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模具知識

內應力是如何形成的?

2020-05-131341人次瀏覽
來源《微注塑》

??1、內應力產生

??在注塑制品中,各處局部應力狀態是不同的,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,則這類應力會發展,所以這類應力又稱為“成型應力”。??

??注塑制品的內應力包兩種: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,靠近模腔壁的熔體訊速地冷卻而固化,于是分子鏈段被“凍結”。由于凝固的聚合物層,導熱性很差,在制品厚度方向上產生較大的溫度梯度。制品心部凝固相當緩慢,以致于當澆口封閉時,制品中心的熔體單元還未凝固,這時注塑機又無法對冷卻收縮進行補料。

??這樣制品內部收縮作用與硬皮層作用方向是相反的;心部處于靜態拉伸而表層則處于靜態壓縮。? ?

??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在垂直于流動方向應力作用。

??2、影響應力的工藝因素

??(1)向應力的影響在速冷條件下,取向會導致聚合物內應力的形成。由于聚合物熔體的粘度高,內應力不能很快松馳,影響制品的物理性能和尺寸穩定性。

??各參數對取向應力的影響:

??A. 熔體溫度,熔體溫度高,粘度低,剪切應力降低取向度減??;另一方面由于熔體溫度高會使應力松馳加快,促使解取向能力加強。

??B. 可是在不改變注塑機壓力的情況下,模腔壓力會增大,強剪切作用又導致取向應力的提高。

??C. 在噴嘴封閉以前,延長保壓時間,會導致取向應力增加。

??D. 提高注射壓力或保壓壓力,會增大取向應力,

??E.模具溫度高可保證制品緩慢冷卻,起到解取向作用。

??F.增加制品厚度使取向應力降低,因為厚壁制品冷卻時慢,粘度提高慢,應力松馳過程的時間長,所以取向應力小。

??(2)對溫度應力的影響

??如上所述由于在充模時熔體和型壁之間溫度梯度很大,先凝固的外層熔體要助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)。

??如果充模后又在保壓壓力的作用下持續較長時間,聚合物熔體又補入模腔中,使模腔壓力提高,此壓力會改變由于溫度不均而產生的內應力。但在保壓時間短,模腔壓力又較低的情況下,制品內部仍會保持原來冷卻時的應力狀態。??

??如果在制品冷卻初期模腔壓力不足時,制品的外層會因凝固收縮而形成凹陷;如果在制品已形成冷硬層的后期模腔壓力不足時,制品的內層會因收縮而分離,或形成空穴;如果在澆口封閉前維持模腔壓力,有利于提高制品密度,消除冷卻溫度應力,但是在澆口附近會產生較大的應力集中。

??由此看來熱塑性聚合物在成型時,模內壓力越大保壓時間越長,有助于溫度所產生的收縮應力的減小反之會使壓縮應力增大。

??3、內應力與制品質量的關系

??制品中內應力的存在會嚴重影響制品的力學性質和使用性能;由于制品內應力的存在和分布不均,制品在使用過程中會發生裂紋。在玻璃化溫度以下使用時,常發生不規則的變形或翹曲,還會引起制品表面“泛白”,渾濁,光學性質變壞。

??設法降低澆口處溫度,增加緩冷時間,有利于改善制品的應力不均,使制品的機械性能均一。

??不管對結晶型聚合物還是非結晶型聚合物,拉伸強度都表現出各向異向的特點。對非結晶型聚合物拉伸強度會因澆口的們置而異;當澆口與充模方向一致時,拉伸強度隨熔體溫度提高而降低;當澆口與充模方向垂直時,拉伸強度隨熔體溫度的提高而增加。

??由于熔體溫度提高導致解取向作用加強,而取向作用減弱使拉伸強度降低。澆口的方位會通過影響料流的方向來影響取向,又由于非結晶型聚合物比結晶型聚合物的各向異性表現的強烈,所以在垂直于流動方向上的拉伸強度前者比后者大。低溫注射比高溫注射有更大的力學各向異性,如注射溫度高時,垂直方向與流動方向的強度比為1.7,注射溫度低時為2 。

??由此看來,熔體溫度的提高,不論對結晶型聚合物還是非結晶型聚合物都會導致拉伸強度的降低,但機理卻不一樣;前者是由于通過取向作用降低的影響。

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