押出機

射出成形製品の内部応力を生成し、影響を与えるすべての要因をご存知ですか?

1. 内部応力の発生
射出成形製品では、局所的な応力状態が場所によって異なり、製品の変形量は応力分布によって決まります。製品が冷却された場合、温度勾配があるとこのような応力が発生するため、「成形応力」とも呼ばれます。
の導入を見てみましょう押出機.

射出成形製品には、成形応力と温度応力の2種類の内部応力パッケージが存在します。溶融樹脂が金型に低温で流入すると、キャビティ壁面付近の溶融樹脂は急速に冷却・固化し、分子鎖セグメントが「凍結」します。固化したポリマー層の熱伝導率が低いため、製品の厚さ方向に大きな温度勾配が生じます。製品の中心部は非常にゆっくりと固化するため、ゲートが閉じられた時点では製品中心部の溶融樹脂ユニットはまだ固化していない状態となり、射出成形機は冷却収縮を補正することができません。

したがって、製品の内部収縮は、硬いスキン層の作用とは反対方向になります。つまり、コアは静的に張られ、表面層は静的に圧縮されます。

溶融金属が金型に充填され流動する際には、応力による体積収縮効果に加え、ランナーとゲート出口の膨張効果によっても応力が発生します。ランナーとゲート出口の膨張効果は、溶融金属の流動方向に関連した応力を引き起こし、ゲート出口の膨張効果は流動に垂直な方向に応力を引き起こします。

2.ストレスに影響を与えるプロセス要因

（1）急速冷却条件における応力の影響により、配向はポリマーに内部応力の形成につながります。ポリマー溶融物の高粘度により、内部応力は速やかに緩和されず、製品の物理的特性と寸法安定性に影響を与えます。

配向応力に対するさまざまなパラメータの影響。

溶融温度、高溶融温度、低粘度、より低いせん断応力、および配向の低下。一方、高溶融温度は応力緩和を速め、非配向性を強化する能力を促進します。

しかし、射出成形機の圧力を変えないと、金型キャビティ圧力が上昇し、強いせん断効果によって配向応力が増加します。

ノズルが閉じるまでの保持時間を長くすると、配向応力が増加します。

射出圧力または保持圧力を増加させると、配向応力が増加します。

金型温度を高くすると、製品はゆっくり冷却され、非配向として機能します。

製品の厚さを増やすと配向応力が減少します。厚肉製品は冷却が遅く、粘度の増加も遅く、応力緩和のプロセスに長い時間がかかるため、配向応力は小さくなります。

（２）温度ストレスへの影響

前述のように、金型に充填する際の溶融金属と壁面との間の温度勾配により、最初に固化する溶融金属の外層は、後で固化する溶融金属の内層の収縮を止める必要があり、その結果、外層には圧縮応力（収縮応力）が生じ、内層には引張応力（配向応力）が生じます。

金型にポリマーを充填した後、長時間加圧保持すると、溶融ポリマーが金型キャビティ内に注入され、キャビティ圧力が上昇します。これにより、温度ムラによる内部応力が変化します。しかし、保持時間が短く、キャビティ圧力が低い場合、製品は冷却時と同じ応力状態を維持します。

冷却過程の初期に金型キャビティ圧力が不十分な場合、製品の外層が凝固により収縮して窪みが形成されます。製品が冷間硬化層を形成した後の段階で金型キャビティ圧力が不十分な場合、製品の内層が収縮により分離するか、キャビティが形成されます。ゲートが閉じる前に金型キャビティ圧力を維持すると、製品の密度が増加し、冷却温度応力が除去されますが、ゲート付近に大きな応力集中が発生します。

したがって、金型内の圧力が高くなる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が減少し、逆に圧縮応力が増加すると考えられます。

3. 内部応力と製品品質の関係

製品に内部応力が存在すると、製品の機械的特性と性能に重大な影響を及ぼします。内部応力の存在と不均一な分布により、使用中に製品に亀裂が生じます。ガラス転移温度以下で使用すると、不規則な変形や反りが発生しやすく、製品表面が「白く」曇ったり、光学特性が低下したりすることがあります。

ゲート温度を下げ、冷却時間を長くすると、製品内の応力の不均一性が改善され、製品の機械的特性が均一になります。

結晶性ポリマーと非結晶性ポリマーのいずれにおいても、引張強度は異方性を示します。非結晶性ポリマーの場合、引張強度はゲートの位置によって異なります。ゲートが金型充填方向と同じ方向にある場合、溶融温度の上昇に伴い引張強度は低下します。ゲートが金型充填方向に対して垂直にある場合、溶融温度の上昇に伴い引張強度は上昇します。

溶融温度の上昇は、非配向の増加と、配向の低下による引張強度の低下をもたらします。ゲートの配向は流動方向に影響を与えることで配向に影響を与えます。また、非晶質ポリマーは結晶性ポリマーよりも異方性が高いため、流動に垂直な方向の引張強度は前者の方が後者よりも高くなります。低温射出は高温射出よりも機械的異方性が大きく、例えば、流動に垂直な方向の強度比は、射出温度が高い場合は1.7ですが、射出温度が低い場合は2です。

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度の低下につながるようですが、そのメカニズムは異なります。前者は配向による効果が減少するためです。