內(nèi)容簡(jiǎn)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(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(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,，粘度下降，流動(dòng)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(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(duì)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(duì)于不同厚度塑料制品,，其模溫要求不同,。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,，熔體充模過程中所受剪切作用力大，產(chǎn)生取向應(yīng)力的機(jī)會(huì)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(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,，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(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(duì)于高聚物分子鏈的剛性較大、玻璃化溫度較高的注塑件,；對(duì)壁厚較大和帶金屬嵌件的制件,；對(duì)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(duì)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(zhǎng),。提高熱處理溫度和延長(zhǎng)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(duì)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(zhǎng)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(duì)PC制件進(jìn)行較長(zhǎng)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(duì)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(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(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,。
（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(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(zhǎng)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(duì)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(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
過大的澆口將需要較長(zhǎng)的保壓補(bǔ)料時(shí)間，在降溫過程中的補(bǔ)料流動(dòng)必定會(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。
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(zhǎng),，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(dòng)情況,、流動(dòng)距離和流動(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,，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,。