プラスチック射出成形における内部応力の原因分析

内部応力の発生

の中で 射出成形金型プラスチック内部応力の原因分析 | ZetarMold

には2種類の内部応力がある。 射出成形部品一つは射出成形品の成形応力であり、もう一つは温度残留応力である。溶融物が低い温度で金型に入ると、キャビティ壁面付近の溶融物は急速に冷えて固化するため、分子鎖セグメントは「凍結」する。

固化ポリマー層の残留熱応力伝導率が低いため、製品の厚み方向に大きな温度勾配が発生する。

The heart of the product solidifies rather slowly, so that when the gate is closed, the melting unit in the center of the product has not yet solidified, and the injection molding machine is unable to compensate for the cooling shrinkage at this time.

従って、製品の内部収縮は硬い表皮層の作用とは逆方向であり、コアは静的張力状態にあるのに対し、表皮層は静的圧縮状態にある。

溶融充填の流れでは、応力による体積収縮効果に加えて、ランナーやゲート出口の膨張効果による応力がある。前者は溶融物の流れ方向に関係する応力を発生させ、後者は流出口の膨張効果により流れに垂直な方向に応力を発生させる。

ストレスに影響するプロセス要因

急冷条件下では、配向によってポリマーに応力が発生する。ポリマーメルトの粘度が高いため、内部応力を素早く緩和することができず、製品の物性や寸法安定性に影響を与える。

各パラメーターが配向応力に及ぼす影響

(1）溶融温度、高溶融温度、低粘度、せん断応力は配向性を低下させる。一方、溶融温度が高いため、応力緩和が促進され、配向性を強化する能力が促される。

(2) 射出成形機の圧力を変えない場合、金型キャビティ圧力が上昇し、強いせん断効果により配向応力が増加する。

(3) ノズルを閉じるまでの保持時間を長くすると、配向応力が増大する。

(4) 射出圧力または保持圧力を上げると、配向応力が増加する。

(5)高い金型温度は、製品がゆっくりと冷却されることを保証し、方向性を失う役割を果たすことができる。

(6)配向応力を減らすために製品の厚みを増す。厚肉の製品はゆっくりと冷却され、粘度が増加し、長い時間の応力緩和プロセスであるため、配向応力は小さい。

温度ストレスへの影響

(1) As mentioned above, due to the large temperature gradient between the melt and the wall when filling the injection mold, the outer layer of the melt that solidifies first has to help stop the shrinkage of the inner thin surface layer of the melt that solidifies later, resulting in compressive stress (shrinkage stress) in the outer layer and tensile stress (orientation stress) in the inner layer.

(2) If the mold is filled and continues for a long time under the action of holding pressure, the polymer melt is added to the mold cavity, so that the injection molding pressure in the mold cavity is increased, and this pressure will change the internal stress due to uneven temperature.

しかし、保持時間が短くキャビティ圧力が低い場合、製品は冷却しても元の応力状態を維持する。

(3) 製品の冷却初期に金型キャビティ圧力が不足すると、凝固収縮により製品の外層に窪みが形成される。 射出成形金型 製品が低温の硬い層を形成した後の段階で空洞の圧力が不足すると、製品の内層が収縮によって分離したり、空洞が形成されたりする。

(4)ゲートを閉じる前にキャビティ圧力を維持すると、製品の密度を向上させ、冷却温度応力を除去するのに有益であるが、ゲート近傍に大きな応力集中が発生する。

(5) したがって、金型内の圧力が高いほど保持時間が長くなり、温度によって発生する収縮応力を減少させるのに役立ち、その逆は圧縮応力を増加させるようである。

内部応力と製品品質の関係

(1)製品に内部応力が存在すると、製品の機械的特性や性能に重大な影響を及ぼす。内部応力の存在や不均一な分布により、製品を使用する過程でクラックが発生する。

使用温度以下のガラス転移温度では、多くの場合、不規則な変形や反りが発生するだけでなく、製品の表面 "白"、曇り、光学特性の劣化を引き起こす。

(2) ゲートの温度を下げるようにし、徐冷時間を長くすることで、製品の残留応力ムラを改善し、製品の機械的特性を均一にする。

(3) 結晶性ポリマーでも非結晶性ポリマーでも、引張強さは異方性を示す。

非結晶性ポリマーの場合、ゲートの位置によって引張強さが異なる。ゲートが金型充填と同じ方向にある場合、溶融温度が上昇するにつれて引張強さは低下し、ゲートが金型充填と垂直方向にある場合、溶融温度が上昇するにつれて引張強さは低下する。 射出成形金型 充填方向では、溶融温度が高くなるにつれて引張強さが増加する。

(4) 溶融温度の上昇は再配向効果の強化につながり、配向効果の弱化は引張強度を低下させる。

ゲートの配向は、材料の流れ方向に影響を与え、非結晶性ポリマーの異方性は結晶性ポリマーの異方性よりも強いため、流れ方向に垂直な方向の引張強さは、前者の方が後者よりも大きくなる。

低温 射出成形 は高温注入よりも機械的異方性が大きく、例えば、流れ方向に垂直な強度の比は、注入温度が高いと1.7、低いと2である。

(5) このように、結晶性ポリマーでも非結晶性ポリマーでも、溶融温度の上昇は引張強さの低下につながるようだが、そのメカニズムは異なっている。