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【兆恒機(jī)械】塑料內(nèi)應(yīng)力的降低與分散(改善)

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  • 添加日期:2021年07月01日

內(nèi)容簡(jiǎn)介:1.原料配方設(shè)計(jì) 2.成型加工條件的控制 3.塑料制品的熱處理 4.塑料制品的設(shè)計(jì) 5.塑料模具的設(shè)計(jì)

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一、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)程度增加,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,容易首先形成微觀撕裂,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)即是應(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阻止裂紋擴(kuò)展,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球粒外沿可形成封閉的空化區(qū),也可適當(dāng)降低內(nèi)應(yīng)力。

4、增強(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,這是因?yàn)槔w維纏結(jié)了很多大分子鏈,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)晶性塑料中加入適宜的成核劑,可以在其制品中形成許多小的球晶,使內(nèi)應(yīng)力降低并得到分散。

二、成型加工條件的控制

在塑料制品的成型過(guò)程中,凡是能減小制品中聚合物分子取向的成型因素都能夠降低取向應(yīng)力;凡是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,粘度下降,流動(dòng)性增加,在熔體充滿型腔過(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分,脫模時(shí)易造成變形,雖然取向應(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

模具溫度的高低對(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,溫度下降加快,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,越有利于晶粒堆砌緊密,晶體內(nèi)部的缺陷減小或消除,從而減少內(nèi)應(yīng)力。另外,對(duì)于不同厚度塑料制品,其模溫要求不同。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,熔體充模過(guò)程中所受剪切作用力大,產(chǎn)生取向應(yīng)力的機(jī)會(huì)也較大。因此,為了降低取向應(yīng)力和消除脫模應(yīng)力,應(yīng)適當(dāng)降低注射壓力。

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,隨著熔體溫度的降低,熔體粘度迅速增加,此時(shí)若施以高壓,必然導(dǎo)致分子鏈的強(qiáng)迫取向,從而形成更大的取向應(yīng)力。

5 、注射速度

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。但注射速度過(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,在速度逐漸減小下結(jié)束充模。

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)料量增加而顯著增大。

7 、模殘余壓力

應(yīng)適當(dāng)調(diào)整注射壓力和保壓時(shí)間,使開模時(shí)模內(nèi)的殘余壓力接近于大氣壓力,從而避免產(chǎn)生更大的脫模內(nèi)應(yīng)力。

三、塑料制品的熱處理

塑料制品的熱處理是指將成型制品在一定溫度下停留一段時(shí)間而消除內(nèi)應(yīng)力的方法。熱處理是消除塑料制品內(nèi)取向應(yīng)力的最好方法。

對(duì)于高聚物分子鏈的剛性較大、玻璃化溫度較高的注塑件;對(duì)壁厚較大和帶金屬嵌件的制件;對(duì)使用溫度范圍較寬和尺寸精度要求較高的制件;時(shí)內(nèi)應(yīng)力較大而又不易自消的制件以及經(jīng)過(guò)機(jī)械加工的制件都必須進(jìn)行熱處理。

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)迫凍結(jié)的處于不穩(wěn)定的高彈形變獲得能量而進(jìn)行熱松弛,從而降低或基本消除內(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)間取決于塑料種類、制件厚度、熱處理溫度和注塑條件。一般厚度的制件,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)間具有相似的效果,但溫度的效果更明顯些。

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,或放入空氣循環(huán)烘箱中加熱到指定溫度,并在該溫度下停留一定時(shí)間,然后緩慢冷卻到室溫。實(shí)驗(yàn)表明,脫模后的制件立即進(jìn)行熱處理,對(duì)降低內(nèi)應(yīng)力、改善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,脫模后進(jìn)行保溫處理都有類似熱處理的作用。

盡管熱處理是降低制件內(nèi)應(yīng)力的有效辦法之一,但熱處理通常只能將內(nèi)應(yīng)力降低到制件使用條件允許的范圍,很難完全消除內(nèi)應(yīng)力。對(duì)PC制件進(jìn)行較長(zhǎng)時(shí)間的熱處理時(shí),PC分子鏈有可能進(jìn)行有序的重排,甚至結(jié)晶,從而降低沖擊韌性,使缺口沖擊強(qiáng)度降低。因而,不應(yīng)把熱處理作為降低制件內(nèi)應(yīng)力的唯一措施。

四、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)遵循這樣的原則:制品外形應(yīng)盡可能保持連續(xù)性,避免銳角、直角、缺口及突然擴(kuò)大或縮小。

對(duì)于塑料制品的邊緣處應(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)制品形狀而確定。

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)成壁厚盡可能均勻的制件,如必須壁厚不均勻,則要進(jìn)行壁厚差異的漸變過(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,因而帶金屬嵌件的塑料制品在冷卻時(shí),兩者形成的收縮程度不同,因塑料的收縮比較大而緊緊抱住金屬嵌件,在嵌件周圍的塑料內(nèi)層受壓應(yīng)力,而外層受拉應(yīng)力作用,產(chǎn)生應(yīng)力集中現(xiàn)象。

在具體設(shè)汁嵌件時(shí),應(yīng)注意如下幾點(diǎn),以幫助減小或消除內(nèi)應(yīng)力。

(1) 盡可能選擇塑料件作為嵌件。

(2) 可能選擇與塑料熱膨脹系數(shù)相差小的金屬材料做嵌件材料,如鋁、鋁合金及銅等。

(3) 金屬嵌件上涂覆一層橡膠或聚氨酯彈性緩沖層,并保證成型時(shí)涂覆層不熔化,可降低兩者收縮差。

(4) 金屬嵌件進(jìn)行表面脫脂化處理,可以防止油脂加速制品的應(yīng)力開裂。

(5) 屬嵌件進(jìn)行適當(dāng)?shù)念A(yù)熱處理。

(6) 屬嵌件周圍塑料的厚度要充足。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。

(7) 屬嵌件應(yīng)設(shè)計(jì)成圓滑形狀,最好帶精致的滾花紋。

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,其中橢圓形孔的效果最好,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心連接線平行于外力作用方向,這樣可以取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。

五、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)大的澆口將需要較長(zhǎng)的保壓補(bǔ)料時(shí)間,在降溫過(guò)程中的補(bǔ)料流動(dòng)必定會(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。

適當(dāng)縮小澆口尺寸,可縮短保壓補(bǔ)料時(shí)間,降低澆口凝封時(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)間延長(zhǎng),造成制品缺料。

2、澆口的位置

澆口的位置決定廠塑料熔體在模腔內(nèi)的流動(dòng)情況、流動(dòng)距離和流動(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,由于澆口附近為內(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,可減小熔體的壓力損失和溫度降,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、 冷卻系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

冷卻水道的分布要合理,使?jié)部诟浇?、遠(yuǎn)離澆口區(qū)、壁厚處、壁薄處都得到均勻且緩慢的冷卻,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,以防止強(qiáng)行脫模產(chǎn)生脫模應(yīng)力。