Interne Stresserzeugung
In Spritzgussteilen unterscheidet sich der lokale Spannungszustand je nach Stelle; die Verformung wird durch die Eigenspannungsverteilung bestimmt. Entsteht beim Abkühlen ein Temperaturgradient, entwickelt sich diese Spannung weiter und wird daher auch „Formspannung“ genannt.
In spritzgegossenen Teilen treten zwei Arten innerer Spannungen auf: Formspannungen und thermische Eigenspannungen. Tritt die Schmelze bei niedrigerer Temperatur in die Form ein, kühlt sie nahe der Kavitätswand rasch ab und erstarrt, sodass die Molekülkettensegmente „eingefroren“ werden.
Aufgrund der schlechten Restwärmeleitfähigkeit der erstarrten Polymerschicht entsteht ein großer Temperaturgradient in Dickenrichtung des Produkts.
Der Kern des Produkts erstarrt relativ langsam. Wenn der Anschnitt geschlossen wird, ist die Schmelze im Zentrum des Produkts daher noch nicht erstarrt, und die Spritzgießmaschine kann die Kühlschwindung zu diesem Zeitpunkt nicht mehr ausgleichen.
Die innere Schrumpfung des Produkts erfolgt also in entgegengesetzter Richtung zur Wirkung der harten Außenschicht; der Kern steht unter statischer Spannung, während die Oberflächenschicht unter statischer Kompression steht.
Bei der Schmelzefüllung treten neben der spannungsbedingten Volumenschrumpfung auch Spannungen auf. Der erstgenannte Effekt verursacht Spannungen in Bezug auf die Fließrichtung der Schmelze, während der letztere aufgrund des Ausdehnungseffekts des Auslasses Spannungen in der Richtung senkrecht zum Fluss verursacht.
Die Prozessfaktoren, die den Stress beeinflussen
Bei schneller Abkühlung führt die Orientierung zur Bildung von Spannungen im Polymer. Aufgrund der hohen Viskosität der Polymerschmelze können die inneren Spannungen nicht schnell abgebaut werden, was die physikalischen Eigenschaften und die Dimensionsstabilität des Produkts beeinträchtigt.
Einfluss der einzelnen Parameter auf die Orientierungsspannung
(1) Schmelztemperatur, hohe Schmelztemperatur, niedrige Viskosität und Scherspannung Rückgang Orientierung; auf der anderen Seite, weil der hohen Schmelztemperatur wird die Stress-Relaxation beschleunigt, so dass die Fähigkeit zur Stärkung der Un-Orientierung.
(2) Wird der Druck der Spritzgießmaschine nicht verändert, erhöht sich der Werkzeuginnendruck, und die starke Scherwirkung führt zu einem Anstieg der Orientierungsspannung.
(3) Eine Verlängerung der Haltezeit vor dem Schließen der Düse führt zu einem Anstieg der Orientierungsspannung.
(4) Eine Erhöhung des Einspritzdrucks oder Nachdrucks erhöht die Orientierungsspannung.
(5) Eine hohe Formtemperatur kann dafür sorgen, dass das Produkt langsam abkühlt und spielt eine Rolle bei der Desorientierung.
(6) Erhöhen Sie die Dicke des Produkts, um die Orientierungsspannung zu reduzieren, weil die dickwandigen Produkte langsam abkühlen, die Viskosität steigt, und der Stress-Relaxationsprozess von einer langen Zeit, so dass die Orientierungsspannung klein ist.
Auswirkungen auf die Temperaturbelastung
(1) Wie oben erwähnt, muss aufgrund des großen Temperaturgradienten zwischen der Schmelze und der Wand beim Füllen der Spritzgussform die zuerst erstarrende äußere Schmelzeschicht dazu beitragen, die Schwindung der später erstarrenden dünnen inneren Oberflächenschicht der Schmelze zu begrenzen. Dadurch entstehen Druckspannungen (Schwindungsspannungen) in der äußeren Schicht und Zugspannungen (Orientierungsspannungen) in der inneren Schicht.
(2) Wenn die Form gefüllt ist und der Nachdruck lange anhält, wird der Formkavität weitere Polymerschmelze zugeführt, wodurch der Spritzdruck in der Kavität steigt; dieser Druck verändert aufgrund der ungleichmäßigen Temperatur die inneren Spannungen.
Bei kurzer Haltezeit und niedrigem Werkzeuginnendruck behält das Produkt beim Abkühlen jedoch den ursprünglichen Spannungszustand bei.
(3) Ist der Kavitätsdruck zu Beginn der Produktkühlung unzureichend, bildet die Außenschicht aufgrund der Erstarrungsschwindung eine Vertiefung. Ist der Druck in der Spritzgießformkavität später unzureichend, wenn bereits eine kalte harte Schicht entstanden ist, trennt sich die Innenschicht durch Schwindung oder bildet Hohlräume.
(4) Wenn der Werkzeuginnendruck aufrechterhalten wird, bevor der Anschnitt geschlossen wird, ist es vorteilhaft, die Dichte des Produkts zu verbessern und den Kühltemperaturstress zu beseitigen, aber eine große Spannungskonzentration wird in der Nähe des Anschnitts erzeugt.
(5) Je höher der Druck in der Form ist, desto länger ist die Haltezeit, die dazu beiträgt, die durch die Temperatur erzeugte Schwindungsspannung zu verringern, und umgekehrt die Druckspannung erhöht.
Der Zusammenhang zwischen Eigenspannung und Produktqualität
(1) Das Vorhandensein innerer Spannungen im Produkt beeinträchtigt die mechanischen Eigenschaften und die Leistung des Produkts ernsthaft; aufgrund des Vorhandenseins und der ungleichmäßigen Verteilung innerer Spannungen werden bei der Verwendung des Produkts Risse auftreten.
In der Glasübergangstemperatur unterhalb der Verwendung, oft auftreten, unregelmäßige Verformung oder Verzug, sondern auch dazu führen, dass die Oberfläche des Produkts “weiß”, trübe, optische Eigenschaften Verschlechterung.
(2) Versuchen Sie, die Temperatur am Anschnitt zu senken und die langsame Abkühlungszeit zu erhöhen, was zur Verbesserung der Eigenspannungsungleichmäßigkeit des Produkts beiträgt, so dass die mechanischen Eigenschaften des Produkts einheitlich sind.
(3) Unabhängig davon, ob es sich um ein kristallines oder ein nicht-kristallines Polymer handelt, weist die Zugfestigkeit anisotrope Eigenschaften auf.
Bei nichtkristallinen Polymeren hängt die Zugfestigkeit von der Anschnittposition ab. Liegt der Anschnitt in Füllrichtung, sinkt sie mit steigender Schmelzetemperatur; liegt er senkrecht zur Füllrichtung der Spritzgießform, steigt sie mit der Schmelzetemperatur.
(4) Die Erhöhung der Schmelzetemperatur führt zu einer Verstärkung des Reorientierungseffekts, während die Abschwächung des Orientierungseffekts die Zugfestigkeit verringert.
Da die Anisotropie nichtkristalliner Polymere stärker ist als die kristalliner Polymere, ist die Zugfestigkeit in der Richtung senkrecht zur Fließrichtung bei ersteren größer als bei letzteren.
Niedertemperatur-Spritzgießen weist eine stärkere mechanische Anisotropie auf als Hochtemperatur-Spritzgießen. Das Festigkeitsverhältnis senkrecht zur Fließrichtung beträgt beispielsweise bei hoher Einspritztemperatur 1,7 und bei niedriger 2.
(5) Eine Erhöhung der Schmelzetemperatur führt also sowohl bei kristallinen als auch bei nichtkristallinen Polymeren zu einer Abnahme der Zugfestigkeit, aber der Mechanismus ist unterschiedlich; ersterer ist auf den Effekt der Verringerung durch die Orientierung zurückzuführen.
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