Stresul intern al materialelor plastice se referă la un stres inerent generat în timpul prelucrării plasticului topit din cauza unor factori precum orientarea lanțurilor macromoleculare și contracția de răcire.
Esența stresului intern este conformația dezechilibrată formată din lanțuri macromoleculare în timpul prelucrării topite. Această conformație dezechilibrată nu poate reveni imediat la o conformație de echilibru adaptată condițiilor de mediu la răcire și solidificare. Această conformație dezechilibrată este în esență o deformare reversibilă, foarte elastică. Această deformare elastică înghețată este în mod normal stocată în produsul plastic ca energie potențială. În condiții adecvate, această conformație forțată, instabilă se va transforma într-o conformație liberă, stabilă, iar energia potențială va fi eliberată ca energie cinetică.
Atunci când forțele și forțele de încurcare dintre lanțurile macromoleculare nu pot rezista la această energie cinetică, echilibrul intern al tensiunilor este perturbat, iar produsul plastic va prezenta fisurare la efort și deformare prin deformare.
I. Cauzele tensiunii interne în materiale plastice
1. Orientare Stresul Intern
Tensul intern de orientare este un stres intern generat atunci când orientarea lanțurilor macromoleculare de-a lungul direcției curgerii este înghețată în timpul proceselor de curgere, umplere și menținere a presiunii-a plasticului topit.
Procesul detaliat de generare a tensiunii de orientare este următorul: Topitura din apropierea peretelui canalului se răcește rapid, determinând o creștere a vâscozității stratului exterior de topitură. Acest lucru are ca rezultat o viteză de curgere mult mai mare în stratul central al cavității matriței în comparație cu stratul de suprafață, ceea ce duce la efort de forfecare între straturile interne și rezultând în orientarea de-a lungul direcției curgerii.
Dezghețarea lanțurilor macromoleculare orientate în cadrul produselor plastice semnifică prezența unei deformări nerelaxate, reversibile, foarte elastice. Prin urmare, stresul de orientare este forța internă care conduce lanțurile macromoleculare să treacă de la o conformație orientată la o conformație ne-orientată. Tratamentul termic poate reduce sau elimina stresul de orientare din produsele din plastic.
Distribuția stresului de orientare în produsele din plastic scade de la suprafață către straturile interioare, prezentând o modificare parabolic.
2. Stresul de răcire
Stresul de răcire este un stres intern generat în produsele din plastic în timpul procesării topiturii din cauza contracției neuniforme în timpul răcirii și prizei. În special pentru produsele din plastic cu pereți grosi-, stratul exterior se răcește și se solidifică mai întâi, micșorându-se, în timp ce stratul interior poate fi totuși topit la cald. Acest strat de miez limitează contracția stratului de suprafață, rezultând că stratul de miez este sub presiune de compresiune și stratul de suprafață sub tensiune de tracțiune.
Distribuția stresului intern de răcire în produsele din plastic crește de la suprafață către stratul interior, prezentând o modificare parabolic.
În plus, produsele din plastic cu inserții metalice sunt predispuse la stresul intern de contracție neuniformă din cauza diferenței semnificative a coeficienților de dilatare termică dintre metal și plastic.
Pe lângă cele două tipuri principale de tensiuni interne menționate mai sus, există mai multe alte tipuri: Pentru produsele din plastic cristalin, diferențele în structura cristalină și cristalinitatea diferitelor părți ale produsului generează, de asemenea, stres intern. Există, de asemenea, tensiuni structurale și solicitări de deformare, dar proporția acestora este în general mică.
II. Factori care afectează generarea tensiunii interne în materiale plastice
1. Rigiditatea lanțului molecular
Cu cât rigiditatea lanțului molecular este mai mare, cu atât vascozitatea topiturii este mai mare și mobilitatea lanțului molecular polimeric este mai slabă. Prin urmare, recuperarea de la deformarea elastică reversibilă este slabă, ducând cu ușurință la stres intern rezidual. De exemplu, unii polimeri care conțin inele benzenice în lanțurile lor moleculare, cum ar fi PC, PPO și PPS, au produse corespunzătoare cu stres intern mai mare.
2. Polaritatea lanțului molecular
Cu cât polaritatea unui lanț molecular este mai mare, cu atât atracția intermoleculară este mai puternică, ceea ce face mișcarea intermoleculară mai dificilă și reducând gradul de recuperare de la deformarea elastică reversibilă, rezultând un stres intern rezidual mai mare. De exemplu, unele materiale plastice care conțin grupări polare, cum ar fi grupări carbonil, ester și nitril în lanțurile lor moleculare, au produse corespunzătoare cu stres intern mai mare.
3. Efectul de împiedicare steric al grupurilor de substituenți
Cu cât este mai mare volumul grupărilor substituente de pe grupările laterale ale macromoleculei, cu atât mai mult împiedică mișcarea liberă a lanțului macromolecular, ducând la creșterea stresului intern rezidual. De exemplu, gruparea fenil din polistiren are un volum mai mare, rezultând stres intern mai mare în produsele din polistiren.
III. Trei metode de testare a tensiunii interne în piesele turnate prin injecție
1. Metoda solventului
▶ Imersie cu acid acetic
Acidul acetic (CH3COOH) utilizat trebuie să fie de 95% sau mai mare, iar numărul de teste repetate nu trebuie să depășească 10.
① Test de stres la suprafață: Turnați acid acetic (acid acetic glaciar) într-un recipient de sticlă și scufundați complet produsul în acid acetic timp de 30 de secunde. După 30 de secunde, îndepărtați proba cu cleme și clătiți-o imediat cu apă curată (apa de la robinet este acceptabilă). Observați suprafața probei pentru albire și fisuri.
Judecata: Nu ar trebui să existe crăpături. Este permisă o ușoară albire a suprafeței.
② Test de efort intern: După uscarea probei care a trecut testul de efort de suprafață, scufundați-o complet în acid acetic timp de 2 minute. După 2 minute, îndepărtați proba și clătiți-o imediat cu apă curată (apa de la robinet este acceptabilă). Observați proba pentru albire și fisuri.
Judecata: Nu ar trebui să existe nicio rupere. Sunt permise ușoare fisuri la inserție și albirea suprafeței.
▶Metoda de imersie cu metil etil cetonă (MEK) + acetonă
Cufundați întreaga mașină complet într-un amestec 1:1 de MEK și acetonă la 21 de grade. Scoateți și uscați imediat. Inspectați așa cum este descris mai sus.
Principiu: Pe baza fenomenului de cracare la stres mediu, moleculele de solvent pătrund între macromoleculele de rășină, reducând forțele intermoleculare. Zonele cu stres intern ridicat au deja forțe intermoleculare slăbite înainte de scufundare; aceste forțe slăbite sunt reduse și mai mult după imersare, ducând la crăpare. Zonele cu stres intern scăzut nu se vor crăpa într-un timp scurt.
Prin urmare, magnitudinea și locația tensiunii interne în piesa de placat pot fi determinate de timpul și gradul de fisurare pe suprafață. Aceasta determină dacă partea din plastic ar trebui să fie galvanizată.
2. Metoda instrumentală
Iluminați partea din plastic cu lumină polarizată. Analizați puterea stresului intern observând cantitatea de benzi luminoase colorate. Această metodă este aplicabilă numai pieselor transparente. Metoda cu lumină polarizată necesită echipamente costisitoare, este complex de operat și are o precizie scăzută deoarece modificările piesei înainte și după tratament nu sunt semnificative. Benzile de lumină care apar pe spectru nu se datorează neapărat stresului intern; de exemplu, ondulațiile de suprafață pot afecta și rezultatele testului.
Această metodă nu are niciun impact asupra funcției piesei, ceea ce o face un test ne-distructiv. Piesele care au trecut testul pot continua galvanizarea și utilizarea.
3. Metoda de schimbare bruscă a temperaturii
Această metodă implică supunerea în mod repetat a piesei din plastic la încălzire și răcire și evaluarea mărimii tensiunii interne în funcție de timpul necesar pentru apariția fisurilor. Este potrivit pentru diverse piese turnate din plastic. Metoda de schimbare bruscă a temperaturii necesită un echipament simplu, dar timpul de testare este relativ lung.
Piesa din plastic după inspecție este deteriorată și nu poate fi folosită din nou.
IV. Eliminarea stresului intern
Similar cu metalele, produsele din plastic pot avea, de asemenea, o anumită presiune eliminată printr-un proces de „recoace” post-turnare, la fel ca metalele. Cu toate acestea, aceasta este doar o măsură suplimentară atunci când procesele de proiectare și producție nu pot îndeplini cerințele și nu este recomandată ca metodă obișnuită.
Această metodă are câteva limitări:
1. Nu poate elimina eficient defectele materialelor de umplutură din fibră de sticlă;
2. Testele arată că în timpul încălzirii post-turnare, rezistența materialului și rezistența chimică scad, necesitând un timp de recoacere controlat pentru a preveni defecțiunile;
3. Încălzirea și recoacerea prelungită crește semnificativ costul produsului final;
4. Încălzirea și răcirea stabilă în timpul recoacerii sunt cruciale pentru a evita șocul termic cauzat de schimbările rapide de temperatură.
