压缩工艺参数对注射压缩成型聚碳酸酯透明件残余应力的影响

doi:10.19491/j.issn.1001-9278.2021.12.002

中国塑料 ›› 2021, Vol. 35 ›› Issue (12): 9-15.DOI: 10.19491/j.issn.1001-9278.2021.12.002

压缩工艺参数对注射压缩成型聚碳酸酯透明件残余应力的影响

陈宇宏¹(), 詹茂盛²

^1.中国航发北京航空材料研究院透明件研究所，北京 100095
^2.北京航空航天大学材料科学与工程学院，北京 100083

收稿日期:2021-08-01 出版日期:2021-12-26 发布日期:2021-12-22
作者简介:陈宇宏（1969—），男，研究员，博士，主要从事航空透明材料及透明件制造技术研究，cyhcdj@163.com

Effect of compression process parameters on residual stress of injection⁃ compression⁃molded polycarbonate transparencies

CHEN Yuhong¹(), ZHAN Maosheng²

^1.Institute of Transparency，Beijing Institute of Aeronautical Materials，Beijing 100095，China
^2.School of Material Science and Engineering，Beihang University，Beijing 100083，China

Received:2021-08-01 Online:2021-12-26 Published:2021-12-22

摘要/Abstract

摘要：

基于注射压缩成型技术，以聚碳酸酯为原材料，采用不同的压缩工艺参数制备出聚碳酸酯透明件。结合成型过程中的模具型腔压力测试，采用定性（应力偏光法）和定量（小孔法）两种方法，对成型透明件的残余应力进行了测试，分析了压缩启动位置、压缩距离、熔体温度及模具温度等压缩过程的核心工艺参数对聚碳酸酯透明件残余应力的影响规律。结果表明，随着压缩启动位置的推迟或压缩距离的增大，型腔压力上升，使得制品的残余应力降低，当压缩启动位置从10 %延迟至70 %时，或者压缩距离从0.5 mm增大至2.0 mm，透明件测试点的Von Mises等效残余应力平均下降幅度达到82.0 %和64.7 %；随着熔体温度的升高或模具温度的升高，型腔压力变化并不明显，但制品的残余应力降低，当熔体温度从290 ℃升至320 ℃，或者模具温度从80 ℃升至120 ℃，透明件测试点的Von Mises等效残余应力平均下降幅度达到56.2 %和77.0 %。

关键词: 注射压缩成型, 聚碳酸酯, 残余应力

Abstract:

Transparencies were injection-compression-molded under different compression conditions using polycarbonate （PC） as a raw material. Through combining the mold cavity pressure test during the molding process， the effect of the core compression process parameters on the residual stress of the PC transparencies such as compression start position， compression distance， melt temperature and mold temperature were investigated using two methods， qualitative （stress polarization method） and quantitative （hole drilling strain gage method）. The results indicated that the cavity pressure increased as the compression start position was delayed or the compression distance increased. This resulted in a decrease in both flow residual stress and thermal residual stress and a decrease in the residual stress of the product. When the compression start position was delayed from 10 % to 70 %， or the compression distance increased from 0.5 mm to 2.0 mm， the Von Mises equivalent residual stress at the test point of the transparent parts obtained an average decrease by 82.0 % and 64.7 %， respectively. With an increase in melt temperature or mold temperature， there is no significant change in cavity pressure. However， a decrease in thermal residual stress resulted in a decrease in the residual stress of the PC transparencies. When the melt temperature rose from 290 ℃ to 320 ℃， or the mold temperature rose from 80 ℃to 120 ℃， the Von Mises equivalent residual stress at the test point of the transparencies decreased by an average of 56.2 % and 77.0 %， respectively.

Key words: injection-compression molding, polycarbonate, residual stress

中图分类号:

TQ 320.66

陈宇宏, 詹茂盛. 压缩工艺参数对注射压缩成型聚碳酸酯透明件残余应力的影响[J]. 中国塑料, 2021, 35(12): 9-15.

CHEN Yuhong, ZHAN Maosheng. Effect of compression process parameters on residual stress of injection⁃ compression⁃molded polycarbonate transparencies[J]. China Plastics, 2021, 35(12): 9-15.

图/表 14

压缩距离/mm	压缩启动位置/%	模具温度/℃	熔体温度/℃
0.5	10	80	290
1.0	30	100	300
1.5	50	110	310
2.0	70	120	320

表1 聚碳酸酯透明件的注射压缩成型工艺参数

Tab.1 Compression parameters of injcetion?compression molded PC transparencies

图1 透明件型腔压力测量位置

Fig.1 Cavity pressure measurement position of polycarbonate transparencies

图2 不同压缩启动位置下成型聚碳酸酯透明件时的型腔压力

Fig.2 Cavity pressure during molding process of polycarbonate at various compression start positions

图3 不同压缩启动位置下成型透明件的偏振光照片

Fig.3 Photographs of transparencies molded at different compression start positions under orthogonal plane polarized light

压缩启动位置占总注射量的百分比/%	σ_{von ，A}	σ_{von ，B}	σ_{von ，C}
10	12.3	13.8	10.1
30	11.4	12.9	8.5
50	6.3	3.3	6.2
70	2.4	2.3	1.8

表2 不同压缩启动位置下成型透明件的Von Mises等效残余应力 (MPa)

Tab.2 Von Mises equivalent residual stress of PC transparencies molded at different compression start positions

图4 不同压缩距离下成型聚碳酸酯透明件时的型腔压力

Fig.4 Cavity pressure during molding process of polycarbonate at various compression distances

图5 不同压缩距离下成型透明件的正交平面偏振光照片

Fig.5 Photographs of transparencies molded at different compression distances under orthogonal plane polarized light

压缩距离/mm	σ_{von ，A}/MPa	σ_{von ，B}/MPa	σ_{von ，C}/MPa
0.5	6.1	6.5	5.8
1.0	5.0	5.5	3.7
1.5	4.5	3.2	2.3
2.0	2.4	2.3	1.8

表3 不同压缩距离下成型透明件的Von Mises等效残余应力

Tab.3 Von Mises equivalent residual stress of PC transparencies molded at different compression distances

图6 不同熔体温度下成型聚碳酸酯透明件时的型腔压力

Fig.6 Cavity pressure during molding process of polycarbonate at various melt temperatures

图7 不同熔体温度下成型透明件的正交平面偏振光照片

Fig.7 Photographs of transparencies molded at different melt temperature under orthogonal plane polarized light

熔体温度/℃	σ_{von ，A}/MPa	σ_{von ，B}/MPa	σ_{von ，C}/MPa
290	5.5	5.7	3.8
300	4.8	4.5	4.6
310	2.9	2.8	2.2
320	2.4	2.3	1.8

表4 不同熔体温度下成型透明件的Von Mises等效残余应力

Tab.4 Von Mises equivalent residual stress of PC transparencies molded at different melt temperature

图8 不同模具温度成型聚碳酸酯透明件时的型腔压力

Fig.8 Cavity pressure during molding process of polycarbonate at various mold temperatures

图9 不同模具温度下成型的透明件的偏振光照片

Fig.9 Photographs of transparency molded at different mold temperaures under orthogonal plane polarized light

模具温度/℃	σ_{von ，A}/MPa	σ_{von ，B}/MPa	σ_{von ，C}/MPa
80	10.9	9.7	7.8
90	7.7	8.5	7.4
110	4.7	7.0	5.9
120	2.4	2.3	1.8

表5 不同模具温度下成型透明件B点的Von Mises等效残余应力

Tab.5 Von Mises equivalent residual stress of PC transparencies molded at different mold temperature

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