塑料內應力的案例
注塑產品內應力詳細分析與解決方案
為此，必須找出內應力產生的原因及消除內應力的辦法，最大程度地降低塑料制品內部的應力，并使殘余內應力在塑料制品上盡可能均勻地分布，避免產生應力集中現象，從而改善塑料制品的力學1熱學等性能。
塑料內應力產生的原因
產生內應力的原因有很多，如塑料熔體在加工過程中受到較強的剪切作用，加工中存在的取向與結晶作用，熔體各部位冷卻速度極難做到均勻一致，熔體塑化不均勻，制品脫模困難等，都會引發內應力的產生。依引起內應力的原因不同，可將內應力分成如下幾類。
（1）取向內應力
取向內應力是塑料熔體在流動充模和保壓補料過程中，大分子鏈沿流動方向排列定向構象被凍結而產生的一種內應力。取向應力產生的具體過程為：*近流道壁的熔體因冷卻速度快而造成外層熔體粘度增高，從一而使熔體在型腔中心層流速遠高于表層流速，導致熔體內部層與層之間受到剪切應力作用，產生沿流動方向的取向。
取向的大分子鏈凍結在塑料制品內也就意味著其中存在未松弛的可逆高彈形變，所以說取向應力就是大分子鏈從取向構象力圖過渡到無取向構象的內力。用熱處理的方法，可降低或消除塑料制品內的取向應力。
塑料制品的取向內應力分布為從制品的表層到內層越來越小，并呈拋物線變化。
（2）冷卻內應力
冷卻內應力是塑料制品在熔融加工過程中因冷卻定型時收縮不均勻而產生的一種內應力。尤其是對厚壁塑料制品，塑料制品的外層首先冷卻凝固收縮，其內層可能還是熱熔體，這樣芯層就會限制表層的收縮，導致芯層處于壓應力狀態，而表層處于拉應力狀態。
塑料制品冷卻內應力的分布為從制品的表層到內層越來越大，并也呈拋物線變化。
另外，帶金屬嵌件的塑料制品，由于金屬與塑料的熱脹系數相差較大，容易形成收縮不一均勻的內應力。
除上述兩種主要內應力外，還有以下幾種內應力：對于結晶塑料制品而言，其制品內部各部位的結晶結構和結晶度不同也會產生內應力。
展開 檢測注塑件內應力的三種方法
原理：根據介質應力決裂的現象，即溶濟分子滲透到樹脂的大分子之間后，降低了分子之間的彼此作用力。內應力大的地方在浸入前分子之間的作用力原來就有所削弱，浸入溶濟后這些減弱了的處所進一步減弱，而引起開裂，內應力小的地方在短時間內不會開裂。因此，可以從待鍍件表面開裂的時間和程度來斷定鍍件內應力的大小及其部位。從而斷定塑料件是否進行電鍍。
儀器法
用偏振光照耀塑料制件，視彩色光帶多寡，剖析內應力的強弱，它只適用于透明的制件。偏振光法所要的儀器昂貴，操作龐雜，且正確度不高，因為制件處理前后變化不顯著，光譜帶上涌現的光帶不一定都是內應力的影響，如制件表面的漣漪也會影響檢驗的成果。不外此法對制件的機能尚無任何影響，為無損檢驗，經檢驗過的制件可繼承電鍍和使用。
展開 如何從塑料制品的設計上預防應力開裂？
塑料制品的形狀和尺寸
在具體設計塑料制品時，為了有效地分散內應力，應遵循這樣的原則：制品外形應盡可能保持連續性，避免銳角、直角、缺口及突然擴大或縮小。
對于塑料制品的邊緣處應設計成圓角，其中內圓角半徑應大于相鄰兩壁中薄者厚度的70%以上；外圓角半徑則根據制品形狀而確定。
對于壁厚相差較大的部位，因冷卻速度不同，易產生冷卻內應力及取向內應力。因此，應設計成壁厚盡可能均勻的制件，如必須壁厚不均勻，則要進行壁厚差異的漸變過渡。
合理設計金屬嵌件
塑料與金屬的熱膨脹系數相差5~10倍，因而帶金屬嵌件的塑料制品在冷卻時，兩者形成的收縮程度不同，因塑料的收縮比較大而緊緊抱住金屬嵌件，在嵌件周圍的塑料內層受壓應力，而外層受拉應力作用，產生應力集中現象。
在具體設汁嵌件時，應注意如下幾點，以幫助減小或消除內應力：
a.盡可能選擇塑料件作為嵌件。
b.盡可能選擇與塑料熱膨脹系數相差小的金屬材料做嵌件材料，如鋁、鋁合金及銅等。
c.在金屬嵌件上涂覆一層橡膠或聚氨酯彈性緩沖層，并保證成型時涂覆層不熔化，可降低兩者收縮差。
d.對金屬嵌件進行表面脫脂化處理，可以防止油脂加速制品的應力開裂。
e.金屬嵌件進行適當的預熱處理。
f.金屬嵌件周圍塑料的厚度要充足。例如，嵌件外徑為D，嵌件周圍塑料厚度為h，則對鋁嵌件塑料厚度h≥0.8D；對于銅嵌件，塑料厚度h≥0.9 D。
g.金屬嵌件應設計成圓滑形狀，最好帶精致的滾花紋。
展開 如何減少塑料熔體在模腔內的不規則流動
熔體在模腔內產生不規則脈沖流動
熔料的流動特性與其流變性能有關，還與決定熔料在模具入口處剪切速率的澆口截面積有關。當澆口尺寸很小而注射速率很高時，熔料是以細而彎曲的射流態注入型腔的，若熔料的冷卻速度很快，就會與后續充模的不規則流料熔合不良，導致澆口附近產生表面混濁及斑紋。
有時，少量冷料會沿著模腔表面移動，使表面混濁及斑紋產生在離澆口較遠的部位。
通常，結晶型聚合物注射時產生的表面混濁及斑紋較難排除，因為這類樹脂的熔融溫度相當高，與非結晶型聚合物相比，結晶型聚合物的固化速度快，加工溫度區域窄，而且在壁厚急劇變化和熔料突然改變流動方向處產生的不規則流動熔料與其余熔料在型腔中熔合的時間也比較短，很容易產生表面混濁及斑紋。
對于排除這類故障，在工藝操作方面，應適當提高模具，料筒及噴嘴溫度，降低注射時螺桿的前進速度。
在模具操作方面，應擴大澆口尺寸，優先選用扇形澆口，如果采用隧道型澆口，其頂部尺寸太小會使澆口處的殘料雜質影響充模，加劇流料的不規則流動，應適當加大其頂部尺寸；若模具排氣不良，也會影響流料的規則性流動，應予以改進。
展開 
基于可再生資源的生物塑料可在30分鐘內獲得
本周，《自然-通訊》論文Bottle-grade polyethylene furanoate from ringopening polymerisation of cyclic oligomers報道了一種可以生產出與傳統塑料特性相似、但是更可持續的塑料聚合物的方法。該研究表明，瓶級聚乙烯呋喃酸酯——一種基于可再生資源的生物塑料——可在30分鐘內獲得。
環狀低聚物作為合成聚乙烯呋喃酸酯原材料的熱性能。Rosenboom et al.
由于我們非常依賴塑料，因此很有必要找到一種可持續的塑料替代品。然而，與常規塑料相比，可持續聚合物通常性能較差（包括變色和熱降解），因此無法用于特定的日常應用。聚乙烯呋喃酸酯具有所需的性能，但在形成后便會開始降解，因為它的反應時間非常長。
通過環狀低聚物的開環聚合合成瓶級聚乙烯呋喃酸酯。Rosenboom et al.
瑞士蘇黎世聯邦理工學院的Massimo Morbidelli及其同事提出了一種開環聚合方法，借此形成瓶級聚乙烯呋喃酸酯長直鏈。根據該方法，首先利用一種高沸點溶劑使初始材料——較小的環狀聚乙烯呋喃酸酯鏈與錫基催化劑混合。一旦聚合物產物開始形成，它就在反應條件下熔化，促進初始材料轉化。使用該方法可以在30分鐘內完成反應，反應形成的聚乙烯呋喃酸酯具備所需特性，而且降解和變色問題已降至最低。
來源：Nature自然科研
展開 塑料應力發白現象的機理
塑料在受力拉伸后，會在局部會形成細微凹槽，該處密度小，折射率與塑料本體存在差異，導致光線在此處反射光增多，出現發白現象。
銀紋現象是高分子材料所特有的一種力學現象。銀紋與裂紋有著本質的不同:裂紋中不含有任何高分子村抖,而銀紋中卻仍然有30%~50%體積分數的高分子材料。這些取向的高分子以微纖維的形式系著銀紋的兩銀紋面(圖1),銀紋依然具有強度,其力學性能也有粘彈現象。
銀紋的另一個特點是銀紋的平面垂直于產生銀紋的張應力,在張應力作用下能產生銀紋的局部區域內,聚合物呈塑性變形,高分子鏈在張應力方向高度取向,并吸收能量。在材料表面的銀紋總可見一凹槽,在體內的銀紋也有一定的空穴。這是由于聚合物的塑性伸長引起的體積增加尚不足于補償因橫向收縮導致體積的減小,致使在銀紋內產生大量的空穴,因此其密度及折光指數下降。
由于銀墳的折光指數低于聚合物本體,因此在銀紋和聚合物之間的界面有全反射現象,因此可以對聚合物材料所出現的銀紋現象進行觀測在純應力作用下引發的銀紋,稱為應力銀紋,受應力和溶劑聯合作用引發的銀紋稱為應力一溶劑銀紋。
聚合物材料環境應力銀紋和環境應力開裂的特性在工業上可用來檢查制品的內應力。只要在一定溫度范圍內,在規定的溶劑中浸泡一定時間,制品上不出現銀紋即為合格,相當簡單。
溶劑對銀紋的形成和影響主要表現在以下兩個方面:
①導致在低應力條件下銀紋的形成和生長;
②在銀紋已形成的條件的條件下加速銀紋生長成裂紋,導致材料的斷裂和破壞。圖2為在常應變作用下聚苯乙烯引發銀紋的動力學曲線,從圖中可以看出溶劑的存在將大大降低產生銀紋所需的張應力。
銀紋是與斷裂密切相關的現象。
展開 美國加利福尼亞大學伯克利分校徐婷教授Nature: 開發塑料降解新工藝，最快兩天內完全分解
如果讓它們在納米范圍內分布，那么從本質上講，每個酶分子都只需要吞噬與其相鄰的聚合物，那么整個材料就會迅速分解掉。”
圖 | (a) 在塑料表面直接嵌入酶會形成斷鏈，降解速度緩慢；（b）以 RHP 包裹酶，酶在納米范圍內被限制在與聚合物鏈端的位置，降解效果顯著提升。
實驗發現，由 RHP 和酶結合而成的納米顆粒仍具有塑料特性，并可以在 170℃（338 華氏度）的溫度下熔融并擠壓成類似于普通聚酯塑料的化合物。
那么如何將酶釋放出來，打開降解的 “開關” 呢？其實很簡單！要觸發降解機制，只需使其遇熱遇水即可。
實驗表明，在室溫條件下，約一周時間內，80％的 PLA 纖維完全降解。較高溫度下降解速度則更快，在 50℃（122 華氏度）的工業堆肥條件下，PLA 在 60 天內即可降解完成。另一種聚酯塑料 PCL（聚己內酯）則在 40℃（104 華氏度）的工業堆肥條件下，在兩天內完全降解。
圖｜嵌入脂肪酶的 PCL 塑料段，在 40℃條件下浸泡于水中，24 小時后可以明顯看出降解情況，36 小時內降解為小分子，瓶中已看不出塑料蹤跡，接近完全轉化。（來源：論文）
也就是說，科學家們完全可以利用這種技術，制造出降解過程可控、真正可堆肥的塑料。
不僅如此，實驗中嵌入 PLA 的酶為蛋白酶 K，嵌入 PCL 的酶則為脂肪酶，這兩種酶都非常廉價且容易獲得。
展開 【讓隱形應力無所遁形—1】注塑件總是莫名翹曲、開裂？元兇可能就是它——看不見的“內應力”
這些看似不同的問題，其根源往往指向同一個內部因素——塑料制品內部的殘留應力。它是在注塑成型過程中，由于不均勻的冷卻、收縮、分子取向等因素“凍結”在產品內部的內部力量。
這種應力肉眼無法看見，傳統檢測往往只能等到問題最終爆發（開裂、變形）后才能事后分析，導致調試周期長、廢品率高、質量風險大。
那么，有沒有一種方法，能讓這種隱形的“內傷”實時、直觀地呈現出來，從根源上預防這些問題呢？
關注我們，下期我們將為您揭秘：如何像擁有“火眼金睛”一樣，一鍵看清塑料內部的力量分布圖。鎖定我們，讓質量控制從“猜”變“看”。
工藝討論：內應力是如何形成的？
增加制品厚度使取向應力降低，因為厚壁制品冷卻時慢，粘度提高慢，應力松馳過程的時間長，所以取向應力小。
（2）對溫度應力的影響
如上所述由于在充模時熔體和型壁之間溫度梯度很大，先凝固的外層熔體要助止后凝固的內層熔體的收縮，結果在外層產生壓應力（收縮應力），內層產生拉應力（取向應力）。
如果充模后又在保壓壓力的作用下持續較長時間，聚合物熔體又補入模腔中，使模腔壓力提高，此壓力會改變由于溫度不均而產生的內應力。但在保壓時間短，模腔壓力又較低的情況下，制品內部仍會保持原來冷卻時的應力狀態。
如果在制品冷卻初期模腔壓力不足時，制品的外層會因凝固收縮而形成凹陷；如果在制品已形成冷硬層的后期模腔壓力不足時，制品的內層會因收縮而分離，或形成空穴；如果在澆口封閉前維持模腔壓力，有利于提高制品密度，消除冷卻溫度應力，但是在澆口附近會產生較大的應力集中。
由此看來熱塑性聚合物在成型時，模內壓力越大保壓時間越長，有助于溫度所產生的收縮應力的減小反之會使壓縮應力增大。
3、內應力與制品質量的關系
制品中內應力的存在會嚴重影響制品的力學性質和使用性能；由于制品內應力的存在和分布不均，制品在使用過程中會發生裂紋。在玻璃化溫度以下使用時，常發生不規則的變形或翹曲，還會引起制品表面“泛白”，渾濁，光學性質變壞。
設法降低澆口處溫度，增加緩冷時間，有利于改善制品的應力不均，使制品的機械性能均一。
不管對結晶型聚合物還是非結晶型聚合物，拉伸強度都表現出各向異向的特點。對非結晶型聚合物拉伸強度會因澆口的們置而異；當澆口與充模方向一致時，拉伸強度隨熔體溫度提高而降低；當澆口與充模方向垂直時，拉伸強度隨熔體溫度的提高而增加。
展開 實例數據分析：球墨鑄鐵處理內應力的工藝方法
球墨鑄鐵和其他材料鑄件一樣，在成形過程中，因鑄件不同部位冷速差異以及相變體積變化等原因使鑄件內部產生應力。此外，采用拋丸方法清理鑄件，以及鑄件機械加工時馬具的切削力和零件加緊力也會使鑄件產生附加內應力。球墨鑄鐵件在生產過程中產生內應力是不可避免的。鑄件的內應力在無約束的環境中會逐漸釋放。釋放時會使鑄件尺寸和形狀發生變化。而在有約束條件下（例如用螺絲釘或其他方式把鑄件固定），將會在鑄件內產生新的內應力導致球墨鑄鐵件內應力水平提高，甚至使鑄件受到損傷。鑄件使用前進行消減內應力處理，可顯著降低殘余內應力水平。
消減鑄件內應力可以采用時效處理。按照處理方式不同，有自然時效處理、震動時效處理或消減內應力退火處理。自然時效處理需把鑄件露天放置，歷經寒暑，使鑄件內應緩慢釋放。這種處理方法耗時較長，但是內應力消減比較徹底。機床導軌一類加工后需要長期保持精密尺寸的鑄件常采用這種時效處理方法。
震動時效是一種機械式消減內應方法。處理時把激振塊固定于鑄件，調整振動源使激振塊產生與鑄件頻率相同的震動頻率，從而產生共振。鑄件金屬晶格不斷吸收振動能量，并通過矯正晶格畸變等方式使鑄件內應力釋放出來。振動時效處理所需的時間遠少于自然時效處理，一般只需要幾十分鐘。能耗較少，應力消減迅速。
當前許多工廠采用熱處理消減球墨鑄鐵件內應力。處理規范如下：鑄件裝入溫度不超過200攝氏度的熱處理爐后，以100攝氏度每小時速度加熱到560—580攝氏度，開始進行保溫。保溫過程促使鑄件由彈性狀態改變為塑性狀態。使鑄件內部應力自由釋放，達到消減內應力目的。合理的保溫時間需視鑄件厚度及復雜程度而定，一般為3—6小時。圖8—3顯示加熱溫度和保溫時間對消減殘余內應力效果的影響。600攝氏度保溫雖可消除85%--90%殘余內應力，但會使部分共析滲碳體分解或球化。
展開 用半年沉睡，換五十年清醒：鑄鐵平臺的那場“內應力”苦修
精度壽命：平臺精度的衰退主要來自兩個方面：
自然時效：新平臺在鑄造后通常會進行長達6個月至2年的自然時效或振動時效處理，以消除內應力。優和質平臺在使用過程中，內應力釋放相當慢，尺寸穩定性相當高。
磨損：工作面會隨著使用逐漸磨損。在正常、均勻的使用條件下，平臺每年的磨損量通常在微米級（0.001mm-0.005mm），這種緩慢的磨損可以通過周期性的刮研修復來抵消，從而讓平臺長期保持在高精度狀態。
報廢標準：通常只有當平臺發生嚴重的物理損傷（如斷裂、大面積崩裂）、或因長期局部磨損導致厚度過薄無法再次刮研時，才會被判定為報廢。
總的來說，只要做好了日常的防銹和防磕碰，并堅持周期性的校準與維護，一塊鑄鐵試驗平臺可以成為幾代技術人員的得力工具。
展開 
正畸大鼠磨牙牙周膜內破骨細胞的出現與應力的關系
探討正畸力作用下大鼠磨牙牙周膜內破骨細胞出現與應力的關系 ,尋找最佳正畸力。方法 :將大鼠磨牙近中移動兩周 ,計數同一牙的五張牙周切片的破骨細胞總數 ,建立三維有限元模型 ,觀察破骨細胞出現區的應力特點。結果 :40 g力值組破骨細胞總數明顯高于 10 0 g力值組 ;78.2 %的破骨細胞出現在應力在牙齒移動方向上的分量 (S11)為± (2 0～ 2 6 )g/cm2 的等值應力線經過的牙周膜內。結論 :破骨細胞的出現與S11關系密切 ,當S11不超過毛細血管平均壓力時破骨細胞較為活躍。
正畸大鼠磨牙牙周膜內破骨細胞的出現與應力的關系.pdf
展開 解決應力問題，需要調節哪些注塑成型工藝參數？
在塑料制品的成型過程中，凡能減小制品中聚合物分子取向的成型因素都可能降低取向應力；但凡能使制品中聚合物均勻冷卻的工藝條件都能降低冷卻內應力；凡有助于塑料制品脫模的加工方法都有利于降低脫模內應力。
對內應力影響較大的加工條件主要有如下幾種：
①料筒溫度
較高的料筒溫度有利于取向應力的降低，這是因為在較高的料筒溫度，熔體塑化均勻，粘度降落，流動性增加，在熔體充斥型腔過程中，分子取向作用小，因而取向應力較小。
而在較低料筒溫度下，熔體粘度較高，充模過程中分子取向較多，冷卻定型后殘余內應力則較大。但是，料筒溫度太高也不好，太高容易造成冷卻不充足，脫模時易造成變形，固然取向應力減小，但冷卻應力和脫模應力反而增大。
②模具溫度
模具溫度的高下對取向內應力和冷卻內應力的影響都很大。一方面，模具溫度過低，會造成冷卻加快，易使冷卻不均勻而引起收縮上的較大差異，從而增大冷卻內應力；
另一方面，模具溫度過低，熔體進入模其后，溫度降低加快，熔體粘度增加迅速，造成在高粘度下充模，形成取向應力的程度明顯加大。
模溫對塑料結晶影響很大，模溫越高，越有利于晶粒堆砌嚴密，晶體內部的缺點減小或消除，從而減少內應力。
另外，對于不同厚度塑料制品，其模溫請求不同。對于厚壁制品其模溫要適當高一些。
③注射壓力
注射壓力高，熔體充模進程中所受剪切作使勁大，產生取向應力的機遇也較大。因而，為了降低取向應力和打消脫模應力，應適當降低打針壓力。.
④保壓壓力
保壓壓力對塑料制品內應力的影響大于注射壓力的影響。
展開 軌道交通用電力電纜生產中易出現的問題怎么解決
針對綜合護層不平整及電火花擊穿率高問題解決措施是：
該現象主要由于電纜纜芯外徑較大，鋁帶縱包成型時因變形受力不均勻造成鋁帶縱包后不平整，首先是鋁塑復合帶縱包模具，從大到小前后共有兩組，生產前必須嚴格檢查模具尺寸，防止模具偏大導致的鋁塑帶成型困難；若生產時鋁塑帶從變形到成型，不在同一水平線上，就會出現起皺、不平等，這時就要及時的調整前后模具的位置，以確保鋁塑帶平整；鋁塑帶翻邊往往是鋁塑帶的放線架和成型模具未對齊，需要把放線架嚴格的固定在地板上；針對鋁塑帶搭口不粘合，及時的調整位置和溫度，能夠較好的解決該問題；
針對無鹵低煙阻燃聚烯烴材料表面不光滑、發泡、氣孔、穿孔等問題解決措施是：
一是嚴防膠料中有雜質混入；進廠檢查材料包裝是否破損，發現破損了要及時清潔處理；二是做好塑料防潮，若天氣潮濕，塑料在擠包前應進行至少4小時的烘干處理；三是改進擠出模具，在生產中我們發現，低煙無鹵阻燃聚烯烴材料用普通模具擠出表面不光滑，經分析認為是模套的工作面較長，塑料拉伸導致內應力較大，所以，我們設計了減小模套工作面的專用模具，并采用水槽從高溫到低溫分段冷卻方法以消除內應力；四是采用低壓縮比螺桿，降低螺桿的剪切熱；五、控制拉伸比，保持在2.0以下，降低護套擠包脫膠風險。經過試制，外觀問題得到有效解決；最后，經過采取上述措施，有效的解決了表面不光、發泡、氣孔、擊穿等問題。
展開 塑膠件實現類似金屬拉絲效果的工藝方法
塑料經電鍍之后，其機械性能有了很大的改進，例如抗拉應力、扭應力和沖擊應力都增大許多，而且抗腐蝕能力也大大增強，同時又能增加塑料的散熱能力。另外由于塑料電鍍的成本低，生產效率也高，故塑料電鍍在電子、汽車、家庭用品等被廣泛地應用。但隨著審美要求的提高，希望塑料電鍍后能做成類似金屬拉絲效果（如不銹鋼拉絲效果），故可對塑料電鍍后進行拉絲。
由于塑料電鍍電鍍層比較厚，一般可以達到 0.08-0.2mm，有時可以達到0.3mm，故可對其表面進行拉細淺絲。大致工藝流程如下：
1）去應力：由于塑料注塑后存在內應力，為了減少電鍍后制品的變形，故要去除內應力，一般用丙酮溶液浸泡；
2）脫脂：為了保證粗化時對溶液的均勻接觸，先要去除塑料件上的油脂，一般用中低溫堿性液體清洗；
3）粗化：目的是為了保證塑膠件與液體的接觸面積，一般釆用高鉻酸溶液；
4）中和、還原：去除塑膠件表面殘留的強酸、氧化物等雜質，提高塑膠件的親和性；
5）預浸：為了讓塑膠件表面附上二價鉻離子，為活化前做準備；
6）活化：為了電鍍金屬的需要，需要在塑膠件表面吸附一層催化活性的金屬層；
7）還原：活化清洗后還要進行還原處理，提高表面活性，加快沉積，同時去除表面的活化液， 防止帶入化學鍍液中引起分解；
8）化學鍍：目的是為了使塑膠件表面形成導電性良好的鍍層、鍍層均勻、連續性好，保證電路可以形成回路，以確保下一步驟的順利進行；
9）電鍍：一般采用銅、鎳、鉻三種金屬復合電鍍 在塑膠表面上，形成表面裝飾層；
10）拉絲：對表面進行拉絲，一般為細絲；
11）噴光油：拉絲后進行清洗烘干，然后對表面進行噴涂光油。
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