塑料內(nèi)應(yīng)力是指在塑料熔融加工過(guò)程中由于受到大分子鏈的取向和冷卻收縮等因素而產(chǎn)生的一種內(nèi)在應(yīng)力。內(nèi)應(yīng)力的存在對(duì)于制品來(lái)說(shuō)容易造成翹曲和開(kāi)裂，這對(duì)于產(chǎn)品而言是不可忽視的。本篇從塑料的配方設(shè)計(jì)、成型條件、制品設(shè)計(jì)、模具設(shè)計(jì)四大方面去解決塑料內(nèi)應(yīng)力的問(wèn)題，希望對(duì)大家有所幫助。

 一、原料配方設(shè)計(jì) 

① 選取分子量大、分子量分布窄的樹(shù)脂 

聚合物分子量越大，大分子鏈間作用力和纏結(jié)程度增添，其制品抗應(yīng)力開(kāi)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，輕易首先造成微觀撕裂，造成應(yīng)力集中，便制品開(kāi)裂。

②選取雜質(zhì)含量低的樹(shù)脂 

聚合物內(nèi)的雜質(zhì)等于應(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(kāi)裂的樹(shù)脂與適宜的其它樹(shù)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禁止裂紋擴(kuò)大，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球粒外沿可形成關(guān)閉的空化區(qū)，也可適當(dāng)降低內(nèi)應(yīng)力。

④加強(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)了良多大分子鏈，從而提高應(yīng)力開(kāi)裂能力。例如，30%GFPC的耐應(yīng)力開(kāi)裂能力比純PC提高6倍之多。 

⑤成核改性 

在結(jié)晶性塑料中參加相宜的成核劑，可以在其制品中形成很多小的球晶，使內(nèi)應(yīng)力降低并得到分散。 

二、成型加工前提的節(jié)制 

在塑料制品的成型過(guò)程中，凡能減小制品中聚合物分子取向的成型因素都可能降低取向應(yīng)力；但凡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，粘度降落，流動(dòng)性增加，在熔體充斥型腔過(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足，脫模時(shí)易造成變形，固然取向應(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 

模具溫度的高下對(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，溫度降低加快，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，越有利于晶粒堆砌嚴(yán)密，晶體內(nèi)部的缺點(diǎn)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，其模溫請(qǐng)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，熔體充模進(jìn)程中所受剪切作使勁大，產(chǎn)生取向應(yīng)力的機(jī)遇也較大。因而，為了降低取向應(yīng)力和打消脫模應(yīng)力，應(yīng)適當(dāng)降低打針壓力。

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，跟著熔體溫度的降低，熔體粘度敏捷增加，此時(shí)若施以高壓，必定導(dǎo)致分子鏈的逼迫取向，從而形成更大的取向應(yīng)力。 

⑤注射速度 

注射速度越快，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。但注射速渡過(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(kāi)裂。所以注射速度以適中為宜。建議采用變速注射，在速度逐步減小下停止充模。 

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)料量增長(zhǎng)而明顯增大。 應(yīng)適當(dāng)調(diào)劑注射壓力和保壓時(shí)間，使開(kāi)模時(shí)模內(nèi)的殘余壓力瀕臨于大氣壓力，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)遵守這樣的準(zhǔn)則：制品形狀應(yīng)盡可能堅(jiān)持持續(xù)性，防止銳角、直角、缺口及忽然擴(kuò)展或縮小。

對(duì)于塑料制品的邊沿處應(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)制品形狀而肯定。理想的內(nèi)圓角半徑應(yīng)有壁厚的1/4以上。外圓角半徑可取壁厚的1.5倍。 

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)成壁厚盡可能勻稱(chēng)的制件，如必需壁厚不平均，則要進(jìn)行壁厚差別的漸變過(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，因此帶金屬嵌件的塑料制品在冷卻時(shí)，兩者構(gòu)成的收縮水平不同，因塑料的壓縮比擬大而牢牢抱住金屬嵌件，在嵌件四周的塑料內(nèi)層受壓應(yīng)力，而外層受拉應(yīng)力作用，產(chǎn)生應(yīng)力集中景象。

在詳細(xì)設(shè)汁嵌件時(shí)，應(yīng)留神如下幾點(diǎn)，以輔助減小或消除內(nèi)應(yīng)力。

a.盡可能抉擇塑料件作為嵌件。 

b.盡可能取舍與塑料熱膨脹系數(shù)相差小的金屬材料做嵌件資料，如鋁、鋁合金及銅等。

c.在金屬嵌件上涂覆一層橡膠或聚氨酯彈性緩沖層，并保障成型時(shí)涂覆層不融化，可降低兩者收縮差。 

d.對(duì)金屬嵌件進(jìn)行名義脫脂化處理，能夠避免油脂加速制品的應(yīng)力開(kāi)裂。

e.金屬嵌件進(jìn)行適當(dāng)?shù)念A(yù)熱處理。 

f.金屬嵌件周?chē)芰系暮穸纫浞?。例如，嵌件外徑為D，嵌件周?chē)芰虾穸葹閔，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。

g.金屬嵌件應(yīng)設(shè)計(jì)成油滑形狀，最好帶精巧的滾花紋。

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(kāi)裂，切忌在塑料制品上開(kāi)設(shè)棱形、矩形、方形或多邊形孔。應(yīng)盡可能開(kāi)設(shè)圓形孔，其中卵形孔的效果最好，并應(yīng)使橢圓形孔的長(zhǎng)軸平行于外力作用方向。如開(kāi)設(shè)圓孔，可增開(kāi)等直徑的工藝圓孔，并使相鄰兩圓孔的中央銜接線平行于外力作用方向，這樣可 以獲得與橢圓孔相似的效果；還有一種方法，即在圓孔周?chē)_(kāi)設(shè)對(duì)稱(chēng)的槽孔，以分散內(nèi)應(yīng)力。 

四、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)大的澆口將須要較長(zhǎng)的保壓補(bǔ)料時(shí)間，在降溫過(guò)程中的補(bǔ)料流動(dòng)一定會(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。

恰當(dāng)縮小澆口尺寸，可縮短保壓補(bǔ)料時(shí)光，下降澆口凝封時(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)間延伸，造成制品缺料。 

②澆口的地位 

澆口的位置決議廠塑料熔體在模腔內(nèi)的流動(dòng)情形、流動(dòng)間隔和流動(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，因?yàn)闈部谒闹転閮?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，可減小熔體的壓力喪失和溫度降，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冷卻體系的設(shè)計(jì) 

冷卻水道的散布要公道，使?jié)部卩徑?、闊別澆口區(qū)、壁厚處、壁薄處都得到平均且遲緩的冷卻，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，以預(yù)防強(qiáng)行脫模產(chǎn)生脫模應(yīng)力。

廣東聚石化學(xué)股份有限公司是一家擁有21年銷(xiāo)售、研發(fā)及生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)的改性塑料企業(yè)，具備年產(chǎn)10萬(wàn)噸改性塑料的生產(chǎn)能力，擁有環(huán)保改性聚烯烴材料、改性工程塑料和功能母粒等200多個(gè)牌號(hào)的產(chǎn)品。產(chǎn)品均通過(guò)IATF16949質(zhì)量管理體系認(rèn)證、通過(guò)美國(guó)UL認(rèn)證，符合歐盟委員會(huì)RoHs標(biāo)準(zhǔn)；且廣泛應(yīng)用于汽車(chē)、智能家電、燈飾、環(huán)保電纜、OA設(shè)備、通信電子、衛(wèi)材塑料、電視機(jī)、涂料等行業(yè)。

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