注塑制品的双折射效应

camera analyser
塑料制品光弹性效应热消退试验仪器系统
4
PC注塑制品残余应力的双折射效应消退法
2. PS注塑样品双折射效应的热消退试验
(a)PS-50℃
(b)PS-70℃
(c)PS-80℃
(d)PS-84℃
(e)PS-86℃
(f)PS-88℃
(g)PS-90℃
(h)PS-92℃
(i)PS-94℃
1.70
1.14
150.0
1.707
2.35
1.55
1.03
152.5
1.383
2.00
1.30
0.82
11
PC注塑制品残余应力的双折射效应消退法
2.8
2.4
n1 0.9831x 0.6511
2
n2 0.7306x 0.2939
n3 0.5717x 0.0375 1.6
n
1.2
0.8
0.4
(c) 110℃
(d) 130℃
(e) 145℃
(f) 147.5℃
(g)150℃
(h) 152.5℃
表1 PC注塑样品各测点在不同温度下的等差线条纹级次及其转换值( T0 145C,Tm 165C)
T( C ) 145.0
x
n1
n2
n3
2.000
2.60
1.75
1.17
147.5
1.924
2.55
0 0
0.2 0.4 0.6 0.8 1 x
point 1 point 2 point 3
1.2 1.4 1.6 1.8 2
4
4
nc1 2 ( xi n1i 4xn1) ( xi2 4x 2 ) 2 0.9831 1.9662
i 1
i 1
4
4
nc2 2 ( xi n2i 4xn2 ) ( xi2 4x 2 ) 2 0.7306 1.4612
(f) 100℃
(g) 110℃
(h) 120℃
(i) 130℃
(j)135℃
(k) 140℃
(l) 145℃
(m) 150℃
(n) 155℃
(o) 160℃
在PC挤压板升温实验
8
PC注塑制品残余应力的双折射效应消退法
Relative fringe order n'
3
Point 1
2.5
图6 PC挤压板相对条纹级次随温度的变化趋势
不妨把注塑制品的双折射看作是由取向双折射与应力双折射组成。即
制品双折射效应=取向双折射效应+应力双折射效应
取向双折射可看做像晶体那样的固有光学特性，只有温度接近熔融温度时，随着分 子链的取向的恢复，双折射才会随之消失；
而应力双折射取决于材料的应力光敏特性，当材料对应力敏感时才会有此双折射现 象。假若材料为应力光敏性的，则当对制品加温至低于熔融温度的某临界温度时， 材料软化就即会导致应力松弛，因而相应的双折射效应应随之消退。
n nc n0
n
nc 2
cos
T Tm
T0 nc n0
( xi , ni )
nc 2
n
nc 2
x
n0
n0
n0
o
T0
T
Tm
o
x 2
令
x
co
s
T Tm
T0 T0
1
，可将消退方程变为直线方程：n
nc 2
x n0
(0 x 2)
N
N
通过分级观察，由最小二乘法可得
那么，材料的双折射现象是否都包含材料的各向异性和残余应力信息 呢？需要通过实验深入认识与分析。
单向拉伸试样的变形
注塑制品中出现的银纹与等差线关系
2
PC注塑制品残余应力的双折射效应消退法
人们认为注塑制品在注塑、保压、冷凝过程中存在流动应力和保压应力，流动应 力引起分子链的取向性变化，在制品脱模过程中，保压应力的分布会发生变化，一 部分应力得到松弛，而不能松弛的应力便形成残余应力。
6
PC注塑制品残余应力的双折射效应消退法
4.PC挤压板加温实验观察 在PC挤压板中有沿纵向的初始等差线条纹，在同一等差线处沿纵向裁取试样， 通过固定变形方式产生人为残余应力。
1
2
1
2
3
3
7
PC注塑制品残余应力的双折射效应消退法
1 2 3
(a) 50℃
(b) 60℃
(c) 70℃
(d)80℃
(e) 90℃
(j)PS-96℃
(k)PS-98℃
(l)PS-100℃
图2 PS注塑样品双折射效应的热消退试验
5
PC注塑制品残余应力的双折射效应消退法
3.PS注塑制品的弯曲实验观察
弯曲前
拉伸前
拉伸后
弯曲后
板条试样拉伸前后变化不明显，弯曲变形时也未看到平行等差线，说明PS对应 力不够敏感，为近光惰性材料，双折射现象可基本上看做代表分子链的取向， 不方便用来确定残余应力。
nc 2 ( xi ni Nxn) ( xi2 Nx 2 )
i 1
i 1
类似地，残余应力等倾线参数
N
N
c 2( xii Nx ) ( xi2 Nx2)
i 1
i 1
10
PC注塑制品残余应力的双折射效应消退法
6.PC注塑制品残余应力诱导双折射的测定
123 (a) 70℃
(b) 90℃
Point 2
2
1.5
1
0.5
Ⅰ
Ⅱ
Ⅲ
0
50
60
70
80
90 100 110 120 130 140 150 160
Temperature T ( C )
PC挤压板相对条纹级次随温度的变化趋势
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PC注塑制品残余应力的双折射效应消退法
5. PC制品残余应力诱导双折射测定的加热消退法 假定等差线条纹级次消退曲线如下图所示：
基于上述想法，最近对不同注塑制品进行了升温观察实验。并由此提出一种实验测 定PC制品残余应力的新方法。
3
PC注塑制品残余应力的双折射效应消退法
1. 注塑制品的实验仪器系统
light source
quarter-wave plates specimen
polariser
thermostated container glass window
PC注塑制品残余应力的 双折射效应消退法
高分子材料注塑制品在光弹性仪下观察，可看到双折射条纹， 这种双折射代表什么信息？是当前人们关心的热点问题。
塑料眼镜
塑料水杯
注塑拉伸试样
1
PC注塑制品残余应力的双折射效应消退法
人们发现注塑高分子材料在注塑的顺流向具有很高的延伸率，而正交 于顺流方向却变得很脆，容易形成顺流方向随时间不断增长的银纹。这 种现象归结为材料的各向异性和残余应力的作用。
i 1
i 1
4
4
nc3 2 ( xi n3i 4xn3 ) ( xi2 4x 2 ) 2 0.5717 1.1434
i 1
i 1
12