塑膠應力消除實驗

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1. 什麼是塑膠內應力

所謂內應力（internal stress），是指當外部荷載去掉以後，仍殘存在物體內部的應力。它是由於材料內部巨觀或微觀的組織發生了不均勻的體積變化而產生的。內應力是在結構上無外力作用時保留於物體內部的應力。二是放到自然條件下進行消除（即自然時效消除內應力）。

塑料熔融加工過程中，由於溫度、壓力、變形速率和冷卻收縮等因素影響而產生的一種內在應力。幾乎所有塑料製品都會不同程度地存在內應力，這些內應力可能影響塑膠制品的尺寸穩定性、力學性能和環境應力裂解敏感性等。為了減少塑膠內應力對產品性能的影響，需要通過優化加工工藝、改善模具設計、降低應力集中和進行熱處理等方法進行改善。

2. 塑膠內應力產生的危害

(1) 造成塑膠件開裂

因為應力的存在，在受到外界作用後（如移印時接觸到化學溶劑或者噴漆後端時高溫烘烤），會誘使應力釋放而在應力殘留位置開裂(圖A-1)。

(2) 造成塑膠件翹曲和變形

因為殘留應力(Residual Stress)的存在，因此產品在室溫時會有較長時間的內應力釋放或者高溫時出現短時間內殘留應力釋放的過程，同時產品局部存在位置強度差，產品就會在應力殘留位置產生翹曲或者變形問題(圖A-2)。

(3) 造成塑膠件尺寸變化

因為應力的存在，在塑膠件放置或後處理的過程中，如果環境達到一定的溫度，塑膠件尺寸就會因應力釋放而發生變化。

(4) 產生應力痕、影響塑膠件外觀

應力痕是應力作用在塑膠件外觀上所產生的痕跡(圖A-3)。

3. 為什麼要進行塑膠件的後處理?

在成形過程中塑料熔體在溫度和壓力作用下的變形流體行為非常複雜，在加上流動前塑化不均勻及充填後冷卻速度不同，塑件內經常出現不均勻的結晶、取向和收縮，導致塑件內產生相應的結晶、取向和收縮應力，除引起脫模後時效變形外，還可使塑件的力學性能、光學性能及表現質量變壞，嚴重時還會開裂。
為了解決這些問題，可對塑件進行一些適當的後處理。後處理的方法為退火以及調濕。

退火是將塑件加熱到θg~θf(θm)間某一溫度後，進行一定時間保溫的熱處理過程。其原理是利用退火時的熱量，加速塑料中大分子鬆弛，消除或降低塑件成形後的殘餘應力。
其作用包括:

(a) 對於結晶型塑料，利用退火對它們的結晶度大小進行調整，或加速二次結晶和結晶後的過程。
(b) 控制塑料分子取向，降低塑件硬度和提高韌度。

(1) 退火溫度：
塑件的退火溫度在使用溫度以上10~20℃至熱變形溫度以下10~20℃間選擇控制。

(2) 保溫時間：
與塑料品種和塑件厚度有關，如無數據資料，也可按每毫米厚度約需30min的原則估算。

(3) 退火熱源或加熱保溫介質：
紅外線燈、鼓風烘箱及熱水、熱油、熱空氣和液體石蠟等。

注意：退火冷卻時，冷卻速度不宜過快，否則還有可能重新產生溫度應力。

4. 射出成型後製品在甚麼情況下需進行熱處理?熱處理應怎樣控制?

在注塑成型剛性大的塑料或成形厚壁、帶有金屬嵌件製品時，由於成型過程中常易出現不均勻的結晶、定向和收縮，使製品產生內應力，以致使製品的力學性能、光學性能下降，表面出現銀紋，甚至產生變形、開裂等現象，此時為減小製品的內應力，提高製品的力學性能，光學性能，需對製品進行熱處理(退火處理)。
熱處理的方法通常一般是將製品放置在一定溫度的液體介質中或熱風烘箱中靜置一段時間，然後緩慢冷卻至室溫。

處理時間一般視製品的厚度、大小而定、以達到消除內應力為宜。對於不同的材料，採用液體介質進行熱處理時，其介質有所不同，通常採用的有熱水、礦物油、甘油等，熱處理溫度通常控制在製品使用溫度的10~20℃以上或低於塑料熱變形溫度10~20℃為宜。常用幾種材料採用的熱處理介質和熱處理溫度如(圖1)所示。