A 、內(nèi)應力產(chǎn)生的機理

塑料內(nèi)應力是指在塑料熔融加工過程中由于受到大分子鏈的取向和冷卻收縮等因素而產(chǎn)生的一種內(nèi)在應力。

內(nèi)應力的本質(zhì)為大分子鏈在熔融加工過程中形成的不平衡構(gòu)象，這種不平衡構(gòu)象在冷卻固化時不能立刻恢復到與環(huán)境條件相適應的平衡構(gòu)象，這種不均衡構(gòu)象的實質(zhì)為一種可逆的高彈形變，而凍結(jié)的高彈形變平時以位能情勢儲存在塑料制品中，在合適的條件下，這種被迫的不穩(wěn)定的構(gòu)象將向自在的穩(wěn)固的構(gòu)象轉(zhuǎn)化，位能改變?yōu)閯幽芏_釋。

當大分子鏈間的作用力和相互纏結(jié)力蒙受不住這種動能時，內(nèi)應力平衡即受到破壞，塑料制品就會產(chǎn)生應力開裂及翹曲變形等現(xiàn)象。

B、塑料內(nèi)應力產(chǎn)生的起因

(1)取向內(nèi)應力    

取向內(nèi)應力是塑料熔體在流動充模和保壓補料過程中，大分子鏈沿流動方向排列定向構(gòu)象被凍結(jié)而產(chǎn)生的一種內(nèi)應力。

取向應力產(chǎn)生的詳細過程為：近流道壁的熔體因冷卻速度快而造成外層熔體粘度增高，從一而使熔體在型腔核心層流速遠高于表層流速，導致熔體內(nèi)部層與層之間受到剪切應力作用，產(chǎn)生沿流動方向的取向。

取向的大分子鏈解凍在塑料制品內(nèi)也就象征著其中存在未松弛的可逆高彈形變，所以說取向應力就是大分子鏈從取向構(gòu)象力求過渡到無取向構(gòu)象的內(nèi)力。用熱處理的方式，可降低或排除塑料制品內(nèi)的取向應力。

塑料制品的取向內(nèi)應力分布為從制品的表層到內(nèi)層越來越小，并呈拋物線變化。

(2)冷卻內(nèi)應力

冷卻內(nèi)應力是塑料制品在熔融加工過程中因冷卻定型時收縮不均勻而產(chǎn)生的一種內(nèi)應力。尤其是對厚壁塑料制品，塑料制品的外層首先冷卻凝固收縮，其內(nèi)層可能仍是熱熔體，這徉芯層就會限度表層的收縮，導致芯層處于壓應力狀況，而表層處于拉應力狀態(tài)。

塑料制品冷卻內(nèi)應力的分布為從制品的表層到內(nèi)層越來越大，并也呈拋物線變更.。

另外，帶金屬嵌件的塑料制品，因為金屬與塑料的熱脹系數(shù)相差較大，容易形成收縮不一平勻的內(nèi)應力。

除上述兩種重要內(nèi)應力外,還有以下多少種內(nèi)應力：對結(jié)晶塑料制品而言，其制品內(nèi)部各部位的結(jié)晶構(gòu)造跟結(jié)晶度不同也會發(fā)生內(nèi)應力。另外還有構(gòu)型內(nèi)應.力及脫模內(nèi)應力等，只是其內(nèi)應力聽占比重都很小。  

C、影響塑料內(nèi)應力產(chǎn)生的因素

(1)分子鏈的剛性  

分子鏈剛性越大，熔體粘度越高，聚合物分子鏈運動性差，因而對于產(chǎn)生的可逆高彈形變恢復性差，易產(chǎn)生殘余內(nèi)應力口例如，一些分子鏈中含有苯環(huán)的聚合物，如PC、PPO、PPS等，其相應制品的內(nèi)應力偏大。

(2)分子鏈的極性

一分子鏈的極性越大，分子間相互吸引的作用力越大，從而使分子間互相挪動艱苦增大，恢復可逆彈性形變的程度減小，導致殘余內(nèi)應力大。例如，一些分子鏈中含有羰基、酯基、睛基等極性基團的塑料種類，其相應制品的內(nèi)應力較大。

(3)代替基團的位阻效應

大分子側(cè)基取代基團的體積越大，則妨害大分子鏈自由活動導致殘余內(nèi)應力加大。例如，聚苯乙烯取代基團的苯基體積較大，因而聚苯乙烯制品的內(nèi)應力較大。

D、塑料內(nèi)應力降低與疏散的把持  

(1)原料配方設(shè)計  

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)程度增添，其制品抗應力開裂能力較強；聚合物分子量分布越寬，其中低分子量成分越大，輕易首先造成微觀撕裂，造成應力集中，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)等于應力的集中體，又會降低塑料的原有強度，應將雜質(zhì)含量減少到最低程度。

③共混改性

易出現(xiàn)應力開裂的樹脂與適宜的其它樹脂共混，可降低內(nèi)應力的存在程度。

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)應力沿球面分散緩解并禁止裂紋擴大，從而達到降低內(nèi)應力的目的。再如，在PC中混入適量PE , PE球粒外沿可形成關(guān)閉的空化區(qū)，也可適當降低內(nèi)應力。

④加強改性

用增強纖維進行增強改性，可以降低制品的內(nèi)應力,偉哥價格，這是因為纖維纏結(jié)了良多大分子鏈，從而提高應力開裂能力。例如，30%GFPC的耐應力開裂能力比純PC提高6倍之多。

⑤成核改性

在結(jié)晶性塑料中參加相宜的成核劑，可以在其制品中形成很多小的球晶，使內(nèi)應力降低并得到分散。

(2)成型加工前提的節(jié)制

在塑料制品的成型過程中，凡能減小制品中聚合物分子取向的成型因素都可能降低取向應力；但凡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)應力。

對內(nèi)應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力的降低，這是因為在較高的料筒溫度，熔體塑化均勻，粘度降落，流動性增加，在熔體充斥型腔過程中，分子取向作用小，因而取向應力較小。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足，脫模時易造成變形，固然取向應力減小，但冷卻應力和脫模應力反而增大。

②模具溫度

模具溫度的高下對取向內(nèi)應力和冷卻內(nèi)應力的影響都很大。一方面，模具溫度過低，會造成冷卻加快，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)應力；另一方面，模具溫度過低，熔體進入模其后，溫度降低加快，熔體粘度增加迅速，造成在高粘度下充模，形成取向應力的程度明顯加大。

模溫對塑料結(jié)晶影響很大，模溫越高，越有利于晶粒堆砌嚴密，晶體內(nèi)部的缺點減小或消除，從而減少內(nèi)應力。

另外，對于不同厚度塑料制品，其模溫請求不同。對于厚壁制品其模溫要適當高一些。

③注射壓力

注射壓力高，熔體充模進程中所受剪切作使勁大，產(chǎn)生取向應力的機遇也較大。因而，為了降低取向應力和打消脫模應力，應適當降低打針壓力。.

④保壓壓力

保壓壓力對塑料制品內(nèi)應力的影響大于注射壓力的影響。在保壓階段，跟著熔體溫度的降低，熔體粘度敏捷增加，此時若施以高壓，必定導致分子鏈的逼迫取向，從而形成更大的取向應力。

⑤注射速度

注射速度越快，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力。但注射速渡過低，塑料熔體進入模腔后，可能先后分層而形成熔化痕，產(chǎn)生應力集中線，易產(chǎn)生應力開裂。所以注射速度以適中為宜。最好采用變速注射，在速度逐步減小下停止充模。

⑥保壓時間

保壓時間越長，會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)更多的取向應力。所以，取向應力隨保壓時間延長和補料量增長而明顯增大。

⑦開模殘余壓力

應適當調(diào)劑注射壓力和保壓時間，使開模時模內(nèi)的殘余壓力瀕臨于大氣壓力，從而避免產(chǎn)生更大的脫模內(nèi)應力。

⑶塑料制品的設(shè)計

①塑料制品的形狀和尺寸

在具體設(shè)計塑料制品時，為了有效地分散內(nèi)應力，應遵守這樣的準則：制品形狀應盡可能堅持持續(xù)性，防止銳角、直角、缺口及忽然擴展或縮小。

對于塑料制品的邊沿處應設(shè)計成圓角，其中內(nèi)圓角半徑應大于相鄰兩壁中薄者厚度的70%以上；外圓角半徑則根據(jù)制品形狀而肯定。

對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)應力及取向內(nèi)應力。因此，應設(shè)計成壁厚盡可能勻稱的制件，如必需壁厚不平均，則要進行壁厚差別的漸變過渡。

②合理設(shè)計金屬嵌件

塑料與金屬的熱膨脹系數(shù)相差5~10倍，因此帶金屬嵌件的塑料制品在冷卻時，兩者構(gòu)成的收縮水平不同，因塑料的壓縮比擬大而牢牢抱住金屬嵌件，在嵌件四周的塑料內(nèi)層受壓應力，而外層受拉應力作用，產(chǎn)生應力集中景象。

在詳細設(shè)汁嵌件時，應留神如下幾點，以輔助減小或消除內(nèi)應力：

a.盡可能抉擇塑料件作為嵌件。

b.盡可能取舍與塑料熱膨脹系數(shù)相差小的金屬材料做嵌件資料，如鋁、鋁合金及銅等。

c.在金屬嵌件上涂覆一層橡膠或聚氨酯彈性緩沖層，并保障成型時涂覆層不融化，可降低兩者收縮差。

d.對金屬嵌件進行名義脫脂化處理，能夠避免油脂加速制品的應力開裂。

e.金屬嵌件進行適當?shù)念A熱處理。

f.金屬嵌件周圍塑料的厚度要充分。例如，嵌件外徑為D，嵌件周圍塑料厚度為h，則對鋁嵌件塑料厚度h≥0.8D；對于銅嵌件，塑料厚度h≥0.9 D。

g.金屬嵌件應設(shè)計成油滑形狀，最好帶精巧的滾花紋。

③塑料制品上孔的設(shè)計

塑料制品上孔的形狀、孔數(shù)及孔的位置都會對內(nèi)應力集中程度產(chǎn)生很大的影響。 為避免應力開裂，切忌在塑料制品上開設(shè)棱形、矩形、方形或多邊形孔。應盡可能開設(shè)圓形孔，其中卵形孔的效果最好，并應使橢圓形孔的長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央銜接線平行于外力作用方向，這樣可 以獲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)對稱的槽孔，以分散內(nèi)應力。

⑷塑料模具的設(shè)計

在設(shè)計塑料模具時，澆注系統(tǒng)和冷卻系統(tǒng)對塑料制品的內(nèi)應力影響較大，在具體設(shè)計時應注意如下幾點。

①澆口尺寸

過大的澆口將須要較長的保壓補料時間，在降溫過程中的補料流動一定會凍結(jié)更多的取向應力，尤其是在補填冷料時，將給澆口附近造成很大的內(nèi)應力。

恰當縮小澆口尺寸，可縮短保壓補料時光，下降澆口凝封時模內(nèi)壓力，從而降低取向應力。但過小的澆口將導致充模時間延伸，造成制品缺料。

②澆口的地位

澆口的位置決議廠塑料熔體在模腔內(nèi)的流動情形、流動間隔和流動方向。.當澆口設(shè)在制品壁厚最大部位時，可適當降低注射壓力、保壓壓力及保壓時間，有利于降低取向應力。當澆口設(shè)在薄壁部位時，宜適當增加澆口處的壁厚，以降低澆口附近的取向應力。

熔體在模腔內(nèi)流動距離越長，產(chǎn)生取向應力的幾率越大。為此，對于壁厚、長流程且面積較大的塑料件，應適當分布多個澆口，能有效地降低取向應力，防止翹曲變形。

另外，因為澆口四周為內(nèi).應力多發(fā)地帶，可在澆口附近設(shè)汁成護耳式澆日，使內(nèi)應力產(chǎn)生在護耳中，脫模后切除內(nèi)應力較大的護耳，可降低塑料制品內(nèi)的內(nèi)應力。

③流道的設(shè)計

設(shè)計短而粗的流道，可減小熔體的壓力喪失和溫度降，相應降低注射壓力和冷卻速度，從而降低取向應力和冷卻壓力。

④冷卻體系的設(shè)計

冷卻水道的散布要公道，使?jié)部卩徑?、闊別澆口區(qū)、壁厚處、壁薄處都得到平均且遲緩的冷卻，從而降低內(nèi)應力

⑤頂出系統(tǒng)的設(shè)計

要設(shè)計適當?shù)拿撃ｅF度，較高的型芯光潔度和較大面積的頂出部位，以預防強行脫模產(chǎn)生脫模應力。  

E、塑料應力的檢測方法

１．溶濟法  

⑴醋酸沉浸

所使用的乙酸（CH3COOH）必須是95%以上的乙酸且反復使用次數(shù)不得超過10次測試．

①表面應力測試：將乙酸（冰醋酸）倒入玻璃器皿中，將產(chǎn)品完全浸在乙酸里，時間為30秒。30秒后用夾子將樣品取出并馬上用凈水（自來水即可）沖刷清潔，察看樣品表面有無發(fā)白及裂紋。斷定：不得有任何開裂現(xiàn)象，容許表面有稍微發(fā)白。

②內(nèi)應力測試：將表面應力測試及格的樣品擦干后完全浸在乙酸里，時間為2分鐘。2分鐘后將樣品取出并當即用清水（自來水即可）沖洗干凈，視察樣品有無發(fā)白及裂紋。判斷：不得有任何斷裂現(xiàn)象，許可鑲件處有輕微裂紋及表面發(fā)白現(xiàn)象。

⑵甲乙酮 丙酮沉迷法：將整機完整浸入21攝氏度的1：1的甲乙酮 丙酮的混雜液中，掏出后即時甩干，依上法檢討．

原理：根據(jù)介質(zhì)應力決裂的現(xiàn)象，即溶濟分子滲透到樹脂的大分子之間后，降低了分子之間的彼此作用力。內(nèi)應力大的地方在浸入前分子之間的作用力原來就有所削弱，浸入溶濟后這些減弱了的處所進一步減弱，而引起開裂，內(nèi)應力小的地方在短時間內(nèi)不會開裂。因此，可以從待鍍件表面開裂的時間和程度來斷定鍍件內(nèi)應力的大小及其部位。從而斷定塑料件是否進行電鍍。

2.儀器法

用偏振光照耀塑料制件，視彩色光帶多寡，剖析內(nèi)應力的強弱，它只適用于透明的制件。偏振光法所要的儀器昂貴，操作龐雜，且正確度不高，因為制件處理前后變化不顯著，光譜帶上涌現(xiàn)的光帶不一定都是內(nèi)應力的影響，如制件表面的漣漪也會影響檢驗的成果。不外此法對制件的機能尚無任何影響，為無損檢驗，經(jīng)檢驗過的制件可繼承電鍍和使用。

3．溫度驟變法

這種方法是將塑料待鍍件重復受冷受熱，依據(jù)裂紋呈現(xiàn)的時間是非來評定內(nèi)應力的大小。它實用于各類塑料成形件。溫度驟變法所要的裝備簡略，然而測驗時間較長。經(jīng)檢修后的塑料件已被損壞，不能持續(xù)應用。  

F、塑料制品應力的去除處理

塑料制品的熱處理是指將成型制品在必定溫度下停留一段時間而消除內(nèi)應力的辦法。讓制件在一定的溫度下,恒溫數(shù)小時,使其內(nèi)局部子從新排列從而到達減少或清除內(nèi)應力的目標.    

對制件進行熱處理，可以使高聚物分子由不平衡構(gòu)象向平衡構(gòu)象轉(zhuǎn)變，使強制凍結(jié)的處于不穩(wěn)定的高彈形變?nèi)〉媚芰慷M行熱松弛，從而降低或基礎(chǔ)消除內(nèi)應力。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℃。熱處理時間取決于塑料品種、制件厚度、熱處理溫度和注塑條件。

個別厚度的制件，熱處理1~2小時即可，隨著制件厚度增大，熱處理時間應適當延長。提高熱處理溫度和延長熱處理時間存在類似的效果，但溫度的后果更顯明些。

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，或放入空氣輪回烘箱中加熱到指定溫度，并在該溫度下停留一定時間，而后緩慢冷卻到室溫。試驗表明，脫模后的制件立刻進行熱處理，對降低內(nèi)應力、改良制件性能的效果更明顯。此外，提高模具溫度，延長制件在模內(nèi)冷卻時間，脫模落后行保溫處理都有相似熱處理的作用。

常用塑料件的熱處理溫度

 ABS塑料件 65-------75℃ 聚丙稀 80-----100℃

 氯化聚醚 80------120℃ 聚甲醛 90------120℃

 聚碳酸脂 110-----130℃ 聚砜 100-----120℃

 改性聚苯乙烯 50--------60℃ 聚苯醚 100-----120℃