A műanyagok belső feszültsége az olvadt műanyag feldolgozása során keletkező belső feszültség olyan tényezők miatt, mint a makromolekuláris láncok orientációja és a hűtési összehúzódás.
A belső feszültség lényege az olvadt feldolgozás során makromolekuláris láncok által kialakított kiegyensúlyozatlan konformáció. Ez a kiegyensúlyozatlan konformáció nem térhet vissza azonnal a környezeti feltételekhez igazodó egyensúlyi konformációba lehűlés és megszilárdulás után. Ez a kiegyensúlyozatlan alakzat lényegében reverzibilis, nagy rugalmasságú deformáció. Ez a fagyott rugalmas deformáció általában potenciális energiaként tárolódik a műanyag termékben. Megfelelő körülmények között ez az erőltetett, instabil konformáció szabad, stabil konformációvá alakul át, és a potenciális energia kinetikus energiaként szabadul fel.
Ha a makromolekuláris láncok közötti erők és összefonódási erők nem képesek ellenállni ennek a kinetikus energiának, a belső feszültségegyensúly megbomlik, és a műanyag termék feszültségrepedést és deformációt mutat.
I. A belső stressz okai a műanyagokban
1. Orientáció Belső stressz
Az orientációs belső feszültség olyan belső feszültség, amely akkor keletkezik, amikor a makromolekuláris láncok áramlási irány szerinti orientációja megfagy az olvadt műanyag áramlási, feltöltési és nyomástartási folyamatai során.
Az orientációs feszültség keletkezésének részletes folyamata a következő: Az olvadék a csúszófal közelében gyorsan lehűl, ami a külső olvadékréteg viszkozitásának növekedését okozza. Ez sokkal nagyobb áramlási sebességet eredményez a formaüreg magrétegében, mint a felületi rétegben, ami nyírófeszültséghez vezet a belső rétegek között, és az áramlási irány mentén történő orientációt eredményez.
A műanyag termékeken belüli orientált makromolekuláris láncok feloldása laza, reverzibilis, nagy rugalmasságú deformáció jelenlétét jelzi. Ezért az orientációs feszültség az a belső erő, amely a makromolekuláris láncokat az orientált konformációból a nem -orientált konformációba való átmenethez vezeti. A hőkezelés csökkentheti vagy megszüntetheti a műanyag termékeken belüli orientációs feszültséget.
A műanyag termékekben az orientációs feszültség eloszlása a felületről a belső rétegek felé csökken, parabolikus változást mutatva.
2. Lehűlési stressz
A hűtési feszültség a műanyag termékekben az olvadékfeldolgozás során keletkező belső feszültség, amely a hűtés és kötés során bekövetkező egyenetlen zsugorodás következtében keletkezik. Különösen a vastag falú műanyag termékeknél a külső réteg hűl le és szilárdul meg először, zsugorodik, miközben a belső réteg még forró olvadék lehet. Ez a magréteg korlátozza a felületi réteg zsugorodását, ami azt eredményezi, hogy a magréteg nyomófeszültségnek, a felületi réteg pedig húzófeszültségnek van kitéve.
A hűtési belső feszültség eloszlása a műanyag termékekben a felülettől a belső réteg felé növekszik, ami parabolikus változást mutat.
Ezenkívül a fémbetétes műanyag termékek egyenetlen belső zsugorodásra hajlamosak a fém és a műanyag közötti hőtágulási együttható jelentős különbsége miatt.
A fent említett két fő belső feszültségen kívül számos más típus is létezik: A kristályos műanyag termékeknél a termék különböző részeinek kristályszerkezetében és kristályosságában mutatkozó különbségek is belső feszültséget generálnak. Léteznek szerkezeti feszültségek és bontófeszültségek is, de ezek aránya általában kicsi.
II. A műanyagok belső stresszének kialakulását befolyásoló tényezők
1. Molekuláris lánc merevsége
Minél nagyobb a molekulalánc merevsége, annál nagyobb az olvadékviszkozitás, és annál rosszabb a polimer molekulalánc mobilitása. Emiatt a reverzibilis rugalmas deformációból való felépülés gyenge, ami könnyen visszamaradó belső feszültséghez vezet. Például egyes polimerek, amelyek molekulaláncukban benzolgyűrűket tartalmaznak, mint például a PC, a PPO és a PPS, megfelelő termékekkel rendelkeznek, amelyek nagyobb belső feszültséggel rendelkeznek.
2. Molekuláris lánc polaritása
Minél nagyobb egy molekulalánc polaritása, annál erősebb az intermolekuláris vonzás, ami megnehezíti az intermolekuláris mozgást és csökkenti a reverzibilis rugalmas deformációból való felépülés mértékét, ami nagyobb maradék belső feszültséget eredményez. Például egyes műanyagok, amelyek molekulaláncukban poláris csoportokat, például karbonil-, észter- és nitrilcsoportokat tartalmaznak, megfelelő termékekkel rendelkeznek, amelyek nagyobb belső feszültséggel rendelkeznek.
3. Helyettesítő csoportok szterikus akadályozó hatása
Minél nagyobb a szubsztituens csoportok térfogata a makromolekula oldalcsoportjain, annál jobban gátolja a makromolekula lánc szabad mozgását, ami fokozott maradék belső feszültséghez vezet. Például a polisztirolban lévő fenilcsoport nagyobb térfogatú, ami nagyobb belső feszültséget eredményez a polisztirol termékekben.
III. Három módszer a fröccsöntött alkatrészek belső igénybevételének tesztelésére
1. Oldószer módszer
▶ Ecetsavas merítés
A használt ecetsav (CH3COOH) legalább 95%-os legyen, és az ismételt vizsgálatok száma nem haladhatja meg a 10-et.
① Felületi igénybevétel teszt: Öntsön ecetsavat (jégecetet) egy üvegedénybe, és merítse a terméket teljesen az ecetsavba 30 másodpercre. 30 másodperc elteltével vegye ki a mintát bilincsekkel, és azonnal öblítse le tiszta vízzel (csapvíz elfogadható). Figyelje meg, hogy a minta felülete nem fehéredik-e és repedezett-e.
Ítélet: Nem szabad repedni. A felület enyhe fehérítése megengedett.
② Belső feszültségteszt: A felületi terhelési teszten átesett minta szárítása után merítse teljesen ecetsavba 2 percre. 2 perc elteltével vegye ki a mintát, és azonnal öblítse le tiszta vízzel (csapvíz elfogadható). Figyelje meg a mintát, hogy nincs-e rajta fehéredés és repedés.
Ítélet: nem szabad törésnek lennie. Enyhe repedések a betétnél és a felület fehérítése megengedett.
▶Metil-etil-keton (MEK) + acetonos merítési módszer
Merítse az egész gépet teljesen MEK és aceton 1:1 arányú keverékébe 21 fokon. Vegye ki és azonnal centrifugálja szárazra. Vizsgálja meg a fent leírtak szerint.
Alapelv: A közepes feszültségű repedés jelensége alapján az oldószermolekulák behatolnak a gyanta makromolekulák közé, csökkentve az intermolekuláris erőket. A nagy belső feszültségű területeken már a bemerítés előtt gyengültek az intermolekuláris erők; ezek a meggyengült erők a bemerítés után tovább csökkennek, ami repedéshez vezet. Az alacsony belső feszültségű területek nem repednek meg rövid időn belül.
Ezért a bevonandó alkatrészben a belső feszültség nagysága és elhelyezkedése a felületen kialakuló repedés idejével és mértékével meghatározható. Ez határozza meg, hogy a műanyag részt galvanizálni kell-e.
2. Műszeres módszer
Világítsa meg a műanyag részt polarizált fénnyel. Elemezze a belső feszültség erősségét a színes fénysávok mennyiségének megfigyelésével. Ez a módszer csak átlátszó részekre alkalmazható. A polarizált fény módszer drága berendezéseket igényel, bonyolult a működése, és alacsony a pontossága, mivel a kezelés előtti és utáni részen a változások nem jelentősek. A spektrumon megjelenő fénysávok nem feltétlenül belső feszültség következményei; például a felületi hullámok is befolyásolhatják a vizsgálati eredményeket.
Ez a módszer nincs hatással az alkatrész funkciójára, így ez egy roncsolásmentes teszt. Azon alkatrészek, amelyek megfeleltek a teszten, folytathatják a galvanizálást és a felhasználást.
3. Hőmérséklet hirtelen változásának módszere
Ez a módszer magában foglalja a műanyag alkatrész ismételt melegítését és hűtését, valamint a belső feszültség nagyságának felmérését a repedések megjelenéséhez szükséges idő alapján. Különféle műanyag öntött alkatrészekhez alkalmas. A hirtelen hőmérséklet-változás módszere egyszerű berendezést igényel, de a tesztelési idő viszonylag hosszú.
A műanyag rész az ellenőrzés után sérült és nem használható újra.
IV. A belső stressz megszüntetése
A fémekhez hasonlóan a műanyag termékek is kiküszöbölhetnek bizonyos feszültségeket az -formázás utáni „hevítési” eljárással, akárcsak a fémeknél. Ez azonban csak átmeneti intézkedés, amikor a tervezési és gyártási folyamatok nem felelnek meg a követelményeknek, és nem ajánlott szokásos módszerként.
Ennek a módszernek számos korlátja van:
1. Nem tudja hatékonyan kiküszöbölni az üvegszálas töltőanyagok hibáit;
2. A tesztek azt mutatják, hogy az utólagos-öntési hevítés során az anyag szilárdsága és vegyszerállósága csökken, ezért szabályozott izzítási időre van szükség a meghibásodás elkerülése érdekében;
3. A hosszan tartó melegítés és izzítás jelentősen megnöveli a végtermék költségét;
4. Az izzítás során a stabil fűtés és hűtés kulcsfontosságú a gyors hőmérsékletváltozások okozta hősokk elkerülése érdekében.
