转帖：塑料分子内应力与加工成型

塑料分子内应力与加工成型（一）理论解释：
塑料内应力是指在塑料熔融加工过程中由于受到大分子链的取向和冷却收缩等因素而响而产生的一种内在应力。内应力的实质为大分子链在熔融加工过程中形成的不平衡构象，这种不平衡构象在冷却固化时不能立即恢复到与环境条件相适应的平衡构象，这种不平衡构象的实质为一种可逆的高弹形变，而冻结的高弹形变平时以位能形式贮存在塑料制品中，在适宜的条件下，这种被迫的不稳定的构象将向自由的稳定的构象转化，位能转变为动能而释放。当大分子链间的作用力和相互缠结力承受不住这种动能时，内应力平衡即遭到破坏，塑料制品就会产生应力开裂及翘曲变形等现象。
几乎所有塑料制品都会不同程度地存在内应力，尤其是塑料注射制品的内应力更为明显。内应力的存在不仅使塑料制品在贮存和使用过程中出现翘曲变形和开裂，也影响塑料制品的力学性能、光学性能、电学性能及外观质量。为此，必须找出内应力产生的原因及消除内应力的办法，最大程度地降低塑料制品内部的应力，并使残余内应力在塑料制品上尽可能均匀地分布，避免产生应力集中现象，从而改善塑料制品的力学1热学等性能。
塑料内应力产生的原因
产生内应力的原因有很多，如塑料熔体在加工过程中受到较强的剪切作用，加工中存在的取向与结晶作用，熔体各部位冷却速度极难做到均匀一致，熔体塑化不均匀，制品脱模困难等，都会引发内应力的产生。依引起内应力的原因不同，可将内应力分成如下几类。
（1）取向内应力
取向内应力是塑料熔体在流动充模和保压补料过程中，大分子链沿流动方向排列定向构象被冻结而产生的一种内应力。取向应力产生的具体过程为：*近流道壁的熔体因冷却速度快而造成外层熔体粘度增高，从一而使熔体在型腔中心层流速远高于表层流速，导致熔体内部层与层之间受到剪切应力作用，产生沿流动方向的取向。取向的大分子链冻结在塑料制品内也就意味着其中存在未松弛的可逆高弹形变，所以说取向应力就是大分子链从取向构象力图过渡到无取向构象的内力。用热处理的方法，可降低或消除塑料制品内的取向应力。
塑料制品的取向内应力分布为从制品的表层到内层越来越小，并呈抛物线变化。
（2）冷却内应力
冷却内应力是塑料制品在熔融加工过程中因冷却定型时收缩不均匀而产生的一种内应力。尤其是对厚壁塑料制品，塑料制品的外层首先冷却凝固收缩，其内层可能还是热熔体，这徉芯层就会限制表层的收缩，导致芯层处于压应力状态，而表层处于拉应力状态。
塑料制品冷却内应力的分布为从制品的表层到内层越来越大，并也呈抛物线变化.。
另外，带金属嵌件的塑料制品，由于金属与塑料的热胀系数相差较大，容易形成收缩不一均匀的内应力。
除上述两种主要内应力外，还有以下几种内应力：对于结晶塑料制品而言，其制品内部各部位的结晶结构和结晶度不同也会产生内应力。另外还有构型内应.力及脱模内应力等，只是其内应力听占比重都很小。
（二）网友解释：
塑料属于大分子，正如大分子这个名字，分子量很大，分子量大的后果比较多，但是一个比较突出的问题就是大分子在加工的时候容易取向，因为有了取向，然后就有了解取向，然后又有了内应力，有了内应力呢，就有可能在后续使用中开裂，要解决开裂，又要涉及塑料回火处理，回火处理出现致解取向，所以我觉得取向、解取向、内应力、应力开裂、回火应该是一个比较热的题目，所以就收点学费，免得写了半天，版主们也不给我加分，不加分我就看不了别人的帖子，废话少说，先看看他们的关系：
大分子链 —— 取向 —— 内应力 —— 应力开裂 —— 回火 —— 解取向
取向定义
我们就不去谈取向度，多轴取向这些抽象概念了，先说说什么叫取向：线性高分子就如同毛线，当其充分伸展时，长度与直径比非常大（L/D），这种结构上的不对称性使它们在某些情况下很容易沿某个特定方向占优势平行排列，这种现象就称为取向。
那些情况下容易取向
当塑料处于玻璃态时，其分子链出去冻结状态，自然是不能取向，所以加温，当温度超过玻璃态，也就是到了高弹态，分子链的链锻可以运动了，也就具备了取向的第一个条件：链锻运动。假如继续加温，超过高弹态，也就是到了粘流态，这个分子链都可以运动，当然就更容易取向了，但是只有温度还不行，还需要借助一个外力：比如流动，压力等。这个道理就如同将毛线放入水中，毛线自然随水运动，这个叫随波逐流，所以取向的两个条件，抽象来说就是：温度、外力，形象来说就是：加工时塑料都会取向。加工当然是高温加工，加工当然有流动。所以，只要你加工塑料，取向就不可避免：取向真是无处不在，防不胜防的。
取向与解取向
俗话说，那里有压迫，那里就有反抗，那里有取向，那里就有解取向，在加工时的高温加工状态，取向与解取向时刻都在进行，取向的同时在解取向，解取向的同时又在取向（假如这个时候塑料还在流动），只是在流动状态时，取向占据了上风，部分分子链拉直了，在不流动时，解取向占据上风，部分分子链解取向成功。只有当温度到达玻璃化温度时，取向取得阶段性胜利：分子链被冻结了，解取向的工作变得非常的难，但是橡皮筋拉紧总是想收缩啊，这就产生了内应力。但是总是有人同情弱者，于是将塑料回火，让分子链得到松弛，这就是回火的目的了。
如何得到取向
正如我们上面所说，取向的过程中也有解取向，如何得到取向结果呢？那就是快速的冷冻塑料件，让温度到达玻璃化温度以下，让分子链冻结起来，解取向也就一筹莫展了，这样做的人很少，因为大家不愿意看到应力开裂，但是不否认这样做也有这样做的意义，比如各项异性，BOPP也就是其中一个应用。
如何解取向
有人就说了，我就烦取向了，我要解取向，解取向呢，就要让塑料慢慢冷却，让塑料有足够的时间去解取向，你不能一下温度降到玻璃化温度Tg以下就好了，所以世界上出现了模温机，让塑料在模具中保持一定温度，当然模温机的另一个作用是保证结晶。但是模温机上了，成本上来了，成型周期也上来了，这个世界上总是没有十全十美的事情。
取向与内应力
先让我复制上面的的内容：在流动状态时，取向占据了上风，部分分子链拉直了，在不流动时，解取向占据上风，部分分子链解取向成功，只有当温度到达玻璃化温度时，取向取得阶段性胜利：分子链被冻结了，解取向的工作变得非常的难，但是橡皮筋拉紧总是想收缩啊，这就产生了内应力。我归纳一下：流动时，分子链取向拉长，模具中成型，在到达玻璃化温度Tg时，部分取向链解取向成功，但是总是有部分不成功，分子链被冻结，拉长的分子链有收缩的趋势，于是产生内应力。
（三）举例说明
PS这种塑料，不用我说，大家都是非常熟悉了，聚苯乙烯，因为侧基有苯环，所以分子链比较刚硬，很难运动，所以一旦拉直，就很难回复，也就是很难解取向，一旦温度低于玻璃化温度Tg时，分子链被冻结，而刚性的分子链却有收缩的趋势，却不能动，内应力自然就产生了。
为什么PS这么容易产生内应力？
对于塑料呢，有些塑料加工流动性对温度敏感，有些塑料加工流动性对剪切敏感，我们的PS呢，就是那种对剪切非常敏感的材料，所以为了得到好的加工性，我们经常加强其剪切，剪切加强的一个后果就是产生剪切取向，取向的多了，最后保留伸直的分子链也就多了，这当是其中一个原因。另外说句题外话就是局部剪切还对折光率由影响，折光率影响了，透明度就开始变化了。
剪切只是外因，来说说内因吧，还是把问题说到苯环上去，因为这个苯环的存在，分子链就变得不规整，苯环的空间位阻也比较大，所以分子链比较僵硬：以后看见苯环，你就大喊一声：哇，大苯环，分子链僵硬啊。不管苯环在主链上还是侧基上，这话都不错，但是我比较反感，研究问题，不是看到苯环就条件反射大苯环，还有专门的聚苯呢，那不是要叫死了？
苯环的存在，还有一个影响就是因为其空间位阻大，也导致了聚苯乙烯的玻璃化温度Tg比较高，100度。而玻璃化温度高呢，也导致聚苯乙烯的冷却成问题：谁没有事情干将模具温度升到100度？又不是PC那么金贵，所以模具温度一低，塑料件就很容易冷却到玻璃化温度Tg以下，于是就造成分子链冻结，不能解取向，于是就内应力了。
苯环的存在，另外一个不好的影响就是：分子链主链上的叔碳原子的[wiki]氢[/wiki]活化，容易反应，反应呢就容易降解，降解呢就是老化，老化就要变脆，变脆就要被退货，老化的另一个后果就是变色，所谓年老色衰，在中国做产品，最忌讳的就是脆和变色，所以虽然聚苯乙烯的加工区间比较大（Tm~Td），但是大家还是趋向于增加剪切来改善PS的加工流动性，因为高温就热、氧化降解，谁都不愿意啊。就算你不增加剪切，剪切还是客观存在的。
因为上述原因，PS塑料加工成型后的制品，也就存在比较强的内应力了，而这个内应力也就导致塑料制品的耐环境应力开裂能力比较差劲，同是对缺口也就非常敏感了。

那个网友太厉害了  把一个问题用那样通俗的语言给解释出来  呵呵  又学到了一些东西了 谢谢

呵呵，我感觉也是，所以和大家分享一下

very good and detail, 万分感谢