塑胶产品残余应力的分 析

塑胶产品残余应力的分析因为外界的诸多因素，破坏了塑胶材料中分子链乱序及松弛的自然形式，使之处于一种非稳定状态而产生残留应力．具有残留应力的产品在分子链松弛或者重结晶的过程中，就会有应力的释放，并因而导致产品的翘曲变形及尺寸变化等问题，这也是产品因环境应力开裂的主要原因．残留应力的分类取向应力塑胶材料分子链在成型过程中由于受到高压和高剪切力作用导致分子链发生剧烈变化，在分子未完全回复乱序及松弛的自然状态前即遭冻结，从而导致残留取向应力，尤以ＰＣ材料最为明显，其它如ＰＣ／ＡＢＳ、ＰＳＵ等也存在同样问题．这种状况的出现与其分子链结构有密切的关系剪切取向应力代表塑料加工过程中由于剪切流动造成应力大小，它受塑胶流动速率与黏度的影响．在充填结束瞬间，由于充填体积变少，流量固定时射速增加，加上塑胶较冷，黏度较高，因此最后充填位置的剪切应力较高，塑料可能会产生裂解及较高的残留应力产生位置：浇口位置－－因射速快或保压时间长而容易产生挤压取向应力；壁厚急剧变化处－－（特别是由厚到薄处）会因壁薄位置剪切力强而产生挤压取向应力；料流充填不平衡处－－会因为过度充填而造成局部挤压而产生挤压取向应力温度分布剪切力分布分子取向凝固层剪切应力产生示意图收缩应力分子链在从熔融到冷却的过程中，因为产品壁厚或者冷却水路的差别而导致冷却温度的不均匀，从而导致不同温度部位的收缩不同，那在收缩率不同部位，界面之间会因为拉伸剪切而产生残留应力产生位置：主要发生在壁厚不均之产品上．壁厚变化剧烈的位置，由于热量散发不均匀，所以容易产生不同的收缩取向残留应力的分类冷卻不均–沿厚度方向收縮不均的結果–由於模穴表面溫度不均溫度沿厚度方向變化模具的熱性質凝固與收縮張力凝固层自由收缩熔融塑胶热量热量冷却初期冷却后期约束收缩热量引起残余应力成型后拉伸压缩收缩应力产生示意图影响应力产生的主要因素产品结构：尖角的存在，容易导致在该位置应力集中的情况发生．当受到外力冲击或溶剂诱导作用时就会产生应力开裂．壁厚分布不均匀，也会导致应力的产生．在壁厚产生变化的区域，会因为厚度变化而产生剪切速度的变化，从而会导致应力的发生好坏坏好模具结构：浇口大小及位置的设置不合适也会导致料流填充不平衡，局部位置可能会过度充填，产生较大挤压剪切应力，造成类似保压过大所造成的应力．会发生过度充填处成型参数：射出速度：提高射出速度，可降低分子链取向程度，有利于降低残留应力．射出压力：射出压力过大，容易导致局部压力过大而产生应力；但是射出压力太低，则不能达到所设定的射出速度，还会因为料流冷却而加大剪切，导致分子链取向应力增大，同样会有较大残留应力．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生較大殘留應力。模具溫度：模具溫度太低，會導致應力不能及時釋放而殘留。熔融溫度：提高成型溫度，會降低塑膠材料的黏度而降低分子鏈的取向應力，從而降低殘留應力。以上成型條件在應力影響方面相互制約，所以成型時針對殘留應力的調整需要綜合各方面的情況。應力的危害開裂：因為應力的存在，在受到外界作用後（如移印時接觸到化學溶劑或者烤漆後端時高溫烘烤），會誘使應力釋放而在應力殘留位置開裂。開裂主要集中在澆口處或過度填充處。翹曲及變形：因為殘留應力的存在，因此產品在室溫時會有較長時間的內應力釋放或者高溫時出現短時間內殘留應力釋放的過程，同時產品局部存在位置強度差，產品就會在應力殘留位置產生翹曲或者變形問題。產品尺寸變化：因為應力的存在，在產品放置或後處理的過程中，如果環境達到一定的溫度，產品就會因應力釋放而發生變化。應力的消除方法熱處理：升高溫度，使之達到可使塑件分子鏈活動的程度，讓被凍結的分子鏈經升溫後鬆弛產生亂序，從而達到消除殘留應力的目的。方式包括烘箱熱處理和遠紅外加熱處理烘箱熱處理主要用於非結晶性材料，烘箱溫度達到或者接近其熱變形溫度即可，對於結晶性材料，烘箱溫度只要比其使用溫度高10~20度即可，因為如果太高會導致後結晶的產生，使產品的尺寸產生變化。此方式的缺點是在於烘箱溫度如果不均勻，就會導致應力消除不均勻，從而導致翹曲的產生。遠紅外加熱的要點在於根據不同的材料選擇合適的加熱遠紅外線頻率，其優點在於加熱非常均勻；缺點在於需要儀器及專業知識。模具設計及成型控制：在模具設計中，要注意避免尖角的存在而形成應力集中，要注意水路設計，保證冷卻均勻，避免因為冷卻不均而產生局部收縮應力，還要注意澆口位置的放置，避免流程太長導致不同位置壓力傳遞不同，而產生不同收縮程度導致應力翹曲變形。