注塑制品的影響
制品中內應力的存在會嚴重影響到制品的力學性能和使用性能。它的存在將降低了制品對光、熱以及腐蝕介質的抵抗能力。同時,制品在使用過程中將出現裂紋、不規則變形和翹曲,制品表面泛白、渾濁、光學性能下降等結果。
三、內應力的控制
當注塑制品內的殘余應力太高或應力分布不均時,塑件表面就會產生變形、泛白、裂紋及破裂等現象。
一般情況下,澆口附近最容易發生由殘余應力引起的裂紋及破裂,因為澆口處的成型壓力相對其他部位要高一些,尤其是主流道為直接澆口時更是如此。當塑件的壁厚不均勻,熔料的冷卻速度不一致時,由于厚薄部位的收縮量不同,也產生殘余應力。在速冷條件下,取向的分子鏈不能很快松馳會導致聚合物內應力的形成,等等。由此,可以通過減少制品殘余應力來防止或減小注塑制品產生以上缺陷。減少殘余應力的主要方法是改進澆注系統的結搆形式和調整好塑件的成型條件。
1、減小取向應力的影響
a、提高熔體溫度,使剪切應力降低,分子取向度減小;另一方面會使應力松馳加快,促使解取向能力加強。但有的材料成形溫度范圍窄,提高料溫時可能出現分解,從而影響制品的抗衡力,會使制品開裂。(待續)
作者:吳培新