淺談塑膠製品的內應力/塑膠應力
淺談塑膠製品的內應力/塑膠應力？
塑料/塑膠產品的內應力/塑膠應力痕是指在塑膠材料經由高溫熔融後，經由押出、吹塑、吹膜、射吹、射出等成型方式的加工過程中，由於受到大部分的分子鏈的異取向和冷卻收縮等因素影響而產生在產品材料當中的一種內在應力回彈，是分子鏈的重新排列或高分子糾纏回彈與拉扯。內應力的實質為分子鏈在熔融加工過程中形成的不平衡的結構現象，這種不平衡現象在冷卻固化過程中時無法立即恢復到與環境條件相適應的平衡，這種不平衡的實質面為一種可逆的高彈性形變，而凍結的分子鏈高彈性之形變，在平時以位能形式儲存在塑料製品中，在符合相適的條件下，這種被迫的不穩定結構現象將慢慢的迴向自由與穩定的結構現象轉化，位能開始轉變為動能而向外釋放。當分子鏈間的作用力和相互糾纏的纏結力承受不住這種動能時，超過相對應的極限時，塑膠產品當中的內應力平衡即遭到破壞，塑料製品就會產生應力釋放過大而開裂以及發生翹曲變形等現象。
幾乎所有塑料製品都會有不同程度地存在內應力，也就是塑膠內部殘存的應力，稱為塑膠應力，尤其是塑膠在射出成型的製品，其內應力更為明顯。內應力的存在不僅使塑料製品在儲存和使用過程中出現應力開裂和翹曲變形，也影響塑料製品的力學性能、光學性能、電學性能及外觀品質等，在外觀部分，尤其是深色與亮面高光的產品，都很有可能會出現塑膠應力痕，這些痕跡都是很難消除，除非在生產過程當中，能適時的消除塑膠應力。
為此，量產過程中，必須找出內應力產生的原因及消除內應力的辦法，需要進行塑膠應力分析，先將應力的主要原因找出來後，然後針對造成高應力的主要因素來做改善，用各種方法來最大程度地降低塑料製品內部的應力，並使殘餘的內應力在塑料製品上儘可能均勻地分布與降低，最主要的還是要避免產生內應力過度的集中現象，因為塑膠應力的差異過大的分佈，就容易造成開裂與痕跡的顯現，要避免塑膠應力集中的問題，要進行消除應力殘留，需進行塑膠應力分析、塑膠應力檢測並從而改善塑料製品的力學和熱學等性能。
射出成型製品內應力的產生分析/塑膠應力分析
塑膠內應力的產生/塑膠應力原因
在塑膠射出成型的製品中，各處局部的應力狀態是不同的，製品變形程度將決定於應力分布。如果製品在冷卻時。存在溫度梯度而且梯度很大，則這類應力會發展並存在於製品，所以這類應力又稱為「成型應力」。
塑膠射出成型製品的內應力包含兩種情況：一種是射出成型製品的成型應力，另一種是溫度應力。當熔體進入溫度較低的模具時，靠近模具的模腔壁的熔體會迅速地冷卻而固化，於是分子鏈的鏈結段被「凍結」。由於凝固的聚合物層，導熱性很差，在製品厚度方向上產生較大的溫度梯度。製品芯部凝固相當緩慢，以致於當澆口封閉時，製品中心的熔體芯層還未凝固，這時射出成型機又無法對冷卻收縮進行補料。這樣製品內部收縮作用與製品表皮層的固化層作用方向是相反的；芯部處於靜態拉伸而表層則處於靜態壓縮。
在熔體填充於模具的流動時，除了有體積收縮效應引起的應力外。還有因流道，澆口出口的膨脹效應而引起的應力；前一種效應引起的應力與熔體流動方向有關，後者是由於出口膨脹效應將引起在垂直於流動方向產生應力作用。
影響塑膠內應力／塑膠應力的工藝因素
流向方向的應力的影響在快速冷卻的條件下，分子鏈的取向會導致聚合物內應力的形成。由於聚合物熔體的黏度高，內應力不能很快回彈而鬆弛，影響製品的物理性能和尺寸穩定性。各參數對取向應力的影響：塑料熔體黏度、熔體溫度、充填的速度、成型的壓力、保壓壓力變化、模具溫度、冷卻速率、製品厚度等等條件，上述條件都會影響流向的應力大小，進而改變物理性能與尺寸穩定性。
溫度對塑膠應力的影響
如上所述，由於在充填模具時熔體和型壁之間溫度梯度很大，先凝固的外層熔體要降低後凝固的芯層熔體的收縮，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）。如果充模後又在保壓壓力的作用下持續較長時間，塑膠聚合物熔體又填補入模腔中，使模腔壓力提高，此壓力會改變由於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，製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的模腔內熔體壓力不足時，製品的外層會因凝固收縮而形成凹陷；如果在制品已形成固化層的後期模腔內熔體壓力不足時，製品的芯層會因收縮而分離，或形成空穴；如果在澆口封閉前維持模腔壓力，將有利於提高製品密度，消除冷卻溫度應力，但是在離澆口附近的區域會產生較大的應力高度集中，但若是在澆口封閉前維持過高的模腔壓力，將會造成大區域的內應力過高，進而影響物理性能。由此，熱塑性聚合物在成型時，模內壓力越大保壓時間越長，有助於溫度所產生的收縮應力的減小反之會使壓縮應力增大。
塑膠內應力與製品質量的關係
製品中塑膠內應力的存在會嚴重影響製品的力學性質和使用性能；由於製品內應力的存在和分布不均，製品在使用過程中會發生裂紋，從微小裂紋開始至製品的開裂。在玻璃轉化溫度以下使用時，常發生不規則的變形或翹曲，還會引起製品表面「泛白」、渾濁，光學性質變壞，折射率與折射角度不一致。
設法降低澆口處溫度，增加緩冷時間，有利於改善製品的應力不均，使製品的機械性能較均勻一致。不管對結晶型聚合物還是非結晶型聚合物，拉伸強度都表現出縱向與橫向的特點。對非結晶型聚合物拉伸強度會因澆口的位置而異；當澆口與充填模腔的方向一致時，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。由此看來，熔體溫度的提高，不論對結晶型聚合物還是非結晶型聚合物都會導致拉伸強度的降低，但機械物理卻不一樣；前者是由於通過取向作用降低的影響。
