Intern spänning i plast hänvisar till en inneboende spänning som genereras under bearbetningen av smält plast på grund av faktorer som orienteringen av makromolekylära kedjor och kylande sammandragning.
Kärnan i inre stress är den obalanserade konformation som bildas av makromolekylära kedjor under smält bearbetning. Denna obalanserade konformation kan inte omedelbart återgå till en jämviktskonformation anpassad till miljöförhållanden vid kylning och stelning. Denna obalanserade konformation är i huvudsak en reversibel, mycket elastisk deformation. Denna frusna elastiska deformation lagras normalt i plastprodukten som potentiell energi. Under lämpliga förhållanden kommer denna påtvingade, instabila konformation att förvandlas till en fri, stabil konformation, och den potentiella energin kommer att frigöras som kinetisk energi.
När krafterna och sammantrasslingskrafterna mellan makromolekylära kedjor inte kan motstå denna kinetiska energi, störs den interna spänningsbalansen, och plastprodukten kommer att uppvisa spänningssprickor och vridningsdeformation.
I. Orsaker till inre stress i plast
1. Orientering Inre stress
Orienteringsinre spänning är en inre spänning som genereras när orienteringen av makromolekylära kedjor längs flödesriktningen fryses under flödes-, fyllnings- och tryck{0}}hållningsprocesserna för den smälta plasten.
Den detaljerade processen för generering av orienteringsspänning är som följer: Smältan nära löpväggen kyls snabbt, vilket orsakar en ökning av viskositeten hos det yttre smältskiktet. Detta resulterar i en mycket högre flödeshastighet i kärnskiktet i formhåligheten jämfört med ytskiktet, vilket leder till skjuvspänning mellan de inre skikten och resulterar i orientering längs flödesriktningen.
Uppfrysningen av orienterade makromolekylära kedjor i plastprodukter betyder närvaron av oavslappnad, reversibel, mycket elastisk deformation. Därför är orienteringsspänning den inre kraft som driver makromolekylära kedjor till övergång från en orienterad konformation till en icke-orienterad konformation. Värmebehandling kan minska eller eliminera orienteringsstress i plastprodukter.
Fördelningen av orienteringsspänningar i plastprodukter minskar från ytan till de inre lagren, vilket uppvisar en parabolisk förändring.
2. Kylstress
Kylspänning är en inre spänning som genereras i plastprodukter under smältbearbetningen på grund av ojämn krympning under kylning och härdning. Speciellt för tjocka-väggiga plastprodukter kyls det yttre lagret och stelnar först, krymper medan det inre lagret fortfarande kan vara en smälta. Detta kärnskikt begränsar krympningen av ytskiktet, vilket resulterar i att kärnskiktet är under tryckpåkänning och ytskiktet under dragpåkänning.
Fördelningen av kylande inre spänningar i plastprodukter ökar från ytan till det inre lagret, vilket uppvisar en parabolisk förändring.
Dessutom är plastprodukter med metallinsatser benägna att få ojämn inre krympning på grund av den betydande skillnaden i värmeutvidgningskoefficienter mellan metall och plast.
Förutom de två huvudtyperna av inre spänningar som nämnts ovan, finns det flera andra typer: För kristallina plastprodukter genererar skillnader i den kristallina strukturen och kristalliniteten hos olika delar av produkten också inre spänningar. Det finns också strukturella spänningar och urtagningsspänningar, men deras andel är i allmänhet liten.
II. Faktorer som påverkar genereringen av inre stress i plast
1. Molekylär kedjas styvhet
Ju större styvheten hos molekylkedjan, desto högre smältviskositet, och desto sämre rörlighet hos polymermolekylkedjan. Därför är återhämtningen från reversibel elastisk deformation dålig, vilket lätt leder till kvarvarande inre stress. Till exempel har vissa polymerer som innehåller bensenringar i sina molekylkedjor, såsom PC, PPO och PPS, motsvarande produkter med högre inre stress.
2. Molekylkedjans polaritet
Ju större polaritet en molekylkedja har, desto starkare är den intermolekylära attraktionen, vilket försvårar intermolekylär rörelse och minskar graden av återhämtning från reversibel elastisk deformation, vilket resulterar i högre kvarvarande inre stress. Till exempel har vissa plaster som innehåller polära grupper såsom karbonyl-, ester- och nitrilgrupper i sina molekylkedjor motsvarande produkter med högre inre stress.
3. Sterisk hindereffekt av substituentgrupper
Ju större volymen av substituentgrupperna är på makromolekylens sidogrupper, desto mer hindrar det den fria rörelsen av den makromolekylära kedjan, vilket leder till ökad kvarvarande inre stress. Till exempel har fenylgruppen i polystyren en större volym, vilket resulterar i högre inre spänningar i polystyrenprodukter.
III. Tre metoder för att testa inre spänningar i formsprutade delar
1. Lösningsmedelsmetod
▶ Nedsänkning av ättiksyra
Ättiksyran (CH3COOH) som används måste vara 95 % eller högre, och antalet upprepade tester bör inte överstiga 10.
① Ytstresstest: Häll ättiksyra (isättika) i en glasbehållare och sänk ned produkten helt i ättiksyran i 30 sekunder. Efter 30 sekunder, ta bort provet med klämmor och skölj det omedelbart med rent vatten (kranvatten är acceptabelt). Observera provets yta för blekning och sprickor.
Bedömning: Det ska inte finnas några sprickor. Lite blekning av ytan är tillåten.
② Internt stresstest: Efter att ha torkat provet som har klarat ytspänningstestet, doppa det helt i ättiksyra i 2 minuter. Efter 2 minuter, ta bort provet och skölj omedelbart med rent vatten (kranvatten är acceptabelt). Observera provet för blekning och sprickor.
Bedömning: Det ska inte finnas några brott. Små sprickor på insatsen och ytblekning är tillåtna.
▶Metyletylketon (MEK) + acetonnedsänkningsmetod
Sänk ner hela maskinen helt i en 1:1 blandning av MEK och aceton vid 21 grader. Ta bort och centrifugera omedelbart. Inspektera enligt beskrivningen ovan.
Princip: Baserat på fenomenet sprickbildning med medelspänning, penetrerar lösningsmedelsmolekyler mellan hartsmakromolekylerna, vilket minskar de intermolekylära krafterna. Områden med hög inre spänning har redan försvagade intermolekylära krafter före nedsänkningen; dessa försvagade krafter reduceras ytterligare efter nedsänkning, vilket leder till sprickbildning. Områden med låg inre spänning spricker inte på kort tid.
Därför kan storleken och placeringen av inre spänningar i den del som ska pläteras bestämmas av tiden och omfattningen av sprickbildning på ytan. Detta avgör om plastdelen ska galvaniseras.
2. Instrumentell metod
Belys plastdelen med polariserat ljus. Analysera styrkan av inre stress genom att observera mängden färgade ljusband. Denna metod är endast tillämplig på genomskinliga delar. Metoden med polariserat ljus kräver dyr utrustning, är komplex att använda och har låg noggrannhet eftersom förändringarna i delen före och efter behandling inte är signifikanta. Ljusbanden som uppträder i spektrumet beror inte nödvändigtvis på inre stress; till exempel kan ytkrusningar också påverka testresultaten.
Denna metod har ingen inverkan på delens funktion, vilket gör det till ett icke-förstörande test. Delar som har klarat testet kan fortsätta galvanisering och användning.
3. Metod för plötslig temperaturändring
Denna metod innebär att plastdelen upprepade gånger utsätts för uppvärmning och kylning, och bedömer storleken på inre spänningar baserat på den tid det tar för sprickor att uppstå. Den är lämplig för olika plastformade delar. Metoden för plötslig temperaturförändring kräver enkel utrustning, men testtiden är relativt lång.
Plastdelen efter inspektion är skadad och kan inte användas igen.
IV. Eliminering av inre stress
I likhet med metaller kan plastprodukter också ha en viss stress eliminerad genom en efter-glödgningsprocess, precis som metaller. Detta är dock endast en stoppåtgärd när design- och tillverkningsprocesser inte kan uppfylla kraven, och det rekommenderas inte som en vanlig metod.
Denna metod har flera begränsningar:
1. Det kan inte effektivt eliminera defekter i glasfiberfyllmedel;
2. Tester visar att materialets styrka och kemiska beständighet minskar under uppvärmning efter-formning, vilket kräver kontrollerad glödgningstid för att förhindra fel;
3. Långvarig uppvärmning och glödgning ökar avsevärt kostnaden för slutprodukten;
4. Stabil uppvärmning och kylning under glödgning är avgörande för att undvika termisk chock orsakad av snabba temperaturförändringar.
