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塑料件应力开裂原因分析及检测方法简述
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储存和使用过程中出现应力开裂和翘曲变形,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等。
应力开裂的 必要条件 是试样或零件内存在应力,并存在某种应力集中因素如缺口、表面
划伤等。那么塑件应力从何而来呢?
塑胶件内应力产生的原因
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。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的一种内应力。
尤其
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。
(3 ) 环境应力
环境应力开裂是聚烯烃类塑料的特有现象,它是指当制品存在应力时,与某些活性介质
接触,会出现脆性裂纹,最终可能导致制品破坏。这些活性物质可以是洗涤剂、皂类、
水、油、酸、碱、盐及对材料并无显着溶胀作用的有机溶剂。原料混有其它杂质或掺杂
不适当的或过量的溶剂或其它添加剂时,在某些应力集的位置就会导致裂纹。
有些塑料如 ABS 等,在受潮状况下加热会与水汽发生催化裂化反应,使制件发生大的应
变从而开裂。
(4 ) 其它
对于结晶塑料制品而言,其制品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。
PC/ABS 内应力开裂微观分析
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。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。
PC 材料容易内应力开裂是它本身分子结构决定,那就是聚碳酸酯分子结构中有苯环,所
以取向比较困难。在成型后,被取向的链节有恢复自然状态的趋势,但是由于分子链节
已被冻结和分子链之间作用力,从而可能造成制品存在应力,这就是大家常说的应力开
裂现象。尤其是回收的 PC ,由于回收 PC 的相对分子质量下降,相对分子质量分布变宽,
少量存在的水分、颜料、杂质、溶剂等极易引发开裂现象。
几种常见聚合物的内应力大小顺序 :PPOPSFPCABSPA6PPHDPE
塑料内应力的降低与分散
(1) 前期原料的选择
a )选取分子量大、分子量分布窄的树脂
聚合物分子量越大,大分子链间作用力和缠结程度增加,其制品抗应力开裂能力较强;
聚合物分子量分布越宽,其中低分子量成分越大,容易首先形成微观撕裂,造成应力集
中,便制品开裂。
b )选取杂质含量低的树脂
聚合物内的杂质即是应力的集中体,又会降低塑料的原有强度,应将杂质含量减少到最
低程度。
c )共混改性
易出现应力开裂的树脂与适宜的其它树脂共混,可降低内应力的存在程度。例如,在 PC
中混入适量 PS ,PS 呈近似珠粒状分散于 PC 连续相中,可使内应力沿球面分散缓解并
阻止裂纹扩展,从而达到降低内应力的目的。再如,在 PC 中混入适量 PE,PE 球粒外沿
可形成封闭的空化区,也可适当降低内应力。
d )增强改性
用增强纤维进行增强改性,可以降低制品的内应力,这是因为纤维缠结了很多大分子链,
从而提高应力开裂能力。例如, 30%GFPC 的耐应力开裂能力比纯 PC 提高 6 倍之多。
e )成核改性
在结晶性塑料中加入适宜的成核剂,可以在其制品中形成许多小的球晶,
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