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熔胶流动引发的残留应力 收缩与翘曲 模具设计

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发表于 2010-10-20 09:26 | 显示全部楼层 |阅读模式
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# V  {1 `6 ~' e7 t) X4 r1 I
  

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。


: |: F9 s4 L* X( S4 P残留应力 ! P' S! A( q$ d& v" a
  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。# a$ Z1 o3 r1 [8 r7 B* \" A) A$ u' f
熔胶流动引发的残留应力 $ Q: @& ^5 P1 d2 o
  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。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。
; t: G3 j0 g8 d" @$ v  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7-1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。 4 y: _3 S! C  S$ t  I
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,包括有:
, `  N2 s; l3 n, y0 z' X3 tŸ 高熔胶温度。9 |6 t) e3 C" c/ r+ O% \& V4 l: ^% S
Ÿ 高模壁温度。
8 i, `% M& O* H9 y# ^8 G$ U1 d0 W. nŸ 长充填时间(低熔胶速度)。
' |( y: a# o% I- n0 qŸ 降低保压压力。
5 o) P# l( Y: e! o2 jŸ 短流动路径。
, l, k# r5 k% \. i8 y4 Q% U. {9 T
  A9 V5 @2 k: x  {, b(1)   表示高冷却率、高剪应力或高配向性;2 f, Q* D) I( c5 x' O# S0 A
(2)表示低冷却率、低剪应力或低配向性。
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