注塑制品的残余应力图解

注塑制品的残余应力图解

熔融塑料填充流动过程中的剪切应力是造成注塑件内应力的原因。如果这种剪切应力过大或分布不均匀，会造成尺寸变化、分子链断裂、局部残余应力过大、制品强度下降。

由于制品透明，可以通过透光程度的不同来观察残余应力的大小和分布。图片内是透明件的透光照片。暗处是应力比较高的地带。为了放大透光度反差，人们使用简单仪器来进行观察。

另外，注塑技术人员们也经常利用这种现象来解决自己的难题。比如，他们在试模时先使用透明材料试验，然后观察试验制品的残余应力情况，据此判断流动情况，判断模具是否合理。改进后再用正常的塑料来进一步调试，直至模具验收合格。

透明注塑件因其优异的性价比得到越来越广泛的应用，但是残余应力的存在严重的影响了它的使用性能，特别是机械性能和光学性能。

在注塑过程中，复杂的热力过程形成了残余应力，通常认为残余应力包括热应力与流动应力两部分。

用光弹法测量了一系列从薄到厚的聚碳酸酯PC平板注塑件，发现随着产品厚度的增加，残余应力的分布形态呈现出规律性的变化：1．当平板厚度小于某一数值时，残余应力沿熔体充填方向排布发展；2．当厚度大于某一数值时，残余应力环绕产品形状排布发展；3．当厚度介于两个临界值之间时，残余应力的分布同时存在上述两种趋势；4．残余应力分布形态发生变化时的厚度临界值与注塑材料有关，即残余应力的分布形态和构成是由产品的材料和厚度决定的。

对于薄壁制品，主要为流动残余应力；对于厚壁制品，主要为热残余应力。

通过测量聚碳酸酯PC和聚苯乙烯PS平板不同成型条件下，制品上靠近浇口、产品中部和充填末端三个典型位置的透光率和雾度，发现：1．透光率基本上是材料固有的性能，与成型条件和产品上的位置关系不大。三种常用透明塑料透光率的大小顺序：PMMA＞PS＞PC．2．雾度受到成型条件和位置的显著影响，但透明注塑件光学性能的大小随成型条件

的变化对于产品是整体的，各位置一致。

为什么残余应力大的地方导致透光率降低，从而让我们看到发暗？

由于这些地方流动过程中的剪切应力大，使这里的分子更多地沿着流动方向排列，所以此处结晶程度加大。由于结晶度高，导致透光率下降，所以这里就显得暗。

我们知道，液晶显示器就是依据这个原理来显示图像的。由于液晶是一种介于固体与液体之间，具有规则性分子排列的有机化合物。在不同电流电场作用下，液晶分子会做规则旋转90度排列（是由液晶两端的有机固体壁分子相互成90度排列的引导而产生的），产生透光度的差别，如此在电源ON/OFF下产生明暗的区别，依此原理控制每个像素，便可构成所需图像。

另外，由于这里的局部结晶度高，与其他部位相比，分子排列更紧密，分子之间的相互作用力加大，致使这里的密度、刚性和强度都增加。而这种物理和机械性能的不均匀，导致制品在成型之后产生残余内应力。

有人询问透明注塑件的缺陷的问题，我想还是在这里解释一下如何观察到透明件内部的应力大小和不均匀程度。

在注塑过程中，复杂的热力过程形成了残余应力，通常认为残余应力包括热应力与流动应力两部分。熔融塑料填充流动过程中的剪切应力是造成注塑件内应力的两个主要原因之一。如果这种剪切应力过大或分布不均匀，会造成尺寸变化、分子链断裂、局部残余应力过大、制品强度下降。

有人用光弹法测量了一系列从薄到厚的聚碳酸酯PC平板注塑件，发现随着产品厚度的增加，残余应力的分布形态呈现出规律性的变化：1．当平板厚度小于某一数值时，残余应力沿熔体充填方向排布发展；2．当厚度大于某一数值时，残余应力环绕产品形状排布发展；3．当厚度介于两个临界值之间时，残余应力的分布同时存在上述两种趋势；4．残余应力分布形态发生变化时的厚度临界值与注塑材料有关，即残余应力的分布形态和构成是由产品的材料和厚度决定的。

他们还通过测量聚碳酸酯PC和聚苯乙烯PS平板不同成型条件下，制品上靠近浇口、产品中部和充填末端三个典型位置的透光率和雾度，发现：1．透光率基本上是材料固有的性能，与成型条件和产品上的位置关系不大。三种常用透明塑料透光率的大小顺序：PMMA ＞PS＞PC．2．雾度受到成型条件和位置的显著影响，但透明注塑件光学性能的大小随成型条件的变化对于产品是整体的，各位置一致。

由此他们得出结论：

（1）对于薄壁制品，主要为流动残余应力；

（2）对于厚壁制品，主要为热残余应力。

如果塑料制品透明，可以通过透光程度的不同来观察残余应力的大小和分布。下面的几个图片内是透明件的透光照片。暗处是应力比较高的地带。

为了放大透光度反差，人们使用简单仪器来进行观察。我们公司有几台应力观察仪。下面是仪器示意图和在仪器上拍摄的透明件透光照片。

注塑厂的技术人员们也经常利用这种现象来解决自己的难题。比如，他们在试模时先使用透明材料试验，然后观察试验制品的残余应力情况，据此判断流动情况，判断模具是否合理。改进后再用正常的塑料来进一步调试，直至模具验收合格。

那么，为什么残余应力大的地方导致透光率降低，从而让我们看到发暗？

由于这些地方流动过程中的剪切应力大，使这里的分子更多地沿着流动方向排列，所以此处结晶程度加大。由于结晶度高，导致透光率下降，所以这里就显得暗。

我们知道，液晶显示器就是依据这个原理来显示图像的。由于液晶是一种介于固体与液体之间，具有规则性分子排列的有机化合物。在不同电流电场作用下，液晶分子会做规则旋转90度排列（是由液晶两端的有机固体壁分子相互成90度排列的引导而产生的），产生透光度的差别，如此在电源ON/OFF下产生明暗的区别，依此原理控制每个像素，便可构成所需图像。

另外，由于这里的局部结晶度高，与其他部位相比，分子排列更紧密，分子之间的相互作用力加大，致使这里的密度、刚性和强度都增加。而这种物理和机械性能的不均匀，导致制品在成型之后产生残余内应力。

其实，透明还是不透明，原因很简单。可见光能通过的材料就透明。为什么透明度与结晶度有关系？因为：

（1）结晶程度高的材料，分子排列紧密整齐，就像用砖砌成的墙一样，光不能透过。金属、木材、石头等固体都是这样阻止可见光通过才不透明的。

（2）当分子之间互相杂乱无序，就像乱堆在一起的一些砖头一样，中间会留有诸多空隙。这些空隙就能让光通过。空隙越多，通过光的量就越大。玻璃和透明塑料的分子都杂乱无章，处于过冷状态的液态，而并非固态。所以光能通过这些杂乱分子之间的空隙。

（3）如果分子之间的距离增加，那么透光就更容易啦。比如，大部分液态物质透明，气体透明。

（4）在我们所讨论的透明塑料制品中，由于流动的剪切应力使分子沿着流动方向有序排列时，局部结晶度增高，当然那些部分的透光率就下降了。

（5）另外，如果冷却太慢，塑料晶体增多并且长大，透明度也下降。