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解决塑料内应力问题的四个妙招!
发布时间:2021.04.09
信息摘要:
塑料内应力是指在塑料熔融加工过程中由于受到大分子链的取向和冷却收缩等因素而产生的一种内在应力。内应力的存在对于制品来说容易造成翘曲和开裂,这对于产品而言是不可忽视的。本篇从塑料的配方设计、成型条件、制品设计、模具设计四大方面去解决塑料内应力的问题,希望对大家有所帮助。



塑料内应力是指在塑料熔融加工过程中由于受到大分子链的取向和冷却收缩等因素而产生的一种内在应力。内应力的存在对于制品来说容易造成翘曲和开裂,这对于产品而言是不可忽视的。本篇从塑料的配方设计、成型条件、制品设计、模具设计四大方面去解决塑料内应力的问题,希望对大家有所帮助。



109-塑料内应力解决方法-配图:内应力测试


 一、原料配方设计 


① 选取分子量大、分子量分布窄的树脂 

聚合物分子量越大,大分子链间作用力和缠结程度增添,其制品抗应力开裂能力较强;聚合物分子量分布越宽,其中低分子量成分越大,轻易首先造成微观撕裂,造成应力集中,便制品开裂。


②选取杂质含量低的树脂 

聚合物内的杂质等于应力的集中体,又会降低塑料的原有强度,应将杂质含量减少到最低程度。


③共混改性 

易出现应力开裂的树脂与适宜的其它树脂共混,可降低内应力的存在程度。例如,在PC中混入适量PS,PS呈近似珠粒状分散于PC连续相中,可使内应力沿球面分散缓解并禁止裂纹扩大,从而达到降低内应力的目的。再如,在PC中混入适量PE , PE球粒外沿可形成关闭的空化区,也可适当降低内应力。


④加强改性 

用增强纤维进行增强改性,可以降低制品的内应力,这是因为纤维缠结了良多大分子链,从而提高应力开裂能力。例如,30%GFPC的耐应力开裂能力比纯PC提高6倍之多。 


⑤成核改性 

在结晶性塑料中参加相宜的成核剂,可以在其制品中形成很多小的球晶,使内应力降低并得到分散。 



二、成型加工前提的节制 

在塑料制品的成型过程中,凡能减小制品中聚合物分子取向的成型因素都可能降低取向应力;但凡能使制品中聚合物均匀冷却的工艺条件都能降低冷却内应力;凡有助于塑料制品脱模的加工方法都有利于降低脱模内应力。


对内应力影响较大的加工条件主要有如下几种:

①料筒温度 

较高的料筒温度有利于取向应力的降低,这是因为在较高的料筒温度,熔体塑化均匀,粘度降落,流动性增加,在熔体充斥型腔过程中,分子取向作用小,因而取向应力较小。而在较低料筒温度下,熔体粘度较高,充模过程中分子取向较多,冷却定型后残余内应力则较大。但是,料筒温度太高也不好,太高容易造成冷却不充足,脱模时易造成变形,固然取向应力减小,但冷却应力和脱模应力反而增大。


②模具温度 

模具温度的高下对取向内应力和冷却内应力的影响都很大。一方面,模具温度过低,会造成冷却加快,易使冷却不均匀而引起收缩上的较大差异,从而增大冷却内应力;另一方面,模具温度过低,熔体进入模其后,温度降低加快,熔体粘度增加迅速,造成在高粘度下充模,形成取向应力的程度明显加大。


模温对塑料结晶影响很大,模温越高,越有利于晶粒堆砌严密,晶体内部的缺点减小或消除,从而减少内应力。另外,对于不同厚度塑料制品,其模温请求不同。对于厚壁制品其模温要适当高一些 。


③注射压力 

注射压力高,熔体充模进程中所受剪切作使劲大,产生取向应力的机遇也较大。因而,为了降低取向应力和打消脱模应力,应适当降低打针压力。


④保压压力 

保压压力对塑料制品内应力的影响大于注射压力的影响。在保压阶段,跟着熔体温度的降低,熔体粘度敏捷增加,此时若施以高压,必定导致分子链的逼迫取向,从而形成更大的取向应力。 


⑤注射速度 

注射速度越快,越容易造成分子链的取向程度增加,从而引起更大的取向应力。但注射速渡过低,塑料熔体进入模腔后,可能先后分层而形成熔化痕,产生应力集中线,易产生应力开裂。所以注射速度以适中为宜。最好采用变速注射,在速度逐步减小下停止充模。 


⑥保压时间 

保压时间越长,会增大塑料熔体的剪切作用,从而产生更大的弹性形变,冻结更多的取向应力。所以,取向应力随保压时间延长和补料量增长而明显增大。 应适当调剂注射压力和保压时间,使开模时模内的残余压力濒临于大气压力,从而避免产生更大的脱模内应力。


三、塑料制品的设计 


①塑料制品的形状和尺寸

在具体设计塑料制品时,为了有效地分散内应力,应遵守这样的准则:制品形状应尽可能坚持持续性,防止锐角、直角、缺口及忽然扩展或缩小。


对于塑料制品的边沿处应设计成圆角,其中内圆角半径应大于相邻两壁中薄者厚度的70%以上;外圆角半径则根据制品形状而肯定。理想的内圆角半径应有壁厚的1/4以上。外圆角半径可取壁厚的1.5倍。 


对于壁厚相差较大的部位,因冷却速度不同,易产生冷却内应力及取向内应力。因此,应设计成壁厚尽可能匀称的制件,如必需壁厚不平均,则要进行壁厚差别的渐变过渡。 


②合理设计金属嵌件 

塑料与金属的热膨胀系数相差5~10倍,因此带金属嵌件的塑料制品在冷却时,两者构成的收缩水平不同,因塑料的压缩比拟大而牢牢抱住金属嵌件,在嵌件四周的塑料内层受压应力,而外层受拉应力作用,产生应力集中景象。


在详细设汁嵌件时,应留神如下几点,以辅助减小或消除内应力。

a.尽可能抉择塑料件作为嵌件。 

b.尽可能取舍与塑料热膨胀系数相差小的金属材料做嵌件资料,如铝、铝合金及铜等。

c.在金属嵌件上涂覆一层橡胶或聚氨酯弹性缓冲层,并保障成型时涂覆层不融化,可降低两者收缩差。 

d.对金属嵌件进行名义脱脂化处理,能够避免油脂加速制品的应力开裂。

e.金属嵌件进行适当的预热处理。 

f.金属嵌件周围塑料的厚度要充分。例如,嵌件外径为D,嵌件周围塑料厚度为h,则对铝嵌件塑料厚度h≥0.8D;对于铜嵌件,塑料厚度h≥0.9 D。

g.金属嵌件应设计成油滑形状,最好带精巧的滚花纹。


③塑料制品上孔的设计 

塑料制品上孔的形状、孔数及孔的位置都会对内应力集中程度产生很大的影响。 为避免应力开裂,切忌在塑料制品上开设棱形、矩形、方形或多边形孔。应尽可能开设圆形孔,其中卵形孔的效果最好,并应使椭圆形孔的长轴平行于外力作用方向。如开设圆孔,可增开等直径的工艺圆孔,并使相邻两圆孔的中央衔接线平行于外力作用方向,这样可 以获得与椭圆孔相似的效果;还有一种方法,即在圆孔周围开设对称的槽孔,以分散内应力。 



四、塑料模具的设计 

在设计塑料模具时,浇注系统和冷却系统对塑料制品的内应力影响较大,在具体设计时应注意如下几点:


109-塑料内应力解决方法-配图-受力模型图


①浇口尺寸 

过大的浇口将须要较长的保压补料时间,在降温过程中的补料流动一定会冻结更多的取向应力,尤其是在补填冷料时,将给浇口附近造成很大的内应力。


恰当缩小浇口尺寸,可缩短保压补料时光,下降浇口凝封时模内压力,从而降低取向应力。但过小的浇口将导致充模时间延伸,造成制品缺料。 


②浇口的地位 

浇口的位置决议厂塑料熔体在模腔内的流动情形、流动间隔和流动方向。.当浇口设在制品壁厚最大部位时,可适当降低注射压力、保压压力及保压时间,有利于降低取向应力。当浇口设在薄壁部位时,宜适当增加浇口处的壁厚,以降低浇口附近的取向应力。


熔体在模腔内流动距离越长,产生取向应力的几率越大。为此,对于壁厚、长流程且面积较大的塑料件,应适当分布多个浇口,能有效地降低取向应力,防止翘曲变形。


另外,因为浇口四周为内.应力多发地带,可在浇口附近设汁成护耳式浇日,使内应力产生在护耳中,脱模后切除内应力较大的护耳,可降低塑料制品内的内应力。 


③流道的设计 

设计短而粗的流道,可减小熔体的压力丧失和温度降,相应降低注射压力和冷却速度,从而降低取向应力和冷却压力。

 

④冷却体系的设计 

冷却水道的散布要公道,使浇口邻近、阔别浇口区、壁厚处、壁薄处都得到平均且迟缓的冷却,从而降低内应力, 


⑤顶出系统的设计 

要设计适当的脱模锥度,较高的型芯光洁度和较大面积的顶出部位,以预防强行脱模产生脱模应力。




广东聚石化学股份有限公司是一家拥有21年销售、研发及生产经验的改性塑料企业,具备年产10万吨改性塑料的生产能力,拥有环保改性聚烯烃材料、改性工程塑料和功能母粒等200多个牌号的产品。产品均通过IATF16949质量管理体系认证、通过美国UL认证,符合欧盟委员会RoHs标准;且广泛应用于汽车、智能家电、灯饰、环保电缆、OA设备、通信电子、卫材塑料、电视机、涂料等行业。

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