聚碳酸酯（PC）板材是一种综合性能优异的热塑性工程塑料板材，因为其具备优良的延展性、电绝缘性、透明性、尺寸稳定性、抗拉强度、冲击强度、耐化学药品性，以及较好的耐寒性和耐热性，普遍应用于车辆、建筑、电子电气、办公设备、包装制作、运动器材、医疗器材、日常用品、航空航天、电子计算机等领域。目前，PC板材是增长最快的工程塑料之一。但是，随着国内外市场对PC板材需求量的增加，其应用问题也日益凸显。其中，较为突出的就是开裂现象。开裂会导致高分子材料失效，严重影响了PC板材的使用性能和适用范围。那么，究竟是什么原因让PC板材开裂呢？它就是内应力。


内应力是指原料在熔融加工进程当中大分子链的取向以及收缩等要素影响导致熔体内部形成的一种内部应力。内应力的实质为在熔融加工过程当中大分子链形成的不均衡构象，在随后的冷却以及固化过程中，这类不均衡构象难以达到均衡构象以适应周围环境。

不均衡构象的本质为一类可逆的高弹形变，正常情况下高弹形变处于冷冻状态并且以位能的形式贮存在注塑件中，只有在在合适的条件下，不稳定构象转化为稳定构象时，位能转化为动能进而释放。当动能较分子间相互作用力、相互缠结力大时，塑件内应力平衡便被破坏了，开裂及翘曲变形等缺陷也随之产生。


取向应力

大分子取向使得塑件内存在着聚集在塑件表层和四周的未得到释放高弹形变，使得这些区域存在较大的取向应力，取向应力形成的大致过程可以定义如下：由于熔体靠近流道壁的部分冷却速率过快从而使得外层熔体的粘度增加，塑料熔体在型腔内部中央流速远高于管壁流速，熔体内层和层之间由于剪切作用的存在，产生沿流动方向的取向。实验证明，模温和熔体温度的提高、注射压力和速率以及保压时间的降低、退火等都能够在一定程度上降低取向应力。


体积温度应力

体积温度应力是由塑件冷却不均匀收缩造成，因此也被称为冷却内应力，因表里收缩不均而发生的体积温度应力主要靠降低塑件内外层温降速率差异实现，这主要可以通过提高模具温度和降低加工温度来获得。它的形成过程如下，当高温熔体进入型腔后，型腔温度较熔体温度要低，因此开始时与模腔相接触的表面会以较快速度冷却，而芯部的冷却速度较慢。这样由于表面温度较低，先冷却收缩，而芯部冷却较慢，收缩量减小，这样便在塑件内部形成了温度梯度。因为内外收缩不同，以致表面处于拉应力状态，芯部处于压应力状态，采用退火方法可以基本解除。


与塑件体积不平衡有关的应力

由于高聚物大分子在模腔内冷凝时，只有在理想状态下才能做到塑件在脱模后立即达到体积平衡，但实际生产中不可能达到。实验表明，这种形式的内应力通常情况下都很小，对塑件的机械性能影响不大。


与塑件顶出变形有关的内应力

这类内应力一般与开模条件和模具顶出系统的设计以及操作者的不当操作相关，当熔体在整体截面上还未彻底凝固定型时，就强行脱模，使得塑件变形，随着塑件温度不断下降，这类变形便被保留下来，内应力随之生成。选择合适的开模条件时，模腔内压力很小约等于零时，依据制品的结构和形状设计合理的顶出机构时，塑件在顶出的过程中不易产生变形。采用上述方法，可以最大限度地将这类内应力削减到不会影响塑件机械性能限度以内。


综合来看，内应力虽然种类多种多样，但取向应力和体积温度应力作用最为明显。因此，PC板材在生产及加工过程中，要注意原料改进、模具设计以及相关工艺参数优化等环节，尽量减少内应力，防止开裂现象的发生。