如何检测、消除注塑件内应力？

twq19810302

塑料内应力是指在塑料熔融加工过程中由于受到大分子链的取向和冷却收缩等因素而产生的一种内在应力。

内应力的本质为大分子链在熔融加工过程中形成的不平衡构象，这种不平衡构象在冷却固化时不能立刻恢复到与环境条件相适应的平衡构象，这种不均衡构象的实质为一种可逆的高弹形变，而冻结的高弹形变平时以位能情势储存在塑料制品中，在合适的条件下，这种被迫的不稳定的构象将向自在的稳固的构象转化，位能改变为动能而开释。
0 w2 d; O& `; X2 [0 G
/ T- x2 ?1 R3 z9 v% u; R5 f5 n7 m当大分子链间的作用力和相互缠结力蒙受不住这种动能时，内应力平衡即受到破坏，塑料制品就会产生应力开裂及翘曲变形等现象。
0 [$ u! T- K; a! i5 f: V! S: E
; z' l9 @$ N9 x- ^一、塑料内应力产生的起因
/ ~$ V: A1 K% L8 K% b! R+ a/ `
0 U# m7 `! Z( a1、取向内应力
3 e" d8 G: j' p% p& _
取向内应力是塑料熔体在流动充模和保压补料过程中，大分子链沿流动方向排列定向构象被冻结而产生的一种内应力。
. D. o6 x+ F4 d3 X9 y) K
5 q6 a' R& ]9 v% |8 p取向应力产生的详细过程为：近流道壁的熔体因冷却速度快而造成外层熔体粘度增高，从一而使熔体在型腔核心层流速远高于表层流速，导致熔体内部层与层之间受到剪切应力作用，产生沿流动方向的取向。
9 I8 r- f  s* T( `0 ?
% M# k- _; M8 _4 M) u取向的大分子链解冻在塑料制品内也就象征着其中存在未松弛的可逆高弹形变，所以说取向应力就是大分子链从取向构象力求过渡到无取向构象的内力。用热处理的方式，可降低或排除塑料制品内的取向应力。

$ o& P! j  z- M4 ~1 w塑料制品的取向内应力分布为从制品的表层到内层越来越小，并呈抛物线变化。
  Q- L' I6 a  N2 {6 `
% }1 s; H) C9 f: f2、冷却内应力

冷却内应力是塑料制品在熔融加工过程中因冷却定型时收缩不均匀而产生的一种内应力。尤其是对厚壁塑料制品，塑料制品的外层首先冷却凝固收缩，其内层可能仍是热熔体，这徉芯层就会限度表层的收缩，导致芯层处于压应力状况，而表层处于拉应力状态。

塑料制品冷却内应力的分布为从制品的表层到内层越来越大，并也呈抛物线变更.。
/ y. U5 u6 D# U+ t2 {& ^) P
/ \, S  _( |: a' ~/ w, s; S另外，带金属嵌件的塑料制品，因为金属与塑料的热胀系数相差较大，容易形成收缩不一平匀的内应力。
9 _" i! s' h( o( i
) u0 }$ ]; Y1 ?, g除上述两种重要内应力外，还有以下多少种内应力：对结晶塑料制品而言，其制品内部各部位的结晶构造跟结晶度不同也会发生内应力。另外还有构型内应.力及脱模内应力等，只是其内应力听占比重都很小。
+ q5 g- d: R: K, B4 j
二、影响塑料内应力产生的因素

1、分子链的刚性
+ m* v( t/ K: u
8 _' S, R5 O# ]分子链刚性越大，熔体粘度越高，聚合物分子链运动性差，因而对于产生的可逆高弹形变恢复性差，易产生残余内应力口例如，一些分子链中含有苯环的聚合物，如PC、PPO、PPS等，其相应制品的内应力偏大。
% O2 T; g- ~7 U% j( q" K3 i
2、分子链的极性

* R5 {, H. ^% ^0 S* V' O! D一分子链的极性越大，分子间相互吸引的作用力越大，从而使分子间互相挪动艰苦增大，恢复可逆弹性形变的程度减小，导致残余内应力大。例如，一些分子链中含有羰基、酯基、睛基等极性基团的塑料种类，其相应制品的内应力较大。
4 T+ T6 ^" I7 A) P
3、代替基团的位阻效应

大分子侧基取代基团的体积越大，则妨害大分子链自由活动导致残余内应力加大。例如，聚苯乙烯取代基团的苯基体积较大，因而聚苯乙烯制品的内应力较大。

) v! I/ U9 p/ W' P三、检测注塑件内应力的三种方法

1、溶剂法
/ c  h# D- M/ f; E$ Y# y
1 k: Y/ V! N0 k4 R! ^( ^# n▶醋酸沉浸

) s" d1 B7 T5 K* j* c* x! s4 U所使用的乙酸(CH3COOH)必须是95%以上的乙酸且反复使用次数不得超过10次测试。
* \" G  V0 d* U3 k
①表面应力测试：将乙酸(冰醋酸)倒入玻璃器皿中，将产品完全浸在乙酸里，时间为30秒。30秒后用夹子将样品取出并马上用净水(自来水即可)冲刷清洁，察看样品表面有无发白及裂纹。

断定：不得有任何开裂现象，容许表面有稍微发白。
; Q/ S% t2 {! c
8 P6 j( G/ w$ I$ Z- \7 ?②内应力测试：将表面应力测试及格的样品擦干后完全浸在乙酸里，时间为2分钟。2分钟后将样品取出并当即用清水(自来水即可)冲洗干净，视察样品有无发白及裂纹。
0 P+ J6 i: Z5 d3 R: Q' j
8 [" S$ T# l5 s' k1 ?  y7 ?1 l9 I  F8 p: C判断：不得有任何断裂现象，许可镶件处有轻微裂纹及表面发白现象。
- d$ |( w, q) P6 y+ f: c
▶甲乙酮+丙酮沉浸法

# k( d; q; P3 f将整机完整浸入21摄氏度的1:1的甲乙酮+丙酮的混杂液中，掏出后即时甩干，依上法检讨。
1 }, j# ^, P* a) }% M) k
/ N, }. Z+ ]" ~+ k, C0 e原理：根据介质应力决裂的现象，即溶济分子渗透到树脂的大分子之间后，降低了分子之间的彼此作用力。内应力大的地方在浸入前分子之间的作用力原来就有所削弱，浸入溶济后这些减弱了的处所进一步减弱，而引起开裂，内应力小的地方在短时间内不会开裂。
9 _1 z5 s) I$ v5 l) `3 K* E3 Q0 ^
8 J, T( B6 n6 W1 y- u因此，可以从待镀件表面开裂的时间和程度来断定镀件内应力的大小及其部位。从而断定塑料件是否进行电镀。
+ e, q2 z" P6 m% L' B8 v
9 |% R0 |5 \1 S; Q2、仪器法

) `' I* r' r  e/ }用偏振光照耀塑料制件，视彩色光带多寡，剖析内应力的强弱，它只适用于透明的制件。偏振光法所要的仪器昂贵，操作庞杂，且正确度不高，因为制件处理前后变化不显著，光谱带上涌现的光带不一定都是内应力的影响，如制件表面的涟漪也会影响检验的成果。
% Q* o8 {! w& Q6 ^
此法对制件的机能尚无任何影响，为无损检验，经检验过的制件可继承电镀和使用。
$ D& s% ]" m* j
3、温度骤变法
* f8 F) {  g! g; @( q1 _3 o
这种方法是将塑料待镀件重复受冷受热，依据裂纹呈现的时间是非来评定内应力的大小，它适用于各类塑料成形件。温度骤变法所要的装备简略，然而测验时间较长。
* x/ h, }0 X9 |1 g! Z1 _
+ i9 @. C3 U0 C0 V  M经检修后的塑料件已被损坏，不能持续应用。

四、内应力的消除
6 S! F& C. A2 W2 A3 m
- Z# G1 u! \" h5 ~8 k* r和金属类似，塑料制品也可以像金属一样通过成型后的“退火”工序消除部分应力，这只是在设计工艺等各方面不能满足的情况下的亡羊补牢式的措施，不建议作为常规方法。

: c' f9 _7 K: o" N( W" ?这种方法有诸多限制：
7 d$ ?/ I. a/ b* `$ f: S1、对于玻纤填充材料，不能很好的消除；
2、测试表明，成型后加热过程中由于材料的强度下降，以及材料的耐化学性能下降，为避免失效需要控制退火的时间；
3、长时间加热退火会显著增加最终产品的成本；
' }, p- I* @& s9 G4、退火过程中升温和降温保证平稳，避免急冷急热造成热冲击。

下表为各种材料退火的建议参数：

李mengwei

好东西，前段时间还在想塑料件的内应力问题，知道有金属有热处理，有时效处理，就在想塑料件的内应力该如何消除，这篇文章刚好补充了我的知识面