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塑料的内应力
塑料内应力是指在塑料熔融加工过程中由于受到大分子链的取向和冷却收缩等因素而响而产生的一种内在应力。内应力的实质为大分子链在熔融加工过程中形成的不平衡构象,这种不平衡构象在冷却固化时不能立即恢复到与环境条件相适应的平衡构象,这种不平衡构象的实质为一种可逆的高弹形变,而冻结的高弹形变平时以位能形式贮存在塑料制品中,在适宜的条件下,这种被迫的不稳定的构象将向自由的稳定的构象转化,位能转变为动能而释放。当大分子链间的作用力和相互缠结力承受不住这种动能时,内应力平衡即遭到破坏,塑料制品就会产生应力开裂及翘曲变形等现象。
几乎所有塑料制品都会不同程度地存在内应力,尤其是塑料注射制品的内应力更为明显。内应力的存在不仅使塑料制品在贮存和使用过程中出现翘曲变形和开裂,也影响塑料制品的力学性能、光学性能、电学性能及外观质量。为此,必须找出内应力产生的原因及消除内应力的办法,最大程度地降低塑料制品内部的应力,并使残余内应力在塑料制品上尽可能均匀地分布,避免产生应力集中现象,从而改善塑料制品的力学/热学等性能。
塑料内应力产生的原因
产生内应力的原因有很多,如塑料熔体在加工过程中受到较强的剪切作用,加工中存在的取向与结晶作用,熔体各部位冷却速度极难做到均匀
一致,熔体塑化不均匀,制品脱模困难等,都会引发内应力的产生。依引起内应力的原因不同,可将内应力分成如下几类。
(1)取向内应力
取向内应力是塑料熔体在流动充模和保压补料过程中,大分子链沿流动方向排列定向构象被冻结而产生的一种内应力。
取向应力产生的具体过程为:
近流道壁的熔体因冷却速度快而造成外层熔体粘度增高,从一而使熔体在型腔中心层流速远高于表层流速,导致熔体内部层与层之间受到剪切应力作用,产生沿流动方向的取向。取向的大分子链冻结在塑料制品内也就意味着其中存在未松弛的可逆高弹形变,所以说取向应力就是大分子链从取向构象力图过渡到无取向构象的内力。用热处理的方法,可降低或消除塑料制品内的取向应力。塑料制品的取向内应力分布为从制品的表层到内层越来越小,并呈抛物线变化。
(2)冷却内应力
冷却内应力是塑料制品在熔融加工过程中因冷却定型时收缩不均匀而产生的一种内应力。尤其是对厚壁塑料制品,塑料制品的外层首先冷却凝固收缩,其内层可能还是热熔体,
这徉芯层就会限制表层的收缩,导致芯层处于压应力状态,而表层处于拉应力状态。塑料制品冷却内应力的分布为从制品的表层到内层越来越大,并也呈抛物线变化。
另外,带金属嵌件的塑料制品,由于金属与塑料的热胀系数相差较大,容易形成收缩不一均匀的内应力。除上述两种主要内应力外,还有以下几
种内应力:对于结晶塑料制品而言,其制品内部各部位的结晶结构和结晶度不同也会产生内应力。另外还有构型内应力及脱模内应力等,只是其内应力听占比重都很小。
影响塑料内应力产生的因素
(1)分子链的刚性
分子链刚性越大,熔体粘度越高,聚合物分子链活动性差,因而对于发生的可逆高弹形变恢复性差,易产生残余内应力口例如,一些分子链中含有苯环的聚合物,如PC、PPO、PPS等,其相应制品的内应力偏大。
(2)分子链的极性
一分子链的极性越大,分子间相互吸引的作用力越大,从而使分子间相互移动困难增大,恢复可逆弹性形变的程度减小,