所有加工工藝參數(shù)對(duì)于制件的尺寸都有直接或間接的影響。表1中列出了加工工藝參數(shù)的改變對(duì)于制件尺寸的影響情況。

表1

特別是熱塑性塑料制件的力學(xué)性能和物理性能，不僅取決于材料的化學(xué)結(jié)構(gòu)和性能，成型工藝參數(shù)的影響也很大。決定制件性能的因素取決于成型件的內(nèi)在結(jié)構(gòu)而非外觀。

成型工藝的影響有時(shí)無法避免；有時(shí)需刻意選擇。不同成型工藝條件對(duì)于熱塑性材料的分子取向、殘余應(yīng)力、晶體結(jié)構(gòu)和結(jié)以比 (指結(jié)晶材料)、填料的取向 (指填充材料或玻璃纖維增強(qiáng)材料) 等結(jié)構(gòu)特性均有彬響。

熔體在料筒里的停留時(shí)間過長(zhǎng)、溫度過高以及注射過程中流道系統(tǒng)內(nèi)顯著的剪切作用還會(huì)造成分子鏈變短或材料降解。

(1) 分子取向

分子取向是指分子鏈沿著某個(gè)特定方向的排列。塑料熔體在完全松弛的狀態(tài)下，各個(gè)分子鏈處于無規(guī)則的自由運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。當(dāng)熔體在注射型腔中流動(dòng)時(shí)，分子鏈被迫沿某一方向排列，表現(xiàn)出特定的取向，如圖1。

圖 1

在狹窄流道以及靠近型腔壁的區(qū)域，塑料熔體的剪切速率很高，因此熔體在這些區(qū)域被拉伸?？拷颓槐诘娜垠w粘附在型腔壁上，熔體中心位置的流動(dòng)速度較快。

當(dāng)取向后的熔體停止流動(dòng)時(shí)，由于熔體的熱運(yùn)動(dòng)(布朗運(yùn)動(dòng))，分子鏈重新進(jìn)人天規(guī)則、隨機(jī)的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，這個(gè)過程稱為松弛。松弛速率取決于分子結(jié)構(gòu)、所使用的添加劑 (內(nèi)潤(rùn)滑劑) 的性能，以及溫度和壓力的高低。

相對(duì)分子質(zhì)量越小，溫度越高，壓力越低，則松弛速率越高。在通常的注射溫度下，塑料熔體在幾秒中內(nèi)發(fā)生松弛，而塑料熔體的固化通常只需要幾分之一秒的時(shí)間，表層固化時(shí)間更短。

因此，成型過程中產(chǎn)生的大部分取向也被“凍結(jié)”，隨著溫度降低，松弛速率降低很快，在玻璃化轉(zhuǎn)變溫度以下或者塑料制件不再高溫熔融時(shí)，實(shí)際上不會(huì)發(fā)生松弛。塑料制件取向松弛過程通常伴隨著收縮，因此可以用收縮程度來衡量取向程度。注射成型引起的取向是剪切變形和拉伸的綜合作用。

如圖2所示，在撓口周圍的熔體，受到徑向剪切作用和沿流動(dòng)前沿切向的拉伸作用；離澆口稍遠(yuǎn)的熔體，受到剪切、拉伸作用降低，熔體主要是在流動(dòng)方向由于剪切變形而發(fā)生取向。

圖2

通過觀察制件橫截面結(jié)構(gòu)可以發(fā)現(xiàn)，最大剪切速率和取向發(fā)生在粘附于型腔壁的薄層中，隨著固化層增加，最大取向移向型腔中心。圖2-17 所示為熔體流動(dòng)前鋒區(qū)域存在雙軸拉伸和取向。

熔體沿垂直于軸向的方向流動(dòng)時(shí)，較高粘度的塑料表層受到雙向拉伸后形成取向，熔體接觸到型腔壁后取向“凍結(jié)”，在制件表面形成附加的橫向取向。在靠近澆口附近的位置相對(duì)遠(yuǎn)離澆口位置的取向程度高。

圖3

分子鏈的取向通常使得制件的許多性能產(chǎn)生明顯的各項(xiàng)異性，制件的力學(xué)性能尤為顯著。沿取向方向的強(qiáng)度總是高于垂直于取向方向的強(qiáng)度。通常希望提高取向強(qiáng)度，但又不降低橫向強(qiáng)度。取向?qū)τ诶旌蜎_擊行為的影響非常明顯。

表2 給出了加工參數(shù)與取向程度和各向異性的關(guān)系。如果材料中加入填料后，填料的取向，特別是玻璃纖維填料的取向，將加重制件的各向異性。

表2

(2) 殘余應(yīng)力

殘余應(yīng)力或內(nèi)應(yīng)力是指在沒有外部載荷作用下制件內(nèi)部的應(yīng)力。殘余應(yīng)力在微觀上是由于原子偏離平衡位置、分子鏈中鍵角變形及分子鏈段(次價(jià)鍵) 之間距離改變的結(jié)果。

與取向相反，殘余應(yīng)力使制件在沒有外部載荷作用下失效 (變形、應(yīng)力開裂等)。制件中各層不同的冷卻速率是引起殘余應(yīng)力的主要原因。快速冷卻固化的制件表層所形成的硬殼，限制了制件內(nèi)部較熱的材料隨后的冷卻收縮，從而在內(nèi)層產(chǎn)生拉應(yīng)力，而在外層產(chǎn)生壓應(yīng)力。

型腔壁溫度的不均勻通常會(huì)造成表層附近拉應(yīng)力較高，這些區(qū)域通常主要存在于制件的外部尖角。壓縮以及保壓過度產(chǎn)生的壓力峰值會(huì)使制件中心形成過量進(jìn)料和過載，同樣也會(huì)形成殘余應(yīng)力。

如果制件的殘余應(yīng)力較大，制件使用過程中在有害化學(xué)介質(zhì)的作用下會(huì)發(fā)生開裂，有時(shí)在頂出時(shí)就可能發(fā)生應(yīng)力開裂。注塑機(jī)模板或模具在保壓過程中發(fā)生變形也會(huì)出現(xiàn)類似的影響。保壓補(bǔ)縮階段接近玻璃化溫度的材料流入模具中同樣會(huì)產(chǎn)生高的應(yīng)變，常在澆口附近產(chǎn)生集中裂紋。

二. 結(jié)晶應(yīng)和結(jié)構(gòu)結(jié)晶型塑料在微觀范圍內(nèi)分子鏈呈有序排列，這些微觀的分子群稱為晶粒。塑料的結(jié)晶度越高，硬度、強(qiáng)度和脆性就越大。結(jié)晶度的大小主要依賴于分子結(jié)構(gòu)，佴成型加工條件和后處理的影響很明顯。型壁溫度對(duì)結(jié)晶度和密度的影響最大，冷卻速度越快，結(jié)晶度越小。

由冷卻速度過快造成的制件皮層結(jié)構(gòu)可能發(fā)生后結(jié)晶，使得制件的性能和尺寸在較長(zhǎng)的時(shí)間內(nèi)發(fā)生變化。高溫回火后處理能夠加速后結(jié)晶過程。低溫條件下剪切熔體粒子也會(huì)影響結(jié)晶度，由此而產(chǎn)生的取向促進(jìn)了球晶的形成。

因此，較低模溫和較低溫度下的熔體剪切，都使制品內(nèi)部產(chǎn)生不均勻結(jié)構(gòu)。不均勻性同距離澆口的位置有關(guān)。通常認(rèn)為制件結(jié)構(gòu)越均勻，制件的力學(xué)性能越好。