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殘余應力太高。當塑件內的殘余應力高于樹脂的彈性極限時,塑件表面就會產(chǎn)生裂紋及破裂。
(1)注射成型時,高聚物熔體的分子排列,在外力的作用下會產(chǎn)生分子鏈的取向,當高分子鏈從一種自然的穩(wěn)定狀態(tài)強迫過渡到另一種取向狀態(tài),最后被凍結在模具內時,冷卻后的塑件就會產(chǎn)生殘余應力。
同時,熔料在冷模內因溫差較大,很快由粘流態(tài)變化為玻璃態(tài),已取向的大分子來不及恢復初始的穩(wěn)定狀態(tài)就被凍結,也使塑件表面殘余了一部分內應力。
一般情況下,澆口附近最容易發(fā)生由殘余應力引起的裂紋及破裂,因為澆口處的成型壓力相對其他部位要高一些,尤其是主流道為直接澆口時更是如此。
此外,當塑件的壁厚不均勻,熔料的冷卻速度不一致時,由于厚薄部位的收縮量不同,前者受后者的拉伸,也會產(chǎn)生殘余應力。由于殘余應力是影響塑件裂紋及破裂的一個主要原因,因而可以通過減少殘余應力來防止塑件產(chǎn)生裂紋及破裂。減少殘余應力的主要方法是改進澆注系統(tǒng)的結構形式和調整好塑件的成型條件。
在模具設計和制作方面,可以采用壓力損失最小,而且可以承受較高注射壓力的直接澆口,可將正向澆口改為多個針式點澆口或側澆口,并減小澆口直徑。設計側澆口時,可采用成型后可將破裂部分除去的凸片澆口形式。
例如,聚碳酸脂,聚氯乙烯,聚苯醚等原料的熔體流動性能不良,需要在高壓條件下注射成型,澆口處極易產(chǎn)生裂紋,如果采用凸片或側澆口,可將成型后產(chǎn)生在凸片部分的裂紋部分除去。此外,在澆口周圍合理采用環(huán)狀加強筋也可減少澆口處的裂紋。
在工藝操作方面,通過降低注射壓力來減少殘余應力是一種最簡便方法,因為注射壓力與殘余應力呈正比例關系。如果塑件表面產(chǎn)生的裂紋四周發(fā)黑,即表明注射壓力太高或加料量太少,應適當降低注射壓力或增加供料量。在料溫及模溫較低的條件下成型時,為使型腔充滿,必然要采用較高的注射壓力,致使塑件內殘余大量應力。
對此,應適當提高料筒及模具溫度,減少熔料與模具的溫差,控制模內型胚的冷卻時間和速度,使取向的分子鏈有較長的恢復時間。
此外,在保證補料不足,不使塑件產(chǎn)生收縮凹陷的前提下,可適當縮短保壓時間,因為保壓時間太長也容易產(chǎn)生殘余應力引起裂紋。
?。?)外力導致殘余應力集中。
塑件在脫模前,如果脫模頂出機構的截面積太小或頂桿設置的數(shù)量不夠,頂桿設置的位置不合理或安裝傾斜,平衡不良,模具的脫模斜度不足,頂出阻力太大,都會由于外力作用導致應力集中,使塑件表面產(chǎn)生裂紋及破裂。
一般情況下,這類故障總是發(fā)生在頂桿的周圍。出現(xiàn)這類故障后,應認真檢查和校調頂出裝置。頂桿設置在脫模阻力最大的部位,如凸出,加強筋等處。
如果設置的頂桿數(shù)由于推頂面積受到條件限制不可能擴大時,可采取用小面積多頂桿的方法。
如果模具型腔的脫模斜度不夠,塑件表面也會出現(xiàn)擦傷形成褶皺花紋。在選定脫模斜度時,必須考慮成型原料的收縮率以及頂出系統(tǒng)的結構設置,一般情況下,脫模斜度應大于0.85%,小型塑件的脫模斜度為0.1~0.5%,大型塑件的脫模斜度可達2.5%。
?。?)成型原料與金屬嵌件的熱膨脹系數(shù)存在差異,由于熱塑性塑料的熱膨脹系數(shù)要比鋼材大9~11倍,比鋁材大6倍。因此,塑件內的金屬嵌件會妨礙塑件的整體收縮,由此產(chǎn)生的拉伸應力很大,嵌件四周會聚集大量的殘余應力引起塑件表面產(chǎn)生裂紋。這樣,對于金屬嵌件應進行預熱,特別是當塑件表面的裂紋發(fā)生在剛開機時,大部分是由于嵌件溫度太低造成的。
另外,在嵌件材質的選用方面,應盡量采用膨脹系數(shù)接近樹脂特性的材料。例如,采用鋅,鋁等輕金屬材料制作嵌件優(yōu)于鋼材。
在選用成型原料時,也應盡可能采用高分子量的樹脂,如果必須使用低分子量的成型原料時,嵌件周圍的塑料厚度應設計得厚一些,對于聚乙烯,聚碳酸脂,聚酰胺,醋酸纖維素塑料,嵌件周圍的塑料厚度至少應等于嵌件直徑的一半;對于聚苯乙烯,一般不宜設置金屬嵌件。
?。?)原料選用不當或不純凈。
不同原料對產(chǎn)生殘余應力的敏感度不同,一般非結晶型樹脂比結晶型樹脂容易產(chǎn)生殘余應力引起裂紋;對于吸水性樹脂及摻用再生料較多的樹脂,因為吸水性樹脂加熱后會分解脆化,較小的殘余應力就會引起脆裂,而再生料含量較高的樹脂中雜質較多,易揮發(fā)物含量較高,材料的強度比較低,也容易產(chǎn)生應力開裂。
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