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影響注塑製品內部質量的因素有哪些?
  瀏覽次數:6944  發布時間:2019年02月25日 11:12:17
[導讀] 在注塑製品中,各局部應力狀態是不同的,製品變形程度將決定於應力分布。如果製品在冷卻時,存在溫度梯度,則這類應力會發展,所以這類力稱為“成型應力”。

1.內應力

(1)內應力產生
在注塑製品中,各局部應力狀態是不同的,製品變形程度將決定於應力分布。如果製品在冷卻時,存在溫度梯度,則這類應力會發展,所以這類力稱為“成型應力”。

注塑製品的內應力包括兩種:一種是注塑製品成型應力,另一種是溫度應力。當熔體進入溫度較低的模具時,靠進模腔壁的熔體迅速地冷卻而固化,於是分子鏈段被“凍結”。

由於凝固的聚合物層,導熱性很差,在製品厚度方向上將產生較大的溫度梯度,而製品心部卻凝固得相當緩慢,以致於當澆口封閉時,熔體單元還未凝固,如果注塑機又停止對冷卻收收縮進行補料時,由於製品內部收縮作用與硬皮層作用方向是相反的,則心部會處於靜態拉伸而表層則處於靜態壓縮。

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,後者由於出口膨脹效應將引起垂直於流動方向的應力作用。

對於半結晶型聚合物還要注意另外一種效應,即當超過玻璃化溫度時,結晶單元之間所保留的一些非結晶相的分子鏈段將開始活動,但卻被結晶相所限位,阻止拉伸鏈的返回,於是形成內應力。對結晶型聚合物,還有一種形變-誘導應力;當給結晶型高聚物熔體施加的應力超過彈性形變極限時,晶格將沿滑動麵流動,產生塑性形變的位移,而取代了一部分彈性變形。

在總形變不變的應力鬆弛條件下,應力逐漸下降到不等於零的某一最低值,這個保留值就是“形變-誘導”。對於這種情況的解釋還可設想結晶型聚合物有一種結晶模型,結晶過程中形成堆積式位移,使晶格在滑動麵上進一步堆積發生困難,於是產生了反應力,其大小等於保持晶格位移結構所需的應力,而且這種晶格位移結構是在沒有應力的非平衡狀態下形成的。這就是對“形變-誘導內應力”位移機理的解釋,但它不適用非結晶聚合物。

(2)內應力與製品質量的關係
製品中內應力的存在會嚴重影響製品的力學性質和使用性能;由於製品內應力的存在和分布不均,製品在使用過程中發生裂紋,在玻璃化溫度以下使用使用時,常發生不規則的變形或翹曲,還會引起製品表麵“泛白”、渾濁、光學性能變壞。

內應力降低製品對光、熱以及腐蝕介質的抵抗能力,在環境作用下,發生應力開裂或出現“龜裂”,因此,減小或均化製品的內應力具有重要意義。但內應力也有可利用的一麵,例如可以利用取向內應力產生各向異性的力學特點,使在受力方向上產生較高的強度,在應用中有選擇地使用製品,例如生產拉伸薄膜和編織帶等。但對注塑製品希望內應力小而均勻分布。

降低澆口處溫度,增加緩冷時間,有利於改善製品中應力不均的狀況,使機械性能均一。對結晶型聚合物,拉伸強度都表現出各向異性的特點。

熔體溫度的提高,不論對結晶型還是非結晶型聚合物都會導致拉伸強度的降低,但二者機理卻不一樣:前者是由於結晶度降低而影響的;後者是通過取向作用而影響。
 
2.衝擊強度

注塑製品的衝擊強度表現出更突出的各向異性。衝擊強度除與聚合物的分子結構和注塑工藝條件有關外,還與製品結構形狀、澆口和位置、數目、分布及排列形式有關。這是因為衝擊強度,主要由聚合物加工過程形成的內應力(取向應力、溫度應力、形變-誘導應力)所決定。
 
3.製品收縮

(1)收縮過程
注塑製品在成型過程的收縮可分3個階段。
第一階段是在澆口凝固前的保壓階段。製品的收縮很大程度上取決於熔體的補償程度。由於模具溫度低,熔體溫度在不斷地下降,熔體密度和黏度在不斷地提高。因此,這時熔體的補償能力主要取決於保壓壓力的大小和維持向模內傳遞的時間。

第二階段是從澆口凝固開始至脫模的冷卻階段。這個階段再無熔體進入模腔內,製品的重量不會再改變,但製品的密度或比容將發生變化。

第三階段是從脫模開始至使用階段的收縮。這是屬於自由收縮。

(2)收縮率的控製
① 注塑工藝方麵
a.模具溫度不要太高。例如對聚甲醛製品。當模具溫度80℃+40℃時,則收縮率為+5%。
b.料筒溫度不要太高。例如聚甲醛製品,當熔體溫度為190℃+10℃時,則收縮率為+2.5%。
c.注射壓力可適當提高。例如,對聚甲醛製品,當注射壓力為78Mpa+9.8Mpa時,則收縮率為+5%。
d.適當提高注射速率。
e.保壓時間要設定長些。
f.適當地增加冷卻時間。
g.控製模具的冷卻速度。

② 材料方麵
a.選擇顆粒均勻的物料,使料粒受熱均勻,各處溫度一致,使冷卻速度均一。
b.要選擇分子量大小和熔體指數適宜,分子量分布均勻的材料,使工藝條件易於控製,充摸流動穩定,有利於減少收縮。
c.對於結晶型聚合物提供減少結晶度和穩定結晶度的條件,對非結晶型聚合物要創造減少解取向的因素。
d.選擇吸濕性小的聚合物,通過幹燥、降低水分,可減少收縮。
e.選用流動性好,熔體指數低的聚合物。
f.選用有增強填料的複合材料,可減少收縮。

③ 在模具方麵
a.根據模具收縮率,把模具型腔尺寸公差設計合理,選擇膨脹係數小的模具材料。
b.澆口截麵積適當加大,有助於減少收縮。例如對聚甲醛當澆口截麵積為1mm2±0.2mm2時,則收縮率變化。
c.縮短內流道,減少流長比,有利於補縮。
d.金屬嵌件使用要合理,尺寸大的嵌件要預熱。
e.模具中冷卻水孔的分布要均勻,冷卻效率要高。

④ 設備方麵
要選擇具有較先進技術參數和控製性能優越的注塑機。
a.料筒溫度及噴嘴溫度的控製係統要求穩定、可靠、控製精度要高。例如用三元控製(比例-微分-積分)
b.選用塑化功能強,塑化質量均勻的高效螺杆。
c.螺杆計量準確,精度高。
d.能根據製品與材料選擇注射壓力和注射速度的多級控製。
e.冷卻周期準確,設定合裏。
f.合摸機械係統剛性大,合摸力足。
g.注射機油溫穩定,壓力和流量波動範圍小。
h.模溫控製穩定。

⑤ 製品方麵
a.製品厚度在能保證所要求的強度、剛度的情況下,適當減薄。有利於減少收縮。例如聚甲醛製品,當壁厚為2mm±1mm時,則收縮變化±2%,但薄壁製品會使各向異性收縮加大。
b.製品厚度均勻會改善收縮。
c.帶有加強筋的製品可減少收縮。
d.製品幾何形狀盡量簡單對稱,可使收縮均勻。
e.邊框補強會減少收縮。
由上可知,理解製品的收縮和對其控製是十分重要的,因為這實際上是對製品幾何精度和尺寸精度的控製問題。(文章來源於網絡)