內(nèi)容簡介：1.原料配方設(shè)計(jì) 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(shè)計(jì) 5.塑料模具的設(shè)計(jì)
一、原料配方設(shè)計(jì)
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(jié)程度增加，其制品抗應(yīng)力開裂能力較強(qiáng)；聚合物分子量分布越寬，其中低分子量成分越大,，容易首先形成微觀撕裂，造成應(yīng)力集中,，便制品開裂,。
2、選取雜質(zhì)含量低的樹脂
聚合物內(nèi)的雜質(zhì)即是應(yīng)力的集中體,，又會降低塑料的原有強(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)力開裂的樹脂與適宜的其它樹脂共混,，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阻止裂紋擴(kuò)展,，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球粒外沿可形成封閉的空化區(qū),，也可適當(dāng)降低內(nèi)應(yīng)力。
4,、增強(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)了很多大分子鏈,，從而提高應(yīng)力開裂能力,。例如，30%GFPC的耐應(yīng)力開裂能力比純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(nèi)應(yīng)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(yīng)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(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(yīng)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(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分,，脫模時(shí)易造成變形,，雖然取向應(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
模具溫度的高低對取向內(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(nèi)應(yīng)力,；另一方面，模具溫度過低,，熔體進(jìn)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(yīng)力的程度明顯加大,。
模溫對塑料結(jié)晶影響很大，模溫越高,，越有利于晶粒堆砌緊密,，晶體內(nèi)部的缺陷減小或消除，從而減少內(nèi)應(yīng)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(dāng)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(chǎn)生取向應(yīng)力的機(jī)會也較大。因此,，為了降低取向應(yīng)力和消除脫模應(yīng)力,，應(yīng)適當(dāng)降低注射壓力。
4,、 保壓壓力
保壓壓力對塑料制品內(nèi)應(yīng)力的影響大于注射壓力的影響,。在保壓階段，隨著熔體溫度的降低,，熔體粘度迅速增加,，此時(shí)若施以高壓，必然導(dǎo)致分子鏈的強(qiáng)迫取向,，從而形成更大的取向應(yīng)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(yīng)力。但注射速度過低,，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(jié)束充模,。
6、保壓時(shí)間
保壓時(shí)間越長,，會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)間延長和補(bǔ)料量增加而顯著增大。
7 ,、模殘余壓力
應(yīng)適當(dāng)調(diào)整注射壓力和保壓時(shí)間,，使開模時(shí)模內(nèi)的殘余壓力接近于大氣壓力，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(shí)間而消除內(nèi)應(yīng)力的方法。熱處理是消除塑料制品內(nèi)取向應(yīng)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(shí)內(nèi)應(yīng)力較大而又不易自消的制件以及經(jīng)過機(jī)械加工的制件都必須進(jìn)行熱處理。
對制件進(jìn)行熱處理,，可以使高聚物分子由不平衡構(gòu)象向平衡構(gòu)象轉(zhuǎn)變,，使強(qiáng)迫凍結(jié)的處于不穩(wěn)定的高彈形變獲得能量而進(jìn)行熱松弛，從而降低或基本消除內(nèi)應(yīng)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(shí)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(shí)即可,，隨著制件厚度增大,，熱處理時(shí)間應(yīng)適當(dāng)延長。提高熱處理溫度和延長熱處理時(shí)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(zhì)中，或放入空氣循環(huán)烘箱中加熱到指定溫度,，并在該溫度下停留一定時(shí)間,，然后緩慢冷卻到室溫,。實(shí)驗(yàn)表明，脫模后的制件立即進(jìn)行熱處理,，對降低內(nèi)應(yīng)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(nèi)冷卻時(shí)間，脫模后進(jìn)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(nèi)應(yīng)力的有效辦法之一,，但熱處理通常只能將內(nèi)應(yīng)力降低到制件使用條件允許的范圍，很難完全消除內(nèi)應(yīng)力,。對PC制件進(jìn)行較長時(shí)間的熱處理時(shí),，PC分子鏈有可能進(jìn)行有序的重排，甚至結(jié)晶,，從而降低沖擊韌性,，使缺口沖擊強(qiáng)度降低。因而,，不應(yīng)把熱處理作為降低制件內(nèi)應(yīng)力的唯一措施,。
四、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)遵循這樣的原則：制品外形應(yīng)盡可能保持連續(xù)性,，避免銳角,、直角、缺口及突然擴(kuò)大或縮小,。
對于塑料制品的邊緣處應(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)制品形狀而確定,。
對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)成壁厚盡可能均勻的制件，如必須壁厚不均勻,，則要進(jìn)行壁厚差異的漸變過渡,。
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,，因而帶金屬嵌件的塑料制品在冷卻時(shí),，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(nèi)層受壓應(yīng)力,，而外層受拉應(yīng)力作用,，產(chǎn)生應(yīng)力集中現(xiàn)象。
在具體設(shè)汁嵌件時(shí),，應(yīng)注意如下幾點(diǎn)，以幫助減小或消除內(nèi)應(yīng)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(shù)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(shí)涂覆層不熔化,，可降低兩者收縮差,。
（4） 金屬嵌件進(jìn)行表面脫脂化處理，可以防止油脂加速制品的應(yīng)力開裂,。
（5） 屬嵌件進(jìn)行適當(dāng)?shù)念A(yù)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(yīng)設(shè)計(jì)成圓滑形狀,，最好帶精致的滾花紋,。
3 、塑料制品上孔的設(shè)計(jì)
塑料制品上孔的形狀,、孔數(shù)及孔的位置都會對內(nèi)應(yīng)力集中程度產(chǎn)生很大的影響,。
為避免應(yīng)力開裂，切忌在塑料制品上開設(shè)棱形,、矩形,、方形或多邊形孔。應(yīng)盡可能開設(shè)圓形孔,，其中橢圓形孔的效果最好,，并應(yīng)使橢圓形孔的長軸平行于外力作用方向。如開設(shè)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(shè)對稱的槽孔,，以分散內(nèi)應(yīng)力。
五,、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
過大的澆口將需要較長的保壓補(bǔ)料時(shí)間,，在降溫過程中的補(bǔ)料流動必定會凍結(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,。
適當(dāng)縮小澆口尺寸，可縮短保壓補(bǔ)料時(shí)間,，降低澆口凝封時(shí)模內(nèi)壓力,，從而降低取向應(yīng)力。但過小的澆口將導(dǎo)致充模時(shí)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(nèi)的流動情況,、流動距離和流動方向,。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)流動距離越長,，產(chǎn)生取向應(yīng)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(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，由于澆口附近為內(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，可減小熔體的壓力損失和溫度降,，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,、 冷卻系統(tǒng)的設(shè)計(jì)
冷卻水道的分布要合理,，使?jié)部诟浇?、遠(yuǎn)離澆口區(qū),、壁厚處,、壁薄處都得到均勻且緩慢的冷卻,，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,，以防止強(qiáng)行脫模產(chǎn)生脫模應(yīng)力。