工艺讨论：内应力是如何形成的？

周升霞66

1、内应力产生

在注塑制品中，各处局部应力状态是不同的，制品变形程度将决定于应力分布。如果制品在冷却时。存在温度梯度，则这类应力会发展，所以这类应力又称为“成型应力”。
   
注塑制品的内应力包两种：一种是注塑制品成型应力，另一种是温度应力。当熔体进入温度较低的模具时，靠近模腔壁的熔体讯速地冷却而固化，于是分子链段被“冻结”。由于凝固的聚合物层，导热性很差，在制品厚度方向上产生较大的温度梯度。制品心部凝固相当缓慢，以致于当浇口封闭时，制品中心的熔体单元还未凝固，这时注塑机又无法对冷却收缩进行补料。

这样制品内部收缩作用与硬皮层作用方向是相反的；心部处于静态拉伸而表层则处于静态压缩。
   
在熔体充模流动时，除了有体积收缩效应引起的应力外。还有因流道，浇口出口的膨胀效应而引起的应力；前一种效应引起的应力与熔体流动方向有关，后者由于出口膨胀效应将引起在垂直于流动方向应力作用。

2、影响应力的工艺因素

（1）向应力的影响在速冷条件下，取向会导致聚合物内应力的形成。由于聚合物熔体的粘度高，内应力不能很快松驰，影响制品的物理性能和尺寸稳定性。

各参数对取向应力的影响：

熔体温度，熔体温度高，粘度低，剪切应力降低取向度减小；另一方面由于熔体温度高会使应力松驰加快，促使解取向能力加强。

可是在不改变注塑机压力的情况下，模腔压力会增大，强剪切作用又导致取向应力的提高。

在喷嘴封闭以前，延长保压时间，会导致取向应力增加。

提高注射压力或保压压力，会增大取向应力，

模具温度高可保证制品缓慢冷却，起到解取向作用。

增加制品厚度使取向应力降低，因为厚壁制品冷却时慢，粘度提高慢，应力松驰过程的时间长，所以取向应力小。

（2）对温度应力的影响

如上所述由于在充模时熔体和型壁之间温度梯度很大，先凝固的外层熔体要助止后凝固的内层熔体的收缩，结果在外层产生压应力（收缩应力），内层产生拉应力（取向应力）。
  
如果充模后又在保压压力的作用下持续较长时间，聚合物熔体又补入模腔中，使模腔压力提高，此压力会改变由于温度不均而产生的内应力。但在保压时间短，模腔压力又较低的情况下，制品内部仍会保持原来冷却时的应力状态。
   
如果在制品冷却初期模腔压力不足时，制品的外层会因凝固收缩而形成凹陷；如果在制品已形成冷硬层的后期模腔压力不足时，制品的内层会因收缩而分离，或形成空穴；如果在浇口封闭前维持模腔压力，有利于提高制品密度，消除冷却温度应力，但是在浇口附近会产生较大的应力集中。
   
由此看来热塑性聚合物在成型时，模内压力越大保压时间越长，有助于温度所产生的收缩应力的减小反之会使压缩应力增大。
   
3、内应力与制品质量的关系
   
制品中内应力的存在会严重影响制品的力学性质和使用性能；由于制品内应力的存在和分布不均，制品在使用过程中会发生裂纹。在玻璃化温度以下使用时，常发生不规则的变形或翘曲，还会引起制品表面“泛白”，浑浊，光学性质变坏。
   
设法降低浇口处温度，增加缓冷时间，有利于改善制品的应力不均，使制品的机械性能均一。
   
不管对结晶型聚合物还是非结晶型聚合物，拉伸强度都表现出各向异向的特点。对非结晶型聚合物拉伸强度会因浇口的们置而异；当浇口与充模方向一致时，拉伸强度随熔体温度提高而降低；当浇口与充模方向垂直时，拉伸强度随熔体温度的提高而增加。
   
由于熔体温度提高导致解取向作用加强，而取向作用减弱使拉伸强度降低。浇口的方位会通过影响料流的方向来影响取向，又由于非结晶型聚合物比结晶型聚合物的各向异性表现的强烈，所以在垂直于流动方向上的拉伸强度前者比后者大。低温注射比高温注射有更大的力学各向异性，如注射温度高时，垂直方向与流动方向的强度比为1.7，注射温度低时为2 。
   
由此看来，熔体温度的提高，不论对结晶型聚合物还是非结晶型聚合物都会导致拉伸强度的降低，但机理却不一样；前者是由于通过取向作用降低的影响。