塑料螺丝柱设计与制造

右图依次为结晶塑料、非 结晶塑料、液晶塑料的性 能对比。包括力学性能、 热性能、光学性能、耐化 学溶剂性能等对比。
聚合物分子量越大，大分 子链间作用力和缠结程度 增加，其制品抗应力开裂 能力较强；聚合物分子量 分布越宽，其中低分子量 成分越大，容易首先形成 微观撕裂，造成应力集中， 便制品开裂。选取分子量 大、分子量分布窄的树脂
改善应力的方法 1、降低流动应力值 常用方法：减小注射速度、 适当增加加工温度、升高 模具温度改善制品结构、 增加浇口尺寸及数量等 2、减小热应力值 常用方法：改善制品结构、 调整制品壁厚、优化设计 模具冷却系统、保持模具 温度均匀等
五、化学溶剂(环境应力)的影响
螺丝柱接触酸、油等有机溶剂时，如果材料本身不能耐这类有机溶剂，有可能引起环境应力开裂。 这种接触可能来自模具表面，也可能来自搬运和装配过程。 如图电磁炉螺丝柱在打螺丝 1~2 周后开裂，开裂的螺丝柱是随机的，裂纹方向不固定，即不全是 熔接线位置，观察已经裂开的断面，内表面光滑而没有纹路，外表面有放射性纹路，推断开裂是 由内部开始的，可能是来自经过防锈、去污、润滑等处理螺钉表面的化学溶剂导致螺丝柱环境应 力开裂。
三、熔接痕的影响
塑料件上的熔接痕在多数 情况下代表其光学和力学 的薄弱点,常出现凹槽或颜 色变化。凹槽多见于高度 抛光的深色或透明的表面。 而颜色改变则多见于具金 属光泽色料的表面.
右图为两种典型的熔接痕， 透明件和非透明件。
除了专业的Moldflow等 模流分析软件，PROE自 带的Plastic Advisor，可 以为结构工程师在开模前 做一些简单的模流分析。 图中红线为分析出来的熔 接痕位置。
残余热应力是由于制品收 缩不均产生的内应力，不 仅影响制品的力学、光学 性能，而且在很大程度上 决定制品的最终几何形状。
右图为两种典型的应力痕， 透明件和非透明件。 另外残余应力的表现形式 还可以为开裂、强度不足， 皮层脱落（电镀、涂装产 品），光学产品双折射。
使用模流分析软件 Moldflow，可以对残余 应力进行分析和预测。
对于塑料制品，各部位的 结晶结构和结晶度不同也 会产生内应力。 几种常见聚合物的内应力 大小顺序: PPO>PSF>PC>ABS>PA 6>PP>HDPE 尤其是回收的PC，相对分 子质量下降，相对分子质 量分布变宽，少量存在的 水分、颜料、杂质、溶剂 等极易引发开裂现象。
分子链刚性越大，熔体粘度越高，聚合物分子链活动性差，因而对于发生的可逆高弹形变恢复性 差，易产生残余内应力。例如一些分子链中含有苯环的聚合物，如PC、PPO、PPS
如右图塑料螺丝柱。分析 到达顶出温度的时间，螺 丝柱先冻结，底面后冻结， 在结合处产生应力，当 应力足够大时，将产生应 力痕。
左图为原始方案的应力分 布，右图为均匀冷却条件 下应力分布，均匀冷却使 螺丝柱根部应力集中减弱
左图为原始方案，右图为 加厚螺丝柱，加厚螺丝柱 的方案产品应力分布更均 匀，且受力位置强度增强， 有利于改善开裂问题。
注塑中，温度升高使得塑 料外层受压应力，压力升 高使得塑料外层受到拉应 力，而外层的拉应力更容 易使塑料表层失效，故注 塑时候保压压力太大，容 易应力开裂，保压压力只 要能保证防止缩水的最小 值。
流动残余应力是熔融塑胶 料填充流动过程中的剪切 应力。如果这种剪切应力 过大或分布不均匀，会造 成尺寸变化、分子链断裂、 局部残余应力过大、制品 强度下降。
由右表系数，可以根据材 料种类以及螺纹直径，计 算出合理的螺丝柱尺寸。
同个模具换材料也容易导 致螺柱开裂，之前用的 PC/ABS，切换成PC。从 图上看，PC 的内径系数 要比PC/ABS 大0.5，需要 的螺孔内径增大，原来的 内径显得偏小，因此攻螺 丝的时候容易产生开裂。

如果螺钉尺寸太大，依照 上表换算后螺柱壁厚过大， 可能导致缩水，不利于外 观时，使用右图确定螺柱 壁厚。如果螺柱的应用场 合重要，没有更好的方法 可以代替进行试验。
退火处理：有开裂倾向的塑料制品，可以用退火热处理方法来消除制品内应力，从而减小裂纹的 生成。将制件放入水、甘油、矿物油、乙二醇和液体石蜡等液体介质中，或放入空气轮回烘箱中 加热到指定温度，并在该温度下停留一定时间，而后缓慢冷却到室温。 注意有嵌件的制品不可退火，会大大损坏制品性能和减少制品寿命，有可能在熔合纹处造成破坏、 或在与嵌入物的界面处因应力松弛而产生间隙。
塑料螺丝柱尽可能不要出 现径向的熔接痕，如右图， 否则螺柱的强度等级会有 较大降低，容易开裂。可 以通过调整注塑来改善， 但不能完全解决。
熔接痕可以通过调整注塑 来改善。
四、残余应力的影响
残余应力是指注塑件出模 后残余在制品中未松弛的 各种应力之和，通常认为 残余应力包括流动残余应 力和热残余应力。
二、材料
塑料分为两大类，热塑性 和热固性。其中我们更常 用的是热塑性塑料。热塑 性塑料又分为非结晶塑料 (无定型塑料)、结晶塑料 (半结晶塑料)以及液晶塑 料，而非结晶塑料是我们 最常用的塑料。
右图为搜集整理出来的常 用塑料归类。 结晶度80%是一个界限， 小于这个值，属于非结晶 塑料，大于则为结晶塑料。 结晶度越高，机械性能越 好，但是弹性会下降。 区别结晶塑料和非结晶塑 料最简单的方法，就是这 种塑料能不能做成透明的， 可以则为非结晶塑料。
设计塑料螺丝柱时候，要根据材料应用场景和使用情况，合理选择材料。 材料太脆，材料发生降解，韧性不够。材料中掺入过多比例的水口，可能会导致材料过脆；材料 的断裂伸长率过低，也容易导致螺丝柱开裂。成型温度过高时，或者烘干不够材料中含有水分， 引起材料发生降解，也会使得其强度变差，导致螺丝柱的开裂。某些色母料会加剧内应力问题。
塑料螺丝柱设计与制造
课程的应用与延伸
1 结构设计 2 材料 3 熔接痕的影响 4 残余应力的影响 5 化学溶剂(环境应力)的影响 6 应力检查和退火处理 7 注塑常见问题导图
一、结构设计
合理的塑料螺丝柱结构设 计，需要能承受螺钉锁入 时的螺纹成型或切削的驱 动扭矩，而螺孔大小对于 防止螺纹剥离和螺旋脱出 是至关重要的，螺柱的直 径必须足够大以承受在螺 纹成型或切削过程中的环 向应力。如图为合理的塑 料螺丝柱尺寸。配合下一 页表格计算使用。
螺钉旋入螺柱时，螺柱开 口端产生的应力是最大的， 加入一个导入凹槽，可以 减小开口端的应力，一定 程度防止开裂，同时方便 装配时候螺丝导向。
没有导入凹槽时，螺钉旋 入时候螺柱开口端产生的 应力，容易引起开裂。
增加一个倒角后，可以缓 解开口端应力，并为螺钉 提供一定的导向。
增加一个凹槽后，可以更 好地缓解开口端应力。
七、注塑常见问题导图
附件为归纳的一些注塑问 题和解决方法，不是很完 善，供参考，还请不吝赐 教。
谢谢观看！
六、应力检查和退火处理
诊断方法： 1、溶剂法： PS 在室温下用煤油处理。 对PC、PS、聚砜、PPO等注塑制品，用四氯化硅溶剂处理，20秒内若制品开裂，说明内应力大。 POM 30%盐酸溶液中浸30min。 ABS 浸入冰醋酸溶液中。 PP 在80℃下，用63%（重量百分比）的三氧化铬与水的混合物处理。 HDPE 在80℃下，用2%的洗涤剂水溶液处理。 2、仪器法：用偏振光方法可以检测制品的内应力。