ABS注塑件应力开裂原因及解决措施
摘要
针对(丙烯腈/丁二烯/苯乙烯)共聚物(ABS)注塑件在使用中经常出现放射状裂纹,从而造成制件报废的问题。人们在分析原因时往往只考虑成型工艺的影响,而忽视使用环境的影响。通过试验找到了ABS注塑件使用中产生的裂纹是因乙酸、油漆稀料等造成的外应力释放所致,并提出了ABS注塑件设计、制造、装配及使用的正确操作方法,为ABS注塑件的安全使用提供了科学依据。
(丙烯腈/丁二烯/苯乙烯)共聚物(ABS)树脂经共混改性后,形成了多种不同的牌号,其成型方法有注射、挤出、吸塑等,其中注射成型是主要的成型加工方法。注射成型主要有可成型复杂、尺寸精密的制件,易于实现自动化,操作简单等优点,但也存在注塑件会出现各种各样质量问题的缺点。ABS注塑件质量分为内部质量和外部质量两方面的内容。内部质量包括制件内部的材料组织结构形态,制件的密度、强度、应力等;外部质量即为制件表面质量,常见的有欠注(未注满)、分型线明显(跑料)、凹陷(塌坑或缩痕)、变色(分解纹)、暗纹(黑印)、熔接痕(合料纹)、银丝(水纹)、剥层(起皮)、流动痕(水波纹)、喷射流(蛇行纹)、变形(翘曲、扭曲)、光洁程度差(划伤、划痕)、龟裂(裂纹)、无光泽(不亮)、气泡(空洞或中空)、白化(有白印)等。影响ABS注塑件质量问题的因素很多,其中应力开裂是常见的致命缺陷之一,严重阻碍了ABS注塑件的应用。
1、ABS注塑件应力开裂原因分析
1. 1 应力分类及产生过程聚合物受力后,内部会产生与外力相平衡的内力,单位面积上的内力即称为应力。根据形成的原因应力可分为内应力和外应力。内应力包括主动应力和诱发应力两种类型。主动应力是与外力(注塑压力、保压压力等)相平衡的内力,故也称为成型应力。
成型应力的大小取决于聚合物的大分子结构、链段的刚性、熔体的流变学性质及制件形状的复杂程度和壁厚大小等许多因素。成型应力值过大,很容易使制件发生应力开裂和熔体破裂等成型缺陷。诱发应力的形成原因很多,诸如塑料熔体或注塑件内部温差或收缩不均匀引起的内力;制件脱模时因为模腔压力和外界压力的差值所引起的内力;
塑料熔体因为流动取向引起的内力等。显然,诱发应力一般都无法与外力平衡,并且很容易保留在冷却后的制件内部,成为残余应力,从而对制件质量产生影响。外应力主要指注塑件使用中因受到外力的作用而产生的应变力。对于塑料结构件,使用中往往与金属固定件连接,为达到紧固、牢靠,从而使制件受到较大的剪切、挤压,制件内部必然产生与外力相平衡的内力。
应力在注射过程中对制件质量的影响从理论上讲,当聚合物注射充模后,如能在保压压力作用下以极其缓慢的冷却速率固化,则聚合物大分子在模腔内就有充分的时间进行变形和重排,从而可使变形量逐渐与注塑压力和保压压力的作用达到平衡,脱模后制件中无残余应力,尺寸和形状稳定。然而,在实际生产中,出于对生产率的要求,上述方法几乎是不可能的。即使生产中采用缓冷措施,所得到的冷却速率对于大分子的变形和重排来讲,仍然非常剧烈。
故充模后的聚合物在保压压力作用下冷却固化时,大分子只能简单地按照模腔形状堆积在一起,而没有时间进行趋向于稳定状态的排列。所以,变形量与注塑压力和保压压力的作用不相适应,脱模后制件内仍将存在较大的残余应力。大分子还将随时间的延长继续进行变形和重排,以便和成型时的应力作用结果相适应(消除残余应力)。带有较大残余应力的制件经常会在不大的外力或溶剂作用下脆化开裂,即应力开裂。
应力开裂是注塑件常出现的质量问题之一,尤其是在气候温差变化较大的北方地区,应力开裂现象更为突出。裂纹多出现在制件的浇口、棱边、熔接痕等应力较集中的部位。另外,由于应力的作用,制件还常出现变形、翘曲、扭曲等缺陷。内应力从成型工艺上采取相应的措施,一般都可以使之降低到较低的限度。外应力往往容易被人们忽略,以致于把注塑件的开裂完全归结于成型过程中产生的应力,使质量问题无法从根本上得到解决。
2、影响ABS注塑件应力的因素分析
影响ABS注塑件应力的因素主要有树脂的质量、成型条件、制件和模具设计的合理性、制件的使用环境和过程等。树脂的质量对制件的应力影响很大。挥发物多,分子量分布宽,制件应力就大。
成型条件的影响因素主要有材料中的水分、料筒温度、注塑压力、保压时间、模具温度等。ABS树脂成型前必须干燥,干燥程度越高,对降低内应力越明显。提高料筒温度,可以降低熔体粘度,有利于解除分子取向,降低应力,但过高的料筒温度易使树脂分解,反而增大了制件应力,所以料筒温度应适宜。提高注塑压力或延长保压时间,会增加分子取向应力,但有利于降低收缩应力。模具温度提高会降低应力,但会使成型周期延长,增加了树脂分解的可能。
制件和模具结构主要包括制件厚度、转角过渡、进料方式等。如浇口位置、冷却管道的位置会对制件的成型质量有较大影响。增加制件壁厚会降低分子取向应力,但使收缩应力增加。制件转角处用圆弧过渡,可避免应力集中。
制件的使用环境主要包括受力情况、是否接触溶剂等。制件装配中与金属组合,应控制装配扭矩,过大的扭矩易使ABS注塑件在组合处产生较大应力。易使ABS注塑件应力开裂的溶剂或溶剂气体环境应避免接触。
检测ABS、PMMA、PC、POM、PA等塑料应力的3大方法和热处理方式！
塑料制件出现内应力，是无法注塑厂商经常遇到的事情，特别是PC材料，内应力问题，导致大量的不合格的出现。本文，就为大家介绍塑料内应力的一些检测方法以及如何处理塑料的内应力问题。
一、塑料内应力的检测方法
1.溶济法
通常是把零件放在溶剂中,15s~ 2min等,在拿出来看是否有开裂来判断是否有应力。
原理：根据介质应力决裂的现象，即溶济分子渗透到树脂的大分子之间后，降低了分子之间的彼此作用力。内应力大的地方在浸入前分子之间的作用力原来就有所削弱，浸入溶济后这些减弱处所进一步减弱，而引起开裂，内应力小的地方在短时间内不会开裂。
常用塑胶件有于检验溶液对照表：
ABS 煤油、冰醋酸PC 四氯化碳PS 煤油、冰醋酸PA 正庚烷PSF 四氯化碳 PPO 四氯化碳2.仪器法
用偏振光照耀塑料制件，视彩色光带多寡，剖析内应力的强弱，它只适用于透明的制件。偏振光法所要的仪器昂贵，操作庞杂，且正确度不高，因为制件处理前后变化不显著，光谱带上涌现的光带不一定都是内应力的影响，如制件表面的涟漪也会影响检验的结果。此法对制件的机能尚无任何影响，为无损检验，经检验过的制件可继承电镀和使用。
内应力集中处产生彩虹纹（透明产品）
3.温度骤变法
这种方法是将塑料待镀件重复受冷受热，依据裂纹呈现的时间是非来评定内应力的大小。它适用于各类塑料成形件。温度骤变法所要的装备简略，然而测验时间较长。经检修后的塑料件已被损坏，不能持续应用。
二、塑料制品内应力的消除方法
1.塑料制品的热处理
是指将成型制品在必定温度下停留一段时间而消除内应力的办法。让制件在一定的温度下,恒温数小时,使其内局部子从新排列从而到达减少或清除内应力的目标。
对制件进行热处理，可以使高聚物分子由不平衡构象向平衡构象转变，使强制冻结的处于不稳定的高弹形变取得能量而进行热松弛，从而降低或基础消除内应力。常采用的热处理温度高于制件使用温度10~20℃或低于热变形温度5~10℃。热处理时间取决于塑料品种、制件厚度、热处理温度和注塑条件。个别厚度的制件，热处理1~2小时即可，随着制件厚度增大，热处理时间应适当延长。提高热处理温度和延长热处理时间存在类似的效果，但温度的后果更显明些。
热处理方法：是将制件放入水、甘油、矿物油、乙二醇和液体石蜡等液体介质中，或放入空气轮回烘箱中加热到指定温度，并在该温度下停留一定时间，而后缓慢冷却到室温。试验表明，脱模后的制件立刻进行热处理，对降低内应力、改良制件性能的效果更明显。此外，提高模具温度，延长制件在模内冷却时间，脱模落后行保温处理都有相似热处理的作用。
2.常用塑料件的热处理温度
ABS塑料件 65-------75℃ 聚丙稀 80-----100℃氯化聚醚 80------120℃ 聚甲醛 90------120℃ 聚碳酸脂 110-----130℃聚砜 100-----120℃改性聚苯乙烯 50--------60℃ 聚苯醚 100-----120℃注明：本文来源于“今日塑价”公众号（id：jinrisujia）
注塑产品外观为什么会产生应力痕以及解决方案
在塑胶产品上，尤其是原料是ABS、PP、PC，经常会看到产品表面会有发亮的应力痕，顶针应力痕、入子应力痕、肉厚差应力痕。
这些表观发亮、发白的痕迹，就是内应力的结果，而内应力不外乎取向应力和冷却收缩应力。浇口附近不规则应力痕是典型的取向应力造成，而肉厚差则是取向和收缩应力的共同结果，而顶针、斜销应力痕形成的因素则更为多一些。
一般情况下，随着保压压力和时间的增加，最先开始的是肉厚差应力痕、顶针斜销应力痕、然后是肉厚差应力痕，最后是浇口附近不规则的应力痕（侧看会发白发亮），这当然也要看产品的具体结构以及进浇位置来看。
所以，当出现了这些应力痕的时候，降低保压压力和保压时间是最重要的，而理解了这个，则就从这里入手，来修改产品设计和模具设计则比成型调整来的更为有效
产品设计上：
1.整体肉厚过薄或流动末端肉厚较厚导致充填压力和保压压力过大，需要加胶或流动末端偷肉。也就是说保压降低时，看缩水处能否偷肉改善，不能的话则要大面加胶了；
2.尽量避免肉厚差，如有则需要做大分化；
3.公模的rib避免做的过大导致母模有rib应力痕。
4.如果是产品止口的区域，不方便做分化的情况下，需要要根部做R角过渡。
模具设计上：
1.浇口太小或数量太少、分布不均；
2.活动件配模较松或水路配置不合理导致模温较高。
成型条件上：
1.合理设置保压压力和时间（降低）；
2.模温升高或降低（升高可改善充填降低保压压力；降低则是让咬花面发亮，表面和应力痕 接近，一般而言，降低模温是多数选择）