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。存在溫度梯度,則這類應(yīng)力會發(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)熔體進入溫度較低的模具時,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,制品中心的熔體單元還未凝固,這時塑機又無法對冷卻收縮進行補料。 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。
在熔體充模流動時,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使應(yīng)力松馳加快,促使解取向能力加強??墒窃诓桓淖兯軝C壓力的情況下,模腔壓力會增大,強剪切作用又導(dǎo)致取向應(yīng)力的提高。
b.在噴嘴封閉以前,延長保壓時間,會導(dǎo)致取向應(yīng)力增加。
c.提高注射壓力或保壓壓力,會增大取向應(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,因為厚壁制品冷卻時慢,粘度提高慢,應(yīng)力松馳過程的時間長,所以取向應(yīng)力小。
(2)對溫度應(yīng)力的影響: 如上所述由于在充模時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)較長時間,聚合物熔體又補入模腔中,使模腔壓力提高,此壓力會改變由于溫度不均而產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力。但在保壓時間短,模腔壓力又較低的情況下,制品內(nèi)部仍會保持原來冷卻時的應(yīng)力狀態(tài)。
如果在制品冷卻初期模腔壓力不足時,制品的外層會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,制品的內(nèi)層會因收縮而分離,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,但是在澆口附近會產(chǎn)生較大的應(yīng)力集中。
由此看來熱塑性聚合物在成型時,模內(nèi)壓力越大保壓時間越長,有助于溫度所產(chǎn)生的收縮應(yīng)力的減小反之會使壓縮應(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,制品在使用過程中會發(fā)生裂紋。在玻璃化溫度以下使用時,常發(fā)生不規(guī)則的變形或翹曲,還會引起制品表面“泛白”,渾濁,光學(xué)性質(zhì)變壞。設(shè)法降低澆口處溫度,增加緩冷時間,有利于改善制品的應(yīng)力不均,使制品的機械性能均一。
不管對結(jié)晶型聚合物還是非結(jié)晶型聚合物,拉伸強度都表現(xiàn)出各向異向的特點。對非結(jié)晶型聚合物拉伸強度會因澆口的們置而異;當(dāng)澆口與充模方向一致時,拉伸強度隨熔體溫度提高而降低;當(dāng)澆口與充模方向垂直時,拉伸強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,而取向作用減弱使拉伸強度降低。澆口的方位會通過影響料流的方向來影響取向,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)的強烈,所以在垂直于流動方向上的拉伸強度前者比后者大。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,垂直方向與流動方向的強度比為1.7,注射溫度低時為2。
由此看來,熔體溫度的提高,不論對結(jié)晶型聚合物還是非結(jié)晶型聚合物都會導(dǎo)致拉伸強度的降低,但機理卻不一樣;前者是由于通過取向作用降低的影響。