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注塑制品内应力的分析及控制
震德技术中心吴培新
在注塑加工过程中，注塑制品存在着一个内在的质量问题-------内应力。内应力的来源与所使用的塑料原料种类、注塑机的类型与塑化系统的结构、模具的结构及精度、塑料制品的结构、注塑成型的工艺参数的设定及控制、生产环境及操作者的状态等有关。其中任何一项出现问题，都将影响到制品的质量。而且，由于制品的表面质量是内在质量的反映，所以，凡是能引起制品内在质量的因素，都能同时引起制品的表面质量及其他质量问题，如引起制品的开裂、银纹、翘曲、变形、力学强度降低，甚至失去使用价值等问题。
由于注塑过程中，除了引起制品翘曲变形的内应力可以直观感觉到外，其它质量问题不但用肉眼看不到，而且在短时间内也没有表露出来。所以注塑加工现场的工程人员对于这个问题一般不很重视，但是却可能存在着很大的质量隐患。所以，本文针对内应力这个内在的质量问题展开分析，并提出控制的一些方法，希望对现场控制产品质量的工程人员有所帮助和启示。
一、内应力的种类及产生原因
注塑制品的内应力主要有以下四种：
1、温度应力：是制品冷却时温度不均产生的应力。当熔体进入温度较低的模具时，靠近模腔壁的熔体迅速地冷却而固化。由于凝固的聚合物层导热性很差，因而在制品厚度方向上产生较大的温度梯度。先凝固的外层熔体要阻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）。另方面，因制品壁厚不均匀，冷却速度不一致，从而产生冷却温度不均现象。
2、取向应力：是制品内部大分子取向产生的应力。对于线形树脂和纤维增强的塑料，在加工中最容易产生取向应力。其结果，沿着流动方向的分子取向程度最大，在速冷条件下，如果被拉直的分子链来不及松弛，则在该方向上产生了取向应力。
3、收缩应力：注塑过程中，塑料分子本身的平衡状态受到破坏，并产生不平衡体积时的应力。如结晶塑料的晶区与非晶区界面因收缩不均产生的内应力。
4、脱模应力：脱模时制品变形产生的应力。这主要是模具加工精度较差和设计不合理造成，如脱模斜度不够，顶针数量不够或顶出不平衡等。
以上2至4类应力可以归纳为成型应力，是成型过程产生的应力。一般注塑制品中同时都存在几种应力，制品的破坏，是由几种应力共同作用的结果。
二、内应力对注塑制品的影响
制品中内应力的存在会严重影响到制品的力学性能和使用性能。它的存在将降低了制品对光、热以及腐蚀介质的抵抗能力。同时，制品在使用过程中将出现裂纹、不规则变形和翘曲，制品表面泛白、浑浊、光学性能下降等结果。
三、内应力的控制
当注塑制品内的残余应力太高或应力分布不均时，塑件表面就会产生变形、泛白、裂纹及破裂等现象。
一般情况下，浇口附近最容易发生由残余应力引起的裂纹及破裂，因为浇口处的成型压力相对其他部位要高一些，尤其是主流道为直接浇口时更是如此。当塑件的壁厚不均匀，熔料的冷却速度不一致时，由于厚薄部位的收缩量不同，也产生残余应力。在速冷条件下，取向的分子链不能很快松驰会导致聚合物内应力的形成，等等。由此，可以通过减少制品残余应力来防止或减小注塑制品产生以上缺陷。减少残余应力的主要方法是改进浇注系统的结构形式和调整好塑件的成型条件。
1、减小取向应力的影响
a、提高熔体温度，使剪切应力降低，分子取向度减小；另一方面会使应力松驰加快，促使解取向能力加强。但有的材料成形温度范围窄，提高料温时可能出现分解，从而影响制品的抗衡力，会使制品开裂。
b、尽量减短保压时间，以减小取向应力。
c、减小注射压力或保压压力，会使取向应力减小。因担心制品出现收缩凹陷或试图取得更好表面光泽而将注射压力、速度等调得过大，会造成制品内部产生大的应变。结果，有些制品很快就开裂了，有些制品在存放一段时间后慢慢出现微裂或裂纹。当中心浇口出现以浇口为中心的放射状开裂时，应考虑调节浇口尺寸，使型腔内的压力减少，减小取向应力。有可能时，重新安排浇口的位置和形式，也可以增设必要的辅助浇口。
d、提高模具温度，使解取向作用加强。虽然高的模温可减少聚合物的分子取向，但是，却使结晶性塑料结晶度提高，或因模温过高使塑料难以固化而造成脱模困难，所以要注意。相反，如果模温太低，塑料过早冷却，熔接缝有可能产生，制品容易开裂。
e、有可能的话增加制品壁厚，使取向应力降低。
2、减小温度应力的影响
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。设法降低浇口处温度，延长缓冷时间，有利于改善制品的应力不均，使制品的机械性能均一。
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。对非结晶型聚合物，拉伸强度会因浇口的位置而异。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。
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