Vnútorné napätie v plastoch sa týka vlastného napätia generovaného počas spracovania roztaveného plastu v dôsledku faktorov, ako je orientácia makromolekulových reťazcov a kontrakcia ochladzovania.
Podstatou vnútorného napätia je nevyvážená konformácia tvorená makromolekulovými reťazcami pri spracovaní taveniny. Táto nevyvážená konformácia sa nemôže okamžite vrátiť do rovnovážnej konformácie prispôsobenej podmienkam prostredia po ochladení a stuhnutí. Táto nevyvážená konformácia je v podstate reverzibilná, vysoko elastická deformácia. Táto zmrazená elastická deformácia sa normálne ukladá v plastovom produkte ako potenciálna energia. Za vhodných podmienok sa táto vynútená, nestabilná konformácia premení na voľnú, stabilnú konformáciu a potenciálna energia sa uvoľní ako kinetická energia.
Keď sily a spletené sily medzi makromolekulovými reťazcami nedokážu odolať tejto kinetickej energii, naruší sa vnútorná rovnováha napätia a plastový výrobok bude vykazovať praskanie pod napätím a deformáciu deformácie.
I. Príčiny vnútorného napätia v plastoch
1. Orientácia Vnútorný stres
Orientačné vnútorné napätie je vnútorné napätie, ktoré vzniká, keď je orientácia makromolekulárnych reťazcov pozdĺž smeru toku zmrazená počas procesov toku, plnenia a{0}}udržiavania tlaku roztaveného plastu.
Podrobný proces generovania orientačného napätia je nasledovný: Tavenina v blízkosti steny žľabu sa rýchlo ochladzuje, čo spôsobuje zvýšenie viskozity vonkajšej vrstvy taveniny. To má za následok oveľa vyššiu rýchlosť prúdenia v jadrovej vrstve dutiny formy v porovnaní s povrchovou vrstvou, čo vedie k šmykovému namáhaniu medzi vnútornými vrstvami a vedie k orientácii v smere prúdenia.
Rozmrazenie orientovaných makromolekulových reťazcov v plastových výrobkoch znamená prítomnosť nerelaxovanej, reverzibilnej, vysoko elastickej deformácie. Orientačné napätie je teda vnútorná sila, ktorá poháňa makromolekulárne reťazce pri prechode z orientovanej konformácie k neorientovanej -konformácii. Tepelné spracovanie môže znížiť alebo odstrániť orientačné napätie v plastových výrobkoch.
Rozloženie orientačného napätia v plastových výrobkoch klesá od povrchu k vnútorným vrstvám, pričom dochádza k parabolickej zmene.
2. Chladiaci stres
Chladiace napätie je vnútorné napätie vznikajúce v plastových výrobkoch počas spracovania taveniny v dôsledku nerovnomerného zmršťovania počas chladenia a tuhnutia. Najmä v prípade hrubých-plastových výrobkov sa najprv ochladí a stuhne vonkajšia vrstva, pričom sa zmrští, zatiaľ čo vnútorná vrstva môže byť ešte horúca tavenina. Táto jadrová vrstva obmedzuje zmršťovanie povrchovej vrstvy, čo vedie k tomu, že jadrová vrstva je namáhaná tlakom a povrchová vrstva je namáhaná ťahom.
Rozloženie chladiaceho vnútorného napätia v plastových výrobkoch sa zvyšuje od povrchu k vnútornej vrstve, pričom vykazuje parabolickú zmenu.
Okrem toho sú plastové výrobky s kovovými vložkami náchylné na nerovnomerné vnútorné napätie zmršťovania v dôsledku výrazného rozdielu v koeficientoch tepelnej rozťažnosti medzi kovom a plastom.
Okrem dvoch hlavných typov vnútorného napätia uvedených vyššie existuje niekoľko ďalších typov: V prípade kryštalických plastových výrobkov vytvárajú vnútorné napätie aj rozdiely v kryštalickej štruktúre a kryštalinite rôznych častí výrobku. Existujú aj konštrukčné napätia a napätia pri demontáži, ale ich podiel je vo všeobecnosti malý.
II. Faktory ovplyvňujúce vytváranie vnútorného napätia v plastoch
1. Tuhosť molekulárneho reťazca
Čím väčšia je tuhosť molekulárneho reťazca, tým vyššia je viskozita taveniny a tým horšia je pohyblivosť molekulárneho reťazca polyméru. Preto je zotavenie z reverzibilnej elastickej deformácie slabé, čo ľahko vedie k zvyškovému vnútornému napätiu. Napríklad niektoré polyméry obsahujúce benzénové kruhy vo svojich molekulových reťazcoch, ako sú PC, PPO a PPS, majú zodpovedajúce produkty s vyšším vnútorným napätím.
2. Polarita molekulárneho reťazca
Čím väčšia je polarita molekulárneho reťazca, tým silnejšia je medzimolekulárna príťažlivosť, čo sťažuje intermolekulárny pohyb a znižuje stupeň zotavenia z reverzibilnej elastickej deformácie, čo vedie k vyššiemu zvyškovému vnútornému napätiu. Napríklad niektoré plasty obsahujúce polárne skupiny, ako sú karbonylové, esterové a nitrilové skupiny vo svojich molekulových reťazcoch, majú zodpovedajúce produkty s vyšším vnútorným napätím.
3. Stérický brzdiaci účinok skupín substituentov
Čím väčší je objem substitučných skupín na bočných skupinách makromolekuly, tým viac bráni voľnému pohybu makromolekulového reťazca, čo vedie k zvýšenému zvyškovému vnútornému napätiu. Napríklad fenylová skupina v polystyréne má väčší objem, čo má za následok vyššie vnútorné napätie v polystyrénových výrobkoch.
III. Tri metódy na testovanie vnútorného napätia v dieloch vyrobených vstrekovaním
1. Metóda rozpúšťadla
▶ Ponorenie do kyseliny octovej
Použitá kyselina octová (CH3COOH) musí byť 95 % alebo viac a počet opakovaných testov by nemal presiahnuť 10.
① Test povrchovej záťaže: Nalejte kyselinu octovú (ľadovú kyselinu octovú) do sklenenej nádoby a úplne ponorte produkt do kyseliny octovej na 30 sekúnd. Po 30 sekundách vyberte vzorku pomocou svoriek a ihneď ju opláchnite čistou vodou (voda z vodovodu je prijateľná). Pozorujte povrch vzorky, či nie je vybielený a či nemá praskliny.
Posudok: Nemalo by dôjsť k prasknutiu. Mierne bielenie povrchu je prípustné.
② Test vnútorného namáhania: Po vysušení vzorky, ktorá prešla testom povrchového namáhania, ju úplne ponorte na 2 minúty do kyseliny octovej. Po 2 minútach vyberte vzorku a ihneď ju opláchnite čistou vodou (voda z vodovodu je prijateľná). Pozorujte vzorku na bielenie a praskliny.
Posudok: Nemalo by dôjsť k zlomeniu. Mierne praskliny na vložke a bielenie povrchu sú prípustné.
▶Metyletylketón (MEK) + metóda ponorenia do acetónu
Celý stroj úplne ponorte do zmesi MEK a acetónu v pomere 1:1 pri 21 stupňoch. Vyberte a ihneď odstreďte. Skontrolujte, ako je popísané vyššie.
Princíp: Na základe javu praskania pri strednom napätí prenikajú molekuly rozpúšťadla medzi makromolekuly živice, čím sa znižujú medzimolekulové sily. Oblasti s vysokým vnútorným napätím majú už pred ponorením oslabené medzimolekulové sily; tieto oslabené sily sa po ponorení ďalej znižujú, čo vedie k praskaniu. Miesta s nízkym vnútorným napätím v krátkom čase neprasknú.
Preto veľkosť a miesto vnútorného napätia v časti, ktorá sa má pokovovať, môže byť určená časom a rozsahom prasklín na povrchu. To určuje, či má byť plastový diel galvanicky pokovovaný.
2. Inštrumentálna metóda
Osvetlite plastovú časť polarizovaným svetlom. Analyzujte silu vnútorného napätia sledovaním množstva farebných svetelných pásov. Táto metóda je použiteľná len pre priehľadné časti. Metóda polarizovaného svetla vyžaduje drahé vybavenie, je zložitá na obsluhu a má nízku presnosť, pretože zmeny v diele pred a po ošetrení nie sú významné. Svetelné pásy objavujúce sa v spektre nie sú nevyhnutne spôsobené vnútorným napätím; napríklad vlnenie povrchu môže tiež ovplyvniť výsledky testu.
Táto metóda nemá žiadny vplyv na funkciu dielu, takže ide o nedeštruktívny test. Časti, ktoré prešli testom, môžu pokračovať v galvanickom pokovovaní a používať.
3. Metóda náhlej zmeny teploty
Táto metóda zahŕňa opakované vystavenie plastového dielu zahrievaniu a ochladzovaniu a hodnotenie veľkosti vnútorného napätia na základe času, ktorý trvá, kým sa objavia trhliny. Je vhodný pre rôzne plastové lisované diely. Metóda náhlej zmeny teploty vyžaduje jednoduché vybavenie, ale čas testovania je relatívne dlhý.
Plastová časť je po kontrole poškodená a nedá sa znovu použiť.
IV. Eliminácia vnútorného stresu
Podobne ako kovy, aj plastové výrobky môžu mať určité napätie eliminované procesom „žíhania“ po-tvarovaní, rovnako ako kovy. Toto je však len dočasné opatrenie, keď dizajn a výrobné procesy nemôžu spĺňať požiadavky, a neodporúča sa to ako bežná metóda.
Táto metóda má niekoľko obmedzení:
1. Nedokáže účinne odstrániť chyby v plnivách zo sklenených vlákien;
2. Testy ukazujú, že počas zahrievania po-tvarovaní sa pevnosť materiálu a chemická odolnosť znižujú, čo si vyžaduje riadený čas žíhania, aby sa predišlo zlyhaniu;
3. Dlhodobé zahrievanie a žíhanie výrazne zvyšuje náklady na konečný produkt;
4. Stabilné zahrievanie a chladenie počas žíhania sú rozhodujúce, aby sa predišlo tepelným šokom spôsobeným rýchlymi zmenami teploty.
