Unutarnje naprezanje u plastici odnosi se na inherentno naprezanje koje nastaje tijekom obrade rastaljene plastike zbog čimbenika kao što su orijentacija makromolekularnih lanaca i kontrakcija pri hlađenju.
Suština unutarnjeg naprezanja je neuravnotežena konformacija koju formiraju makromolekularni lanci tijekom obrade u taljenici. Ova neuravnotežena konformacija ne može se odmah vratiti u konformaciju ravnoteže prilagođenu uvjetima okoline nakon hlađenja i skrućivanja. Ova neuravnotežena konformacija je u biti reverzibilna, visoko elastična deformacija. Ova zamrznuta elastična deformacija obično se pohranjuje u plastičnom proizvodu kao potencijalna energija. Pod odgovarajućim uvjetima, ova prisilna, nestabilna konformacija će se transformirati u slobodnu, stabilnu konformaciju, a potencijalna energija će se osloboditi kao kinetička energija.
Kada sile i sile isprepletenosti između makromolekularnih lanaca ne mogu izdržati ovu kinetičku energiju, ravnoteža unutarnjeg naprezanja je poremećena, a plastični proizvod će pokazati pucanje pod naprezanjem i deformaciju savijanja.
I. Uzroci unutarnjeg naprezanja u plastici
1. Orijentacijski unutarnji napon
Orijentacijsko unutarnje naprezanje je unutarnje naprezanje koje nastaje kada se orijentacija makromolekularnih lanaca duž smjera protoka zamrzne tijekom procesa protoka, punjenja i -održavanja tlaka rastaljene plastike.
Detaljan proces stvaranja orijentacijskog naprezanja je sljedeći: Talina u blizini stijenke klizača se brzo hladi, uzrokujući povećanje viskoznosti vanjskog sloja taline. To rezultira puno većom brzinom protoka u središnjem sloju šupljine kalupa u usporedbi s površinskim slojem, što dovodi do posmičnih naprezanja između unutarnjih slojeva i rezultira orijentacijom duž smjera protoka.
Odmrzavanje orijentiranih makromolekularnih lanaca unutar plastičnih proizvoda označava prisutnost neopuštene, reverzibilne, visoko elastične deformacije. Stoga je orijentacijski stres unutarnja sila koja pokreće makromolekularne lance na prijelaz iz usmjerene konformacije u ne-orijentiranu konformaciju. Toplinska obrada može smanjiti ili eliminirati orijentacijski stres unutar plastičnih proizvoda.
Raspodjela orijentacijskog naprezanja u plastičnim proizvodima smanjuje se od površine prema unutarnjim slojevima, pokazujući paraboličnu promjenu.
2. Stres hlađenja
Stres hlađenja je unutarnji stres koji nastaje u plastičnim proizvodima tijekom obrade taline zbog neravnomjernog skupljanja tijekom hlađenja i stvrdnjavanja. Posebno za plastične proizvode s debelim stijenkama, vanjski sloj se prvi hladi i skrućuje, skupljajući se, dok unutarnji sloj još uvijek može biti vruća talina. Ovaj središnji sloj ograničava skupljanje površinskog sloja, što rezultira time da je središnji sloj pod tlačnim naprezanjem, a površinski sloj pod vlačnim naprezanjem.
Raspodjela unutarnjeg naprezanja pri hlađenju u plastičnim proizvodima povećava se od površine prema unutarnjem sloju, pokazujući paraboličnu promjenu.
Nadalje, plastični proizvodi s metalnim umetcima skloni su neravnomjernom unutarnjem naprezanju skupljanja zbog značajne razlike u koeficijentima toplinskog širenja između metala i plastike.
Osim dvije gore navedene glavne vrste unutarnjeg naprezanja, postoji nekoliko drugih vrsta: Za proizvode od kristalne plastike, razlike u kristalnoj strukturi i kristalnosti različitih dijelova proizvoda također stvaraju unutarnje naprezanje. Također postoje strukturna naprezanja i naprezanja vađenja iz kalupa, ali njihov je udio općenito mali.
II. Čimbenici koji utječu na stvaranje unutarnjeg naprezanja u plastici
1. Krutost molekularnog lanca
Što je krutost molekularnog lanca veća, viskoznost taline je veća, a mobilnost polimernog molekularnog lanca slabija. Stoga je oporavak od reverzibilne elastične deformacije loš, što lako dovodi do zaostalog unutarnjeg naprezanja. Na primjer, neki polimeri koji sadrže benzenske prstenove u svojim molekularnim lancima, kao što su PC, PPO i PPS, imaju odgovarajuće proizvode s većim unutarnjim naprezanjem.
2. Polaritet molekularnog lanca
Što je veći polaritet molekularnog lanca, to je jače međumolekularno privlačenje, otežavajući međumolekularno kretanje i smanjujući stupanj oporavka od reverzibilne elastične deformacije, što rezultira većim preostalim unutarnjim naprezanjem. Na primjer, neka plastika koja sadrži polarne skupine kao što su karbonilne, esterske i nitrilne skupine u svojim molekularnim lancima imaju odgovarajuće proizvode s većim unutarnjim naprezanjem.
3. Sterički učinak ometanja supstituentskih skupina
Što je veći volumen supstituentskih skupina na bočnim skupinama makromolekule, to više ometa slobodno kretanje makromolekulskog lanca, što dovodi do povećanog zaostalog unutarnjeg naprezanja. Na primjer, fenilna skupina u polistirenu ima veći volumen, što rezultira većim unutarnjim naprezanjem u polistirenskim proizvodima.
III. Tri metode za ispitivanje unutarnjeg naprezanja u dijelovima lijevanim injekcijskim prešanjem
1. Metoda otapala
▶ Uranjanje u octenu kiselinu
Upotrijebljena octena kiselina (CH3COOH) mora biti 95% ili veća, a broj ponovljenih ispitivanja ne smije biti veći od 10.
① Test površinskog opterećenja: Ulijte octenu kiselinu (ledene octene kiseline) u staklenu posudu i potpuno uronite proizvod u octenu kiselinu na 30 sekundi. Nakon 30 sekundi izvadite uzorak stezaljkama i odmah ga isperite čistom vodom (dopuštena je voda iz slavine). Promatrajte površinu uzorka za izbjeljivanje i pukotine.
Presuda: Ne bi trebalo biti pucanja. Dopušteno je lagano izbjeljivanje površine.
② Test unutarnjeg opterećenja: Nakon sušenja uzorka koji je prošao test površinskog opterećenja, potpuno ga uronite u octenu kiselinu na 2 minute. Nakon 2 minute izvadite uzorak i odmah ga isperite čistom vodom (dopuštena je voda iz slavine). Promatrajte uzorak za izbjeljivanje i pukotine.
Procjena: Ne bi trebalo biti loma. Dopuštene su male pukotine na umetku i izbjeljivanje površine.
▶Metil etil keton (MEK) + metoda uranjanja u aceton
Cijeli stroj potpuno uronite u mješavinu MEK-a i acetona u omjeru 1:1 na 21 stupanj. Izvadite i odmah osušite centrifugom. Pregledajte kako je gore opisano.
Princip: Na temelju fenomena pucanja pod srednjim naprezanjem, molekule otapala prodiru između makromolekula smole, smanjujući međumolekularne sile. Područja s visokim unutarnjim naprezanjem već imaju oslabljene međumolekularne sile prije uranjanja; ove oslabljene sile se dodatno smanjuju nakon uranjanja, što dovodi do pucanja. Područja s malim unutarnjim naprezanjem neće popucati u kratkom vremenu.
Stoga se veličina i mjesto unutarnjeg naprezanja u dijelu koji se oblaže može odrediti vremenom i opsegom pukotina na površini. Ovo određuje treba li plastični dio biti galvaniziran.
2. Instrumentalna metoda
Osvijetlite plastični dio polariziranim svjetlom. Analizirajte snagu unutarnjeg naprezanja promatrajući količinu obojenih svijetlih traka. Ova metoda je primjenjiva samo na prozirne dijelove. Metoda polarizirane svjetlosti zahtijeva skupu opremu, složena je za rad i niske je točnosti jer promjene u dijelu prije i poslije tretmana nisu značajne. Svjetlosne trake koje se pojavljuju na spektru nisu nužno posljedica unutarnjeg naprezanja; na primjer, mreškanje površine također može utjecati na rezultate ispitivanja.
Ova metoda nema utjecaja na funkciju dijela, što je čini ne-destruktivnim testom. Dijelovi koji su prošli test mogu se nastaviti galvanizirati i koristiti.
3. Metoda nagle promjene temperature
Ova metoda uključuje opetovano izlaganje plastičnog dijela zagrijavanju i hlađenju i procjenu veličine unutarnjeg naprezanja na temelju vremena potrebnog za pojavu pukotina. Pogodan je za različite plastične lijevane dijelove. Metoda nagle promjene temperature zahtijeva jednostavnu opremu, ali je vrijeme ispitivanja relativno dugo.
Plastični dio nakon pregleda je oštećen i ne može se ponovno koristiti.
IV. Uklanjanje unutarnjeg stresa
Slično metalima, plastični proizvodi također mogu imati određeni stres eliminiran kroz-postupkom "žarenja" nakon kalupljenja, baš kao i metali. Međutim, ovo je samo privremena mjera kada procesi dizajna i proizvodnje ne mogu zadovoljiti zahtjeve i ne preporučuje se kao redovita metoda.
Ova metoda ima nekoliko ograničenja:
1. Ne može učinkovito otkloniti nedostatke u punilima od staklenih vlakana;
2. Ispitivanja pokazuju da se tijekom zagrijavanja nakon-lijevanja čvrstoća materijala i kemijska otpornost smanjuju, što zahtijeva kontrolirano vrijeme žarenja kako bi se spriječio kvar;
3. Dugotrajno zagrijavanje i žarenje značajno poskupljuje konačni proizvod;
4. Stabilno zagrijavanje i hlađenje tijekom žarenja ključni su za izbjegavanje toplinskog šoka uzrokovanog brzim promjenama temperature.
