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    注塑培訓
    塑料內應力的降低與分散
    文章錄入: tonyyu  來源:  點擊:3632

          內容簡介:1.原料配方設計 2.成型加工條件的控制 3.塑料制品的熱處理 4.塑料制品的設計 5.塑料模具的設計
    一、原料配方設計
        1、選取分子量大、分子量分布窄的樹脂
          聚合物分子量越大,大分子鏈間作用力和纏結程度增加,其制品抗應力開裂能力較強;聚合物分子量分布越寬,其中低分子量成分越大,容易首先形成微觀撕裂,造成應力集中,便制品開裂。
        2、選取雜質含量低的樹脂
          聚合物內的雜質即是應力的集中體,又會降低塑料的原有強度,應將雜質含量減少到最低程度。
        3、共混改性
          易出現應力開裂的樹脂與適宜的其它樹脂共混,可降低內應力的存在程度。
          例如,在PC中混入適量PS,PS呈近似珠粒狀分散于PC連續相中,可使內應力沿球面分散緩解并阻止裂紋擴展,從而達到降低內應力的目的。再如,在PC中混入適量PE , PE球粒外沿可形成封閉的空化區,也可適當降低內應力。
        4、增強改性
          用增強纖維進行增強改性,可以降低制品的內應力,這是因為纖維纏結了很多大分子鏈,從而提高應力開裂能力。例如,30%GFPC的耐應力開裂能力比純PC提高6倍之多。
        5、成核改性
          在結晶性塑料中加入適宜的成核劑,可以在其制品中形成許多小的球晶,使內應力降低并得到分散。
    二、成型加工條件的控制
          在塑料制品的成型過程中,凡是能減小制品中聚合物分子取向的成型因素都能夠降低取向應力;凡是能使制品中聚合物均勻冷卻的工藝條件都能降低冷卻內應力;凡有助于塑料制品脫模的加工方法都有利于降低脫模內應力。
    對內應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力的降低,這是因為在較高的料筒溫度,熔體塑化均勻,粘度下降,流動性增加,在熔體充滿型腔過程中,分子取向作用小,因而取向應力較小。而在較低料筒溫度下,熔體粘度較高,充模過程中分子取向較多,冷卻定型后殘余內應力則較大。但是,料筒溫度太高也不好,太高容易造成冷卻不充分,脫模時易造成變形,雖然取向應力減小,但冷卻應力和脫模應力反而增大。
        2、模具溫度
          模具溫度的高低對取向內應力和冷卻內應力的影響都很大。一方面,模具溫度過低,會造成冷卻加快,易使冷卻不均勻而引起收縮上的較大差異,從而增大冷卻內應力;另一方面,模具溫度過低,熔體進入模其后,溫度下降加快,熔體粘度增加迅速,造成在高粘度下充模,形成取向應力的程度明顯加大。
          模溫對塑料結晶影響很大,模溫越高,越有利于晶粒堆砌緊密,晶體內部的缺陷減小或消除,從而減少內應力。另外,對于不同厚度塑料制品,其模溫要求不同。對于厚壁制品其模溫要適當高一些。
        3、 注射壓力
          注射壓力高,熔體充模過程中所受剪切作用力大,產生取向應力的機會也較大。因此,為了降低取向應力和消除脫模應力,應適當降低注射壓力。
        4、 保壓壓力
          保壓壓力對塑料制品內應力的影響大于注射壓力的影響。在保壓階段,隨著熔體溫度的降低,熔體粘度迅速增加,此時若施以高壓,必然導致分子鏈的強迫取向,從而形成更大的取向應力。
        5 、注射速度
          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力。但注射速度過低,塑料熔體進入模腔后,可能先后分層而形成熔化痕,產生應力集中線,易產生應力開裂。所以注射速度以適中為宜。最好采用變速注射,在速度逐漸減小下結束充模。
        6、保壓時間
          保壓時間越長,會增大塑料熔體的剪切作用,從而產生更大的彈性形變,凍結更多的取向應力。所以,取向應力隨保壓時間延長和補料量增加而顯著增大。
        7 、模殘余壓力
          應適當調整注射壓力和保壓時間,使開模時模內的殘余壓力接近于大氣壓力,從而避免產生更大的脫模內應力。
    三、塑料制品的熱處理
          塑料制品的熱處理是指將成型制品在一定溫度下停留一段時間而消除內應力的方法。熱處理是消除塑料制品內取向應力的最好方法。
          對于高聚物分子鏈的剛性較大、玻璃化溫度較高的注塑件;對壁厚較大和帶金屬嵌件的制件;對使用溫度范圍較寬和尺寸精度要求較高的制件;時內應力較大而又不易自消的制件以及經過機械加工的制件都必須進行熱處理。
          對制件進行熱處理,可以使高聚物分子由不平衡構象向平衡構象轉變,使強迫凍結的處于不穩定的高彈形變獲得能量而進行熱松弛,從而降低或基本消除內應力。常采用的熱處理溫度高于制件使用溫度10~20℃或低于熱變形溫度5~10℃。熱處理時間取決于塑料種類、制件厚度、熱處理溫度和注塑條件。一般厚度的制件,熱處理1~2小時即可,隨著制件厚度增大,熱處理時間應適當延長。提高熱處理溫度和延長熱處理時間具有相似的效果,但溫度的效果更明顯些。
          熱處理方法是將制件放入水、甘油、礦物油、乙二醇和液體石蠟等液體介質中,或放入空氣循環烘箱中加熱到指定溫度,并在該溫度下停留一定時間,然后緩慢冷卻到室溫。實驗表明,脫模后的制件立即進行熱處理,對降低內應力、改善制件性能的效果更明顯。此外,提高模具溫度,延長制件在模內冷卻時間,脫模后進行保溫處理都有類似熱處理的作用。
          盡管熱處理是降低制件內應力的有效辦法之一,但熱處理通常只能將內應力降低到制件使用條件允許的范圍,很難完全消除內應力。對PC制件進行較長時間的熱處理時,PC分子鏈有可能進行有序的重排,甚至結晶,從而降低沖擊韌性,使缺口沖擊強度降低。因而,不應把熱處理作為降低制件內應力的唯一措施。
    四、塑料制品的設計
         1、塑料制品的形狀和尺寸
          在具體設計塑料制品時,為了有效地分散內應力,應遵循這樣的原則:制品外形應盡可能保持連續性,避免銳角、直角、缺口及突然擴大或縮小。
          對于塑料制品的邊緣處應設計成圓角,其中內圓角半徑應大于相鄰兩壁中薄者厚度的70%以上;外圓角半徑則根據制品形狀而確定。
          對于壁厚相差較大的部位,因冷卻速度不同,易產生冷卻內應力及取向內應力。因此,應設計成壁厚盡可能均勻的制件,如必須壁厚不均勻,則要進行壁厚差異的漸變過渡。
        2 、合理設計金屬嵌件
          塑料與金屬的熱膨脹系數相差5~10倍,因而帶金屬嵌件的塑料制品在冷卻時,兩者形成的收縮程度不同,因塑料的收縮比較大而緊緊抱住金屬嵌件,在嵌件周圍的塑料內層受壓應力,而外層受拉應力作用,產生應力集中現象。
          在具體設汁嵌件時,應注意如下幾點,以幫助減小或消除內應力。
        (1) 盡可能選擇塑料件作為嵌件。
        (2) 可能選擇與塑料熱膨脹系數相差小的金屬材料做嵌件材料,如鋁、鋁合金及銅等。
        (3) 金屬嵌件上涂覆一層橡膠或聚氨酯彈性緩沖層,并保證成型時涂覆層不熔化,可降低兩者收縮差。
        (4) 金屬嵌件進行表面脫脂化處理,可以防止油脂加速制品的應力開裂。
        (5) 屬嵌件進行適當的預熱處理。
        (6) 屬嵌件周圍塑料的厚度要充足。例如,嵌件外徑為D,嵌件周圍塑料厚度為h,則對鋁嵌件塑料厚度h≥0.8D;對于銅嵌件,塑料厚度h≥0.9 D。
        (7) 屬嵌件應設計成圓滑形狀,最好帶精致的滾花紋。
        3 、塑料制品上孔的設計
          塑料制品上孔的形狀、孔數及孔的位置都會對內應力集中程度產生很大的影響。
          為避免應力開裂,切忌在塑料制品上開設棱形、矩形、方形或多邊形孔。應盡可能開設圓形孔,其中橢圓形孔的效果最好,并應使橢圓形孔的長軸平行于外力作用方向。如開設圓孔,可增開等直徑的工藝圓孔,并使相鄰兩圓孔的中心連接線平行于外力作用方向,這樣可以取得與橢圓孔相似的效果;還有一種方法,即在圓孔周圍開設對稱的槽孔,以分散內應力。
    五、塑料模具的設計
          在設計塑料模具時,澆注系統和冷卻系統對塑料制品的內應力影響較大,在具體設計時應注意如下幾點:
        1、 澆口尺寸
          過大的澆口將需要較長的保壓補料時間,在降溫過程中的補料流動必定會凍結更多的取向應力,尤其是在補填冷料時,將給澆口附近造成很大的內應力。
          適當縮小澆口尺寸,可縮短保壓補料時間,降低澆口凝封時模內壓力,從而降低取向應力。但過小的澆口將導致充模時間延長,造成制品缺料。
        2、澆口的位置
          澆口的位置決定廠塑料熔體在模腔內的流動情況、流動距離和流動方向。當澆口設在制品壁厚最大部位時,可適當降低注射壓力、保壓壓力及保壓時間,有利于降低取向應力。當澆口設在薄壁部位時,宜適當增加澆口處的壁厚,以降低澆口附近的取向應力。
    熔體在模腔內流動距離越長,產生取向應力的幾率越大。為此,對于壁厚、長流程且面積較大的塑料件,應適當分布多個澆口,能有效地降低取向應力,防止翹曲變形。
          另外,由于澆口附近為內.應力多發地帶,可在澆口附近設汁成護耳式澆日,使內應力產生在護耳中,脫模后切除內應力較大的護耳,可降低塑料制品內的內應力。
    3、流道的設計
          設計短而粗的流道,可減小熔體的壓力損失和溫度降,相應降低注射壓力和冷卻速度,從而降低取向應力和冷卻壓力。
    4、 冷卻系統的設計
          冷卻水道的分布要合理,使澆口附近、遠離澆口區、壁厚處、壁薄處都得到均勻且緩慢的冷卻,從而降低內應力。
    5、 頂出系統的設計
          要設計適當的脫模錐度,較高的型芯光潔度和較大面積的頂出部位,以防止強行脫模產生脫模應力。

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