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PC塑料型材制品內(nèi)應(yīng)力是如何形成的?

1、內(nèi)應(yīng)力產(chǎn)生:在型材制品中,各處局部應(yīng)力狀態(tài)是不同的,制品變形程度將決定于應(yīng)力分布。如果制品在冷卻時(shí)。存在溫度梯度,則這類應(yīng)力會(huì)發(fā)展,所以這類應(yīng)力又稱為“成型應(yīng)力”。

型材制品的內(nèi)應(yīng)力包兩種:一種是制品成型應(yīng)力,另一種是溫度應(yīng)力。當(dāng)熔體進(jìn)入溫度較低的模具時(shí),靠近模腔壁的熔體訊速地冷卻而固化,于是分子鏈段被“凍結(jié)”。由于凝固的聚合物層,導(dǎo)熱性很差,在制品厚度方向上產(chǎn)生較大的溫度梯度。制品心部凝固相當(dāng)緩慢,以致于當(dāng)澆口封閉時(shí),制品中心的熔體單元還未凝固,這時(shí)塑機(jī)又無(wú)法對(duì)冷卻收縮進(jìn)行補(bǔ)料。

這樣制品內(nèi)部收縮作用與硬皮層作用方向是相反的;心部處于靜態(tài)拉伸而表層則處于靜態(tài)壓縮。

在熔體充模流動(dòng)時(shí),除了有體積收縮效應(yīng)引起的應(yīng)力外。還有因流道,澆口出口的膨脹效應(yīng)而引起的應(yīng)力;前一種效應(yīng)引起的應(yīng)力與熔體流動(dòng)方向有關(guān),后者由于出口膨脹效應(yīng)將引起在垂直于流動(dòng)方向應(yīng)力作用。
2、影響應(yīng)力的工藝因素

(1)向應(yīng)力的影響在速冷條件下,取向會(huì)導(dǎo)致聚合物內(nèi)應(yīng)力的形成。由于聚合物熔體的粘度高,內(nèi)應(yīng)力不能很快松馳,影響制品的物理性能和尺寸穩(wěn)定性。

各參數(shù)對(duì)取向應(yīng)力的影響:

a.熔體溫度,熔體溫度高,粘度低,剪切應(yīng)力降低取向度減??;另一方面由于熔體溫度高會(huì)使應(yīng)力松馳加快,促使解取向能力加強(qiáng)。可是在不改變塑機(jī)壓力的情況下,模腔壓力會(huì)增大,強(qiáng)剪切作用又導(dǎo)致取向應(yīng)力的提高。

b.在噴嘴封閉以前,延長(zhǎng)保壓時(shí)間,會(huì)導(dǎo)致取向應(yīng)力增加。

c.提高注射壓力或保壓壓力,會(huì)增大取向應(yīng)力,

d.模具溫度高可保證制品緩慢冷卻,起到解取向作用。

e.增加制品厚度使取向應(yīng)力降低,因?yàn)楹癖谥破防鋮s時(shí)慢,粘度提高慢,應(yīng)力松馳過(guò)程的時(shí)間長(zhǎng),所以取向應(yīng)力小。
(2)對(duì)溫度應(yīng)力的影響: 如上所述由于在充模時(shí)熔體和型壁之間溫度梯度很大,先凝固的外層熔體要助止后凝固的內(nèi)層熔體的收縮,結(jié)果在外層產(chǎn)生壓應(yīng)力(收縮應(yīng)力),內(nèi)層產(chǎn)生拉應(yīng)力(取向應(yīng)力)。

如果充模后又在保壓壓力的作用下持續(xù)較長(zhǎng)時(shí)間,聚合物熔體又補(bǔ)入模腔中,使模腔壓力提高,此壓力會(huì)改變由于溫度不均而產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力。但在保壓時(shí)間短,模腔壓力又較低的情況下,制品內(nèi)部仍會(huì)保持原來(lái)冷卻時(shí)的應(yīng)力狀態(tài)。

如果在制品冷卻初期模腔壓力不足時(shí),制品的外層會(huì)因凝固收縮而形成凹陷;如果在制品已形成冷硬層的后期模腔壓力不足時(shí),制品的內(nèi)層會(huì)因收縮而分離,或形成空穴;如果在澆口封閉前維持模腔壓力,有利于提高制品密度,消除冷卻溫度應(yīng)力,但是在澆口附近會(huì)產(chǎn)生較大的應(yīng)力集中。

由此看來(lái)熱塑性聚合物在成型時(shí),模內(nèi)壓力越大保壓時(shí)間越長(zhǎng),有助于溫度所產(chǎn)生的收縮應(yīng)力的減小反之會(huì)使壓縮應(yīng)力增大。
3、內(nèi)應(yīng)力與制品質(zhì)量的關(guān)系

制品中內(nèi)應(yīng)力的存在會(huì)嚴(yán)重影響制品的力學(xué)性質(zhì)和使用性能;由于制品內(nèi)應(yīng)力的存在和分布不均,制品在使用過(guò)程中會(huì)發(fā)生裂紋。在玻璃化溫度以下使用時(shí),常發(fā)生不規(guī)則的變形或翹曲,還會(huì)引起制品表面“泛白”,渾濁,光學(xué)性質(zhì)變壞。設(shè)法降低澆口處溫度,增加緩冷時(shí)間,有利于改善制品的應(yīng)力不均,使制品的機(jī)械性能均一。

不管對(duì)結(jié)晶型聚合物還是非結(jié)晶型聚合物,拉伸強(qiáng)度都表現(xiàn)出各向異向的特點(diǎn)。對(duì)非結(jié)晶型聚合物拉伸強(qiáng)度會(huì)因澆口的們置而異;當(dāng)澆口與充模方向一致時(shí),拉伸強(qiáng)度隨熔體溫度提高而降低;當(dāng)澆口與充模方向垂直時(shí),拉伸強(qiáng)度隨熔體溫度的提高而增加。

由于熔體溫度提高導(dǎo)致解取向作用加強(qiáng),而取向作用減弱使拉伸強(qiáng)度降低。澆口的方位會(huì)通過(guò)影響料流的方向來(lái)影響取向,又由于非結(jié)晶型聚合物比結(jié)晶型聚合物的各向異性表現(xiàn)的強(qiáng)烈,所以在垂直于流動(dòng)方向上的拉伸強(qiáng)度前者比后者大。低溫注射比高溫注射有更大的力學(xué)各向異性,如注射溫度高時(shí),垂直方向與流動(dòng)方向的強(qiáng)度比為1.7,注射溫度低時(shí)為2。

由此看來(lái),熔體溫度的提高,不論對(duì)結(jié)晶型聚合物還是非結(jié)晶型聚合物都會(huì)導(dǎo)致拉伸強(qiáng)度的降低,但機(jī)理卻不一樣;前者是由于通過(guò)取向作用降低的影響。


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