注塑产品残余应力
注塑制品内部普遍存在10-40MPa的残余应力,这些应力集中会导致制品后期出现开裂、银纹等缺陷,其产生本质是材料形变历史的内禀特性。
1. 剪切诱导取向
熔体在流道中承受10^3-10^4 s^-1的剪切速率,大分子链产生取向排列。快速冷却(>100℃/s)使取向冻结,形成20-30MPa的冻结应力。
2. 非均衡收缩
结晶材料(如PP)在结晶度提高1%时,体积收缩增加0.06%。模腔不同区域的冷却速率差导致收缩差异,产生5-15MPa的收缩应力。
3. 热弹性约束
模具约束下,材料从Tg以上(如PC的150℃)冷却至室温时,热收缩被抑制产生热应力。温差100℃时理论应力值可达60MPa(实际受松弛影响降为20-30MPa)。
4. 保压阶段压缩
保压压力(通常50-100MPa)使熔体承受体积压缩,压力梯度导致密度差异。保压结束时芯部材料仍处于高压状态,形成压缩残余应力。
5. 相变应力
对于半结晶材料,结晶过程(如PBT在180-210℃)体积收缩4-6%,非晶区与结晶区的收缩差异产生界面应力。
降低残余应力需综合施策:提高模具温度(降低冷却速率30-50%),采用分级保压(压力逐段下降20%),进行退火处理(Tg以下10-20℃保温2-4小时),并优化浇口设计减少流动取向。
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