Unutarnji napon u plastici odnosi se na inherentno naprezanje koje nastaje tokom obrade rastaljene plastike zbog faktora kao što su orijentacija makromolekularnih lanaca i kontrakcija hlađenja.
Suština unutrašnjeg naprezanja je neuravnotežena konformacija koju formiraju makromolekularni lanci tokom rastaljene obrade. Ova neuravnotežena konformacija ne može se odmah vratiti u ravnotežnu konformaciju prilagođenu uslovima okoline nakon hlađenja i očvršćavanja. Ova neuravnotežena konformacija je u suštini reverzibilna, visoko elastična deformacija. Ova smrznuta elastična deformacija se obično pohranjuje u plastičnom proizvodu kao potencijalna energija. Pod odgovarajućim uslovima, ova prisilna, nestabilna konformacija će se transformisati u slobodnu, stabilnu konformaciju, a potencijalna energija će se osloboditi kao kinetička energija.
Kada sile i sile preplitanja između makromolekularnih lanaca ne mogu izdržati ovu kinetičku energiju, interni balans naprezanja je poremećen, a plastični proizvod će pokazati pucanje pod naponom i deformaciju savijanja.
I. Uzroci unutrašnjeg stresa u plastici
1. Orijentacija Unutarnji stres
Orijentacijski unutrašnji napon je unutrašnji napon koji nastaje kada se orijentacija makromolekularnih lanaca duž smjera strujanja zamrzne tokom procesa protoka, punjenja i{0}}držanja pritiska rastopljene plastike.
Detaljan proces generisanja orijentacijskog naprezanja je sljedeći: Talina u blizini stijenke vodilice se brzo hladi, uzrokujući povećanje viskoziteta vanjskog sloja taline. Ovo rezultira mnogo većom brzinom strujanja u osnovnom sloju šupljine kalupa u odnosu na površinski sloj, što dovodi do posmičnog naprezanja između unutrašnjih slojeva i rezultira orijentacijom duž smjera strujanja.
Odmrzavanje orijentiranih makromolekularnih lanaca unutar plastičnih proizvoda označava prisustvo neopuštene, reverzibilne, visoko elastične deformacije. Stoga je orijentacijski stres unutrašnja sila koja pokreće makromolekularne lance na prijelaz iz orijentirane konformacije u ne-orijentisanu konformaciju. Toplinska obrada može smanjiti ili eliminirati orijentacijski stres unutar plastičnih proizvoda.
Raspodjela orijentacijskog naprezanja u plastičnim proizvodima opada od površine prema unutarnjim slojevima, pokazujući paraboličku promjenu.
2. Rashladni stres
Rashladni napon je unutrašnje naprezanje koje nastaje u plastičnim proizvodima tokom obrade taline zbog neravnomjernog skupljanja tokom hlađenja i vezivanja. Posebno za plastični-proizvode sa debelim zidovima, vanjski sloj se prvo hladi i stvrdnjava, skupljajući se dok unutrašnji sloj još uvijek može biti vrući topljivi sloj. Ovaj sloj jezgre ograničava skupljanje površinskog sloja, što rezultira da je jezgrini sloj pod tlačnim naprezanjem, a površinski sloj pod vlačnim naprezanjem.
Raspodjela unutrašnjeg naprezanja hlađenja u plastičnim proizvodima povećava se od površine prema unutrašnjem sloju, pokazujući paraboličnu promjenu.
Nadalje, plastični proizvodi s metalnim umetcima skloni su neujednačenom unutarnjem naprezanju skupljanja zbog značajne razlike u koeficijentima toplinskog širenja između metala i plastike.
Osim dva glavna tipa unutrašnjeg naprezanja koja su gore spomenuta, postoji nekoliko drugih tipova: Za kristalne plastične proizvode, razlike u kristalnoj strukturi i kristalnosti različitih dijelova proizvoda također stvaraju unutrašnje naprezanje. Postoje i strukturna naprezanja i naprezanja prilikom otklanjanja kalupa, ali je njihov udio općenito mali.
II. Faktori koji utiču na stvaranje unutrašnjeg naprezanja u plastici
1. Krutost molekulskog lanca
Što je veća krutost molekulskog lanca, to je veći viskozitet taline, a mobilnost polimernog molekularnog lanca je lošija. Stoga je oporavak od reverzibilne elastične deformacije slab, što lako dovodi do zaostalih unutarnjih naprezanja. Na primjer, neki polimeri koji sadrže benzenske prstenove u svojim molekularnim lancima, kao što su PC, PPO i PPS, imaju odgovarajuće proizvode sa većim unutrašnjim naprezanjem.
2. Polaritet molekulskog lanca
Što je veći polaritet molekularnog lanca, to je jača međumolekularna privlačnost, što otežava međumolekularno kretanje i smanjuje stupanj oporavka od reverzibilne elastične deformacije, što rezultira većim zaostalim unutarnjim naprezanjem. Na primjer, neke plastike koje sadrže polarne grupe kao što su karbonilne, esterske i nitrilne grupe u svojim molekularnim lancima imaju odgovarajuće proizvode s većim unutarnjim naprezanjem.
3. Sterički ometajući efekat supstituentnih grupa
Što je veći volumen supstituentskih grupa na bočnim grupama makromolekule, to više ometa slobodno kretanje makromolekularnog lanca, što dovodi do povećanog zaostalog unutrašnjeg stresa. Na primjer, fenilna grupa u polistirenu ima veći volumen, što dovodi do većeg unutrašnjeg naprezanja u polistirenskim proizvodima.
III. Tri metode za ispitivanje unutrašnjeg naprezanja u brizganim dijelovima
1. Metoda rastvarača
▶ Potapanje sirćetnom kiselinom
Upotrijebljena octena kiselina (CH3COOH) mora biti 95% ili više, a broj ponovljenih testova ne smije biti veći od 10.
① Test površinskog naprezanja: Sipajte octenu kiselinu (glacijalnu sirćetnu kiselinu) u staklenu posudu i potpuno uronite proizvod u octenu kiselinu na 30 sekundi. Nakon 30 sekundi, uklonite uzorak pomoću stezaljki i odmah ga isperite čistom vodom (voda iz slavine je prihvatljiva). Promatrajte površinu uzorka za izbjeljivanje i pukotine.
Prosudba: Ne bi trebalo biti pucanja. Dozvoljeno je blago izbjeljivanje površine.
② Ispitivanje unutrašnjeg naprezanja: Nakon sušenja uzorka koji je prošao test površinskog naprezanja, potpuno ga uronite u octenu kiselinu na 2 minute. Nakon 2 minute, uklonite uzorak i odmah ga isperite čistom vodom (voda iz slavine je prihvatljiva). Promatrajte uzorak za izbjeljivanje i pukotine.
Prosudba: Ne bi trebalo biti loma. Dozvoljene su male pukotine na umetku i izbjeljivanje površine.
▶Metil etil keton (MEK) + metoda uranjanja acetona
Kompletno uronite cijelu mašinu u 1:1 mješavinu MEK-a i acetona na 21 stepen. Uklonite i odmah osušite. Pregledajte kako je gore opisano.
Princip: Na osnovu fenomena pucanja srednjeg naprezanja, molekuli rastvarača prodiru između makromolekula smole, smanjujući međumolekularne sile. Područja s visokim unutrašnjim naprezanjem već imaju oslabljene intermolekularne sile prije uranjanja; ove oslabljene sile se dodatno smanjuju nakon potapanja, što dovodi do pucanja. Područja s malim unutrašnjim naprezanjem neće popucati za kratko vrijeme.
Stoga se veličina i lokacija unutrašnjeg naprezanja u dijelu koji se oblaže može odrediti vremenom i opsegom pucanja na površini. Ovo određuje da li plastični dio treba biti galvaniziran.
2. Instrumentalna metoda
Osvetlite plastični deo polarizovanim svetlom. Analizirajte snagu unutrašnjeg stresa posmatrajući količinu obojenih svjetlosnih traka. Ova metoda je primjenjiva samo na prozirne dijelove. Metoda polariziranog svjetla zahtijeva skupu opremu, složena je za rad i niska je preciznost jer promjene u dijelu prije i nakon tretmana nisu značajne. Svjetlosne trake koje se pojavljuju na spektru nisu nužno posljedica unutrašnjeg stresa; na primjer, površinsko talasanje također može utjecati na rezultate testa.
Ova metoda nema utjecaja na funkciju dijela, što ga čini ne-destruktivnim testom. Dijelovi koji su prošli test mogu se nastaviti s galvanizacijom i upotrebom.
3. Metoda iznenadne promjene temperature
Ova metoda uključuje uzastopno podvrgavanje plastičnog dijela zagrijavanju i hlađenju, te procjenu veličine unutrašnjeg naprezanja na osnovu vremena potrebnog za pojavu pukotina. Pogodan je za razne plastične lijevane dijelove. Metoda nagle promjene temperature zahtijeva jednostavnu opremu, ali vrijeme testiranja je relativno dugo.
Plastični dio nakon pregleda je oštećen i ne može se ponovo koristiti.
IV. Eliminacija unutrašnjeg stresa
Slično kao i kod metala, plastični proizvodi također mogu imati određeni stres eliminisan postupkom -žarenja nakon kalupljenja, baš kao i metali. Međutim, ovo je samo zaustavna mjera kada procesi dizajna i proizvodnje ne mogu ispuniti zahtjeve i ne preporučuje se kao redovna metoda.
Ova metoda ima nekoliko ograničenja:
1. Ne može efikasno eliminisati nedostatke u punilima od staklenih vlakana;
2. Testovi pokazuju da se tokom zagrijavanja nakon{1}}lijevanja, čvrstoća i hemijska otpornost materijala smanjuju, što zahtijeva kontrolirano vrijeme žarenja kako bi se spriječio kvar;
3. Dugotrajno zagrijavanje i žarenje značajno povećava cijenu finalnog proizvoda;
4. Stabilno grijanje i hlađenje tokom žarenja su od ključne važnosti za izbjegavanje termičkog šoka uzrokovanog brzim promjenama temperature.
