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(xuan)取分(fen)子量(liang)大(da)、分(fen)子量(liang)分(fen)布窄的樹脂(zhi)
聚合(he)物分子量越(yue)大(da)，大(da)分子鏈間作用力和纏(chan)結程度(du)增加(jia)，其(qi)制品(pin)抗應力開(kai)裂能力較強(qiang)；聚合(he)物分子量分布(bu)越(yue)寬，其(qi)中低分子量成(cheng)分越(yue)大(da)，容易首(shou)先形成(cheng)微觀撕裂，造成(cheng)應力集中，便制品(pin)開(kai)裂。
2、選取雜質含(han)量低的樹脂
聚合物內的雜質即是應力的集中體，又(you)會(hui)降低塑料的原有(you)強度，應將(jiang)雜質含(han)量減(jian)少(shao)到最(zui)低程度。
3、共混改性
易出現應(ying)力開裂的樹(shu)脂與適(shi)宜的其它樹(shu)脂共混(hun)，可降低內應(ying)力的存在程度。
例如，在PC中(zhong)混入適(shi)(shi)量(liang)PS，PS呈近似珠粒狀分散于PC連續相中(zhong)，可使內應力沿(yan)球面分散緩解并(bing)阻止裂紋擴展，從而達到(dao)降(jiang)低(di)內應力的(de)目(mu)的(de)。再如，在PC中(zhong)混入適(shi)(shi)量(liang)PE , PE球粒外(wai)沿(yan)可形(xing)成封閉的(de)空化區，也可適(shi)(shi)當降(jiang)低(di)內應力。
4、增強改性
用增(zeng)強纖維進行增(zeng)強改性，可以降低制品的(de)內應(ying)(ying)力(li)，這是因為纖維纏(chan)結了很多大分子鏈(lian)，從而提高應(ying)(ying)力(li)開裂能力(li)。例(li)如，30%GFPC的(de)耐(nai)應(ying)(ying)力(li)開裂能力(li)比純PC提高6倍之多。
5、成核改性
在結晶性(xing)塑料中加入適宜(yi)的(de)成核劑，可以在其制品中形成許多小(xiao)的(de)球晶，使內應(ying)力降低(di)并得(de)到分散。
二、成型加工條件的控制
在塑(su)料(liao)制品(pin)的成(cheng)型過程中(zhong)，凡是(shi)能(neng)(neng)減小制品(pin)中(zhong)聚合物分(fen)子(zi)取向的成(cheng)型因素(su)都(dou)能(neng)(neng)夠降低(di)取向應力(li)(li)；凡是(shi)能(neng)(neng)使(shi)制品(pin)中(zhong)聚合物均(jun)勻冷卻(que)(que)的工藝條(tiao)件都(dou)能(neng)(neng)降低(di)冷卻(que)(que)內應力(li)(li)；凡有(you)助于塑(su)料(liao)制品(pin)脫(tuo)模的加工方(fang)法都(dou)有(you)利(li)于降低(di)脫(tuo)模內應力(li)(li)。
對(dui)內應(ying)力(li)影(ying)響(xiang)較大的加工條件主要有如下幾種：
1、 料筒溫度
較(jiao)高(gao)的(de)料筒溫(wen)(wen)度(du)有利于取(qu)(qu)向(xiang)(xiang)應力(li)(li)的(de)降(jiang)低，這是(shi)因為在較(jiao)高(gao)的(de)料筒溫(wen)(wen)度(du)，熔(rong)體塑化均勻，粘(zhan)(zhan)度(du)下降(jiang)，流動(dong)性增加，在熔(rong)體充滿型腔過程中，分子取(qu)(qu)向(xiang)(xiang)作用小(xiao)，因而(er)取(qu)(qu)向(xiang)(xiang)應力(li)(li)較(jiao)小(xiao)。而(er)在較(jiao)低料筒溫(wen)(wen)度(du)下，熔(rong)體粘(zhan)(zhan)度(du)較(jiao)高(gao)，充模(mo)過程中分子取(qu)(qu)向(xiang)(xiang)較(jiao)多(duo)，冷卻(que)定型后(hou)殘余(yu)內應力(li)(li)則較(jiao)大。但(dan)是(shi)，料筒溫(wen)(wen)度(du)太高(gao)也不好，太高(gao)容(rong)易造(zao)成(cheng)冷卻(que)不充分，脫模(mo)時(shi)易造(zao)成(cheng)變形，雖然取(qu)(qu)向(xiang)(xiang)應力(li)(li)減小(xiao)，但(dan)冷卻(que)應力(li)(li)和脫模(mo)應力(li)(li)反而(er)增大。
2、模具溫度
模具溫度(du)的高低(di)對取向內應力(li)和冷卻(que)內應力(li)的影(ying)響都很大(da)。一方(fang)面(mian)，模具溫度(du)過低(di)，會造(zao)成(cheng)(cheng)冷卻(que)加(jia)快(kuai)，易(yi)使冷卻(que)不均勻而引起收(shou)縮上的較大(da)差(cha)異(yi)，從而增(zeng)大(da)冷卻(que)內應力(li)；另(ling)一方(fang)面(mian)，模具溫度(du)過低(di)，熔(rong)體(ti)進入(ru)模其后，溫度(du)下降加(jia)快(kuai)，熔(rong)體(ti)粘(zhan)度(du)增(zeng)加(jia)迅速，造(zao)成(cheng)(cheng)在高粘(zhan)度(du)下充模，形成(cheng)(cheng)取向應力(li)的程度(du)明(ming)顯加(jia)大(da)。
模溫(wen)對(dui)塑料結晶影響很大，模溫(wen)越(yue)高，越(yue)有利于晶粒堆砌(qi)緊密(mi)，晶體(ti)內部的缺陷減小(xiao)或消除，從而減少內應力。另(ling)外，對(dui)于不同厚度塑料制品，其模溫(wen)要(yao)求(qiu)不同。對(dui)于厚壁制品其模溫(wen)要(yao)適當高一些。
3、 注射壓力
注射壓力高，熔體充模(mo)過(guo)程中所受剪切作用力大，產生取向應(ying)(ying)力的機會(hui)也(ye)較大。因此，為了降(jiang)(jiang)低取向應(ying)(ying)力和消除脫模(mo)應(ying)(ying)力，應(ying)(ying)適當降(jiang)(jiang)低注射壓力。
4、 保壓壓力
保(bao)壓壓力對塑料制品內應力的(de)(de)影響大于注射壓力的(de)(de)影響。在保(bao)壓階段，隨著熔體(ti)溫度的(de)(de)降低，熔體(ti)粘度迅速增加(jia)，此時若施以(yi)高壓，必然導(dao)致分(fen)子(zi)鏈的(de)(de)強迫取(qu)向，從而形成更大的(de)(de)取(qu)向應力。
5 、注射速度
速(su)度越快，越容易造成(cheng)分子鏈的取向(xiang)(xiang)程度增加，從(cong)而引起更大的取向(xiang)(xiang)應(ying)力(li)。但注(zhu)(zhu)射速(su)度過(guo)低，塑料熔(rong)體(ti)進入(ru)模(mo)腔后，可能先后分層而形成(cheng)熔(rong)化(hua)痕(hen)，產生(sheng)應(ying)力(li)集中線，易產生(sheng)應(ying)力(li)開裂(lie)。所以注(zhu)(zhu)射速(su)度以適(shi)中為宜。最好采用變(bian)速(su)注(zhu)(zhu)射，在速(su)度逐漸減小下結束充模(mo)。
6、保壓時間
保壓(ya)時間(jian)(jian)越(yue)長，會增(zeng)大塑料(liao)熔體的剪切作(zuo)用(yong)，從而產(chan)生(sheng)更大的彈(dan)性形變，凍(dong)結更多的取向應力。所以，取向應力隨(sui)保壓(ya)時間(jian)(jian)延長和(he)補料(liao)量增(zeng)加而顯(xian)著增(zeng)大。
7 、模殘余壓力
應適當調整注射壓(ya)力和保壓(ya)時間，使開模(mo)時模(mo)內的(de)殘余壓(ya)力接(jie)近于(yu)大氣壓(ya)力，從而避(bi)免產生更大的(de)脫(tuo)模(mo)內應力。
三、塑料制品的熱處理
塑料(liao)制品的熱(re)處理(li)是指將成型制品在一定溫度下停(ting)留一段時間而消除(chu)內應(ying)力(li)的方法(fa)。熱(re)處理(li)是消除(chu)塑料(liao)制品內取(qu)向應(ying)力(li)的最好方法(fa)。
對(dui)于(yu)高(gao)聚(ju)物分子鏈的(de)(de)(de)剛(gang)性較(jiao)大(da)(da)、玻璃化溫(wen)(wen)度(du)(du)較(jiao)高(gao)的(de)(de)(de)注(zhu)塑(su)件(jian)(jian)；對(dui)壁厚較(jiao)大(da)(da)和帶金屬嵌件(jian)(jian)的(de)(de)(de)制(zhi)件(jian)(jian)；對(dui)使(shi)用溫(wen)(wen)度(du)(du)范圍較(jiao)寬(kuan)和尺寸精度(du)(du)要求較(jiao)高(gao)的(de)(de)(de)制(zhi)件(jian)(jian)；時內應力較(jiao)大(da)(da)而(er)又(you)不易自消的(de)(de)(de)制(zhi)件(jian)(jian)以及(ji)經過機械加工(gong)的(de)(de)(de)制(zhi)件(jian)(jian)都必須(xu)進行熱處理。
對制件(jian)(jian)(jian)(jian)進行熱(re)處(chu)理，可(ke)以使(shi)高聚(ju)物分(fen)子由不平(ping)衡(heng)構(gou)象向平(ping)衡(heng)構(gou)象轉變，使(shi)強迫凍結的(de)處(chu)于不穩定(ding)的(de)高彈形(xing)變獲得能(neng)量(liang)而進行熱(re)松弛，從(cong)而降低或基本消除內應力。常采用的(de)熱(re)處(chu)理溫(wen)度(du)高于制件(jian)(jian)(jian)(jian)使(shi)用溫(wen)度(du)10～20℃或低于熱(re)變形(xing)溫(wen)度(du)5～10℃。熱(re)處(chu)理時間取決于塑料(liao)種類、制件(jian)(jian)(jian)(jian)厚度(du)、熱(re)處(chu)理溫(wen)度(du)和(he)注塑條件(jian)(jian)(jian)(jian)。一般(ban)厚度(du)的(de)制件(jian)(jian)(jian)(jian)，熱(re)處(chu)理1～2小時即可(ke)，隨著制件(jian)(jian)(jian)(jian)厚度(du)增大，熱(re)處(chu)理時間應適(shi)當(dang)延長。提高熱(re)處(chu)理溫(wen)度(du)和(he)延長熱(re)處(chu)理時間具有相似的(de)效果，但溫(wen)度(du)的(de)效果更明顯(xian)些。
熱處理(li)方(fang)法是將制件(jian)(jian)放(fang)入水、甘油、礦(kuang)物油、乙二(er)醇和(he)液體石蠟等液體介質中(zhong)，或(huo)放(fang)入空氣(qi)循環烘箱中(zhong)加熱到指定溫度(du)，并在該溫度(du)下停留一定時(shi)(shi)間(jian)，然后(hou)緩慢(man)冷卻到室(shi)溫。實(shi)驗表明，脫(tuo)模(mo)后(hou)的(de)制件(jian)(jian)立即進行熱處理(li)，對(dui)降(jiang)低(di)內應(ying)力、改善制件(jian)(jian)性(xing)能的(de)效果(guo)更明顯。此外，提高模(mo)具溫度(du)，延長制件(jian)(jian)在模(mo)內冷卻時(shi)(shi)間(jian)，脫(tuo)模(mo)后(hou)進行保(bao)溫處理(li)都有類似熱處理(li)的(de)作用。
盡管(guan)熱(re)處理(li)(li)是降低(di)(di)制(zhi)件(jian)(jian)內(nei)(nei)(nei)應(ying)(ying)力的(de)(de)有效辦(ban)法之一，但熱(re)處理(li)(li)通(tong)常只(zhi)能將內(nei)(nei)(nei)應(ying)(ying)力降低(di)(di)到(dao)制(zhi)件(jian)(jian)使(shi)用條件(jian)(jian)允許的(de)(de)范圍(wei)，很難完全(quan)消除內(nei)(nei)(nei)應(ying)(ying)力。對(dui)PC制(zhi)件(jian)(jian)進行較長(chang)時間的(de)(de)熱(re)處理(li)(li)時，PC分子鏈(lian)有可能進行有序的(de)(de)重排，甚至結晶(jing)，從而降低(di)(di)沖擊韌性，使(shi)缺口沖擊強度降低(di)(di)。因而，不應(ying)(ying)把熱(re)處理(li)(li)作(zuo)為降低(di)(di)制(zhi)件(jian)(jian)內(nei)(nei)(nei)應(ying)(ying)力的(de)(de)唯一措施。
四、塑料制品的設計
1、塑料制品的形狀(zhuang)和(he)尺寸(cun)
在具(ju)體設計塑料制品時，為了有效地分散內應(ying)力，應(ying)遵循這樣(yang)的原則：制品外形(xing)應(ying)盡可能(neng)保(bao)持(chi)連續(xu)性，避免(mian)銳角、直角、缺口及突然擴大或縮(suo)小。
對(dui)于(yu)塑料制品(pin)的(de)邊緣處應(ying)設(she)計成圓角，其(qi)中(zhong)內圓角半徑(jing)應(ying)大于(yu)相(xiang)鄰兩壁中(zhong)薄者厚度的(de)70%以上；外(wai)圓角半徑(jing)則根據制品(pin)形(xing)狀(zhuang)而確定。
對于壁厚(hou)相差較大的(de)部位，因(yin)(yin)冷卻速度不(bu)同，易產生冷卻內(nei)應力及(ji)取向(xiang)內(nei)應力。因(yin)(yin)此，應設計成壁厚(hou)盡可(ke)能(neng)均(jun)(jun)勻的(de)制件，如必須(xu)壁厚(hou)不(bu)均(jun)(jun)勻，則要進(jin)行(xing)壁厚(hou)差異的(de)漸變(bian)過渡。
2 、合理設計金屬嵌件
塑料(liao)(liao)與金(jin)屬(shu)的(de)(de)熱膨(peng)脹系數相差5～10倍，因(yin)而(er)(er)帶金(jin)屬(shu)嵌(qian)件的(de)(de)塑料(liao)(liao)制品在冷卻時(shi)，兩者形成的(de)(de)收縮程度不(bu)同，因(yin)塑料(liao)(liao)的(de)(de)收縮比(bi)較大而(er)(er)緊緊抱住金(jin)屬(shu)嵌(qian)件，在嵌(qian)件周(zhou)圍的(de)(de)塑料(liao)(liao)內層受壓應(ying)力，而(er)(er)外(wai)層受拉應(ying)力作用，產生(sheng)應(ying)力集(ji)中現象。
在具體(ti)設汁(zhi)嵌件時，應注意如(ru)下幾點，以幫助減小或消(xiao)除內應力。
（1） 盡可(ke)能選(xuan)擇塑料件(jian)作為(wei)嵌件(jian)。
（2） 可(ke)能選擇與塑料熱膨(peng)脹系數相差小的金(jin)屬材料做嵌件材料，如鋁(lv)、鋁(lv)合金(jin)及銅等。
（3） 金屬嵌件上(shang)涂覆一層橡膠或聚氨酯彈性緩(huan)沖(chong)層，并(bing)保(bao)證成型時(shi)涂覆層不熔(rong)化(hua)，可降低兩者收縮差。
（4） 金屬(shu)嵌件進行(xing)表面(mian)脫脂(zhi)化處理，可以防止(zhi)油脂(zhi)加(jia)速(su)制品的應(ying)力開裂(lie)。
（5） 屬嵌件進行適當的(de)預熱(re)處理。
（6） 屬嵌件(jian)周圍塑(su)料的(de)厚(hou)(hou)(hou)度(du)要充足。例如，嵌件(jian)外徑為(wei)D，嵌件(jian)周圍塑(su)料厚(hou)(hou)(hou)度(du)為(wei)h，則對鋁嵌件(jian)塑(su)料厚(hou)(hou)(hou)度(du)h≥0.8D；對于銅嵌件(jian)，塑(su)料厚(hou)(hou)(hou)度(du)h≥0.9 D。
（7） 屬嵌件應設(she)計成圓滑形狀，最好帶(dai)精致的滾花紋。
3 、塑料制品上孔的設計
塑(su)料制品(pin)上孔的形狀、孔數及孔的位置(zhi)都會對內應力集中程度產生很大的影(ying)響。
為避免應力(li)開(kai)裂，切忌在(zai)塑(su)料制(zhi)品(pin)上(shang)開(kai)設(she)棱(leng)形、矩形、方(fang)(fang)形或多邊形孔(kong)(kong)。應盡(jin)可能(neng)開(kai)設(she)圓(yuan)(yuan)(yuan)形孔(kong)(kong)，其中橢圓(yuan)(yuan)(yuan)形孔(kong)(kong)的(de)效果(guo)最(zui)好，并應使(shi)(shi)橢圓(yuan)(yuan)(yuan)形孔(kong)(kong)的(de)長軸(zhou)平行于外(wai)力(li)作用方(fang)(fang)向(xiang)。如開(kai)設(she)圓(yuan)(yuan)(yuan)孔(kong)(kong)，可增開(kai)等直徑的(de)工藝圓(yuan)(yuan)(yuan)孔(kong)(kong)，并使(shi)(shi)相(xiang)(xiang)鄰兩圓(yuan)(yuan)(yuan)孔(kong)(kong)的(de)中心連接(jie)線平行于外(wai)力(li)作用方(fang)(fang)向(xiang)，這(zhe)樣可以取(qu)得與橢圓(yuan)(yuan)(yuan)孔(kong)(kong)相(xiang)(xiang)似(si)的(de)效果(guo)；還有一種方(fang)(fang)法，即在(zai)圓(yuan)(yuan)(yuan)孔(kong)(kong)周(zhou)圍開(kai)設(she)對(dui)稱的(de)槽(cao)孔(kong)(kong)，以分(fen)散(san)內應力(li)。
五、塑料模具的設計
在設計(ji)塑料模(mo)具(ju)時(shi)，澆注(zhu)系統和冷卻系統對(dui)塑料制品的(de)內(nei)應力影(ying)響較大(da)，在具(ju)體設計(ji)時(shi)應注(zhu)意如(ru)下幾點：
1、 澆口尺寸
過(guo)大(da)(da)的澆口將(jiang)需要(yao)較(jiao)長的保壓(ya)補(bu)料(liao)(liao)時間，在(zai)降(jiang)溫過(guo)程中的補(bu)料(liao)(liao)流動(dong)必定會凍結更多(duo)的取向應力(li)，尤其是在(zai)補(bu)填冷料(liao)(liao)時，將(jiang)給澆口附近造成很大(da)(da)的內應力(li)。
適(shi)當縮小澆口(kou)(kou)尺(chi)寸(cun)，可縮短保壓補(bu)料時間，降(jiang)低澆口(kou)(kou)凝(ning)封時模內壓力(li)，從而降(jiang)低取向(xiang)應力(li)。但過小的(de)澆口(kou)(kou)將導致充模時間延長，造成制品缺(que)料。
2、澆口的位置
澆(jiao)口(kou)的位(wei)置決(jue)定廠塑料熔體在模腔內的流(liu)動情(qing)況、流(liu)動距離和流(liu)動方向(xiang)(xiang)。當(dang)(dang)澆(jiao)口(kou)設在制品壁厚(hou)最大部位(wei)時，可適當(dang)(dang)降(jiang)(jiang)(jiang)低注射壓(ya)力、保(bao)壓(ya)壓(ya)力及保(bao)壓(ya)時間，有利于降(jiang)(jiang)(jiang)低取(qu)向(xiang)(xiang)應(ying)力。當(dang)(dang)澆(jiao)口(kou)設在薄壁部位(wei)時，宜(yi)適當(dang)(dang)增加澆(jiao)口(kou)處的壁厚(hou)，以降(jiang)(jiang)(jiang)低澆(jiao)口(kou)附近的取(qu)向(xiang)(xiang)應(ying)力。
熔體在模(mo)腔內(nei)流動距(ju)離(li)越長，產生取向(xiang)應(ying)力的(de)幾率越大(da)(da)。為此，對于(yu)壁厚、長流程且面(mian)積較大(da)(da)的(de)塑料件(jian)，應(ying)適當分布(bu)多個澆口，能有效地降低(di)取向(xiang)應(ying)力，防(fang)止翹曲變形(xing)。
另外，由于澆(jiao)口附(fu)近為內(nei).應力(li)(li)多(duo)發地帶，可在澆(jiao)口附(fu)近設汁成(cheng)護(hu)(hu)耳式澆(jiao)日(ri)，使內(nei)應力(li)(li)產生(sheng)在護(hu)(hu)耳中，脫模后切除內(nei)應力(li)(li)較大的(de)護(hu)(hu)耳，可降(jiang)低塑料制品內(nei)的(de)內(nei)應力(li)(li)。
3、流道的設計
設計短(duan)而粗的流(liu)道(dao)，可(ke)減小熔(rong)體的壓力損失和(he)溫度降(jiang)，相應(ying)降(jiang)低(di)注射壓力和(he)冷卻速度，從而降(jiang)低(di)取向應(ying)力和(he)冷卻壓力。
4、 冷卻系統的設計(ji)
冷卻(que)水(shui)道(dao)的分布要合理，使(shi)澆口附(fu)近(jin)、遠離澆口區(qu)、壁(bi)厚處(chu)、壁(bi)薄(bo)處(chu)都得(de)到均勻且緩慢的冷卻(que)，從(cong)而降低(di)內應力。
5、 頂出(chu)系統的設(she)計
要(yao)設(she)計適當(dang)的(de)脫(tuo)(tuo)模錐度，較高的(de)型芯光潔度和較大(da)面積的(de)頂(ding)出部位(wei)，以(yi)防止強行脫(tuo)(tuo)模產生(sheng)脫(tuo)(tuo)模應力。