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塑胶注塑成型收缩与翘曲该如何解决(一)?

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塑胶注塑成型收缩与翘曲该如何解决(一)?

发布日期:2016-07-27 作者: 点击:

亚博yabo电力管与您一起了解塑胶注塑成型收缩与翘曲该如何解决?

塑料射出成形先天上就会发生收缩,因为从制程温度降到室温,会造成聚合物的密度变化,造成收缩。整个塑件和剖面的收缩差异会造成内部残留应力,其效应与外力完全相同。在射出成形时假如残留应力高于塑件结构的强度,塑件就会于脱模后翘曲,或是受外力而产生破裂。

【一】残留应力

残留应力(residual  stress)是塑件成形时,熔胶流动所引发(flow-induced)或者热效应所引发(thermal-induced),而且冻结在塑件内的应力。假如残留应力高过于塑件的结构强度,塑件可能在射出时翘曲,或者稍后承受负荷而破裂。

残留应力是塑件收缩和翘曲的主因,可以减低充填模穴造成之剪应力的良好成形条件与设计,可以降低熔胶流动所引发的残留应力。同样地,充足的保压和均匀的冷却可以降低热效应引发的残留应力。对于添加纤维的材料而言,提升均匀机械性质的成形条件可以降低热效应所引发的残留应力。 

1, 熔胶流动引发的残留应力 

在无应力下,长链高分子聚合物处在高于熔点温度呈现任意卷曲的平衡状态。亚博yabo电力管于成形程中,高分子被剪切与拉伸,分子链沿着流动方向配向。假如分子链在完全松弛平衡之前就凝固,分子链配向性就冻结在塑件内,这种应力冻结状态称为流动引发的残留应力,其于流动方向和垂直于流动方向会造成不均匀的机械性质和收缩。一般而言,流动引发的残留应力比热效应引发的残留应力小一个次方。 

塑件在接近模壁部份因为承受高剪应力和高冷却速率的交互作用,其表面的高配向性会立即冻结,如图1所示。假如将此塑件存放于高温环境下,塑件将会释放部份应力,导致.的收缩与翘曲。

凝固层的隔热效应使聚合物中心层维持较高温度,能够释放较多应力,所以中心层分子链具有较低的配向性。 可以降低熔胶剪应力的成形条件也会降低因流动引发的残留应力,亚博yabo电力管告诉您包括了那些: 

1:高熔胶温度。

2:高模壁温度。

3:长充填时间(低熔胶速度)。

4:降低保压压力。

5:短流动路径。

充填与保压阶段所冻结的分子链配向性,导致流动引发之残留应力。 

(1) 表示高冷却率、高剪应力或高配向性;

(2)表示低冷却率、低剪应力或低配向性。 

2,热效应引发之残留应力 

热效应引发残留应力的原因包括下列: 

塑料从设定的制程温度下降到室温,造成收缩。 

塑料凝固时,塑件从表层到中心层经历了不同的热力历程和机械历程,例如不同的冷却时间和不同的保压压力等。 

由于密度和机械性质变化导致压力、温度、分子链配向性和纤维配向性的改变。 

模具的设计限制了塑件在某些方向的收缩。 

塑料于射出成形的收缩可以用自由冷却的例子说明。假如温度均匀的塑件突然被两侧的冷模壁夹住,在冷却的初期,塑件表层冷却而开始收缩时,塑件内部的聚合物仍然呈高温熔融状态而可以自由收缩。然而,当塑件中心温度下降时,局部的热收缩受限于已经凝固的表层,导致中心层为拉伸应力,表层为压缩应力的典型应力分布。

塑件从表层到中心的冷却速率差异会引发热效应之残留应力。更有甚者,假如模具两侧模壁的冷却速率不同,还会引发不对称的热效应残留应力,在塑件剖面不对称分布的拉伸应力与压缩应力造成弯曲力矩,使塑件产生翘曲。

肉厚不均匀的塑件和冷却效果差的区域都会造成这种不平衡冷却,而导致残留应力。复杂的塑件由于肉厚不均匀、模具冷却不均匀、模具对于自由收缩的限制等因素,使得热效应引发之残留应力的分布变得更复杂。

亚博yabo电力管告诉您塑件冷却不均匀和塑料温度历程的作用,导致热效应引发之残留应力。

塑件剖面方向不均匀的冷却,造成不对称热效应引发之残留应力,使塑件翘曲。 

说明了保压之压力历程所造成的凝固层比容变化。其中,左图是塑件一个剖面的温度分布曲线。为了方便说明,将塑件沿着肉厚方向分为8层,曲线上显示着各层的凝固时间为t1~t8。

注意,塑件从最外层开始凝固,越往中心层则需要越长的凝固时间。 

中间的图形显示各层固化的典型压力历程分别为P1~P8。充填阶段的压力通常逐渐上升,在保压初期达到最高压力,之后,因为冷却与浇口固化,压力逐渐下降。结果,塑件表层与中心层在低压时凝固,其它的中间各层在高保压压力时凝固。右图说明了第5层在PvT图上的比容历程,以及各层于最终凝固时的比容,并且以实心圆点标记。

已知各层的凝固比容,塑件各层收缩行为会根据PvT曲线发生不同的收缩。假设各层是分隔开,结果就收缩到中间图形的情形,2、5、6、7等中间层因为凝固比容低(或是凝固密度高)而收缩得较少。而实际上,各层是连接在一起,造成折衷的收缩分布,中间层受压缩,而外层与中心层则受拉伸。 

各凝固层的比容差异相互作用,导致不同的残留应力和塑件变形。

制程引发残留应力与模穴残留应力 

就射出成形之模拟而言,制程所引发(process-induces)残留应力比模穴(in-cavity)残留应力更重要,以下介绍这两个名词的定义,并提供一个范例以说明它们的差异。 

塑件顶出以后,模穴施加在塑件的拘束被释放开,塑件可以自由地收缩与变形,直到平衡状态。

此时塑件内尚存的应力就是制程引发的残留应力,或者简称为残留应力,亚博yabo电力管它包括了流动引发的残留应力和热效应引发的残留应力,而以热效应的影响为主。 当塑件仍然受到模穴拘束时,塑件凝固所贮积的内应力称为模穴残留应力,此残留应力会驱使塑件于顶出后发生收缩和翘曲。 

一旦顶出,解除了模具对于塑件的拘束,塑件将释放模穴残留应力而收缩和翘曲。顶出塑件之收缩分布所造成的热效应残留应力分布曲线。在无外力作用下,塑件剖面的拉伸应力等于压缩应力而达到平衡状态。塑件肉厚承受不均匀的冷却,造成不对称的残留应力而发生翘曲。

模穴残留应力分布曲线及,制程引发残留应力分布:曲线和顶出后的塑件形状。

能够造成充分保压和均匀模壁温度的条件,就可以降低热效应引发的残留应力,这些条件包括: 

1:适当的保压压力和保压时间。

2:塑件的所有表面都有均匀的冷却。

3:塑件有均匀的剖面肉厚。 

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