Intern spenning i plast refererer til en iboende spenning generert under smeltet plastbehandling på grunn av faktorer som orienteringen av makromolekylære kjeder og kjølesammentrekning.
Essensen av indre stress er den ubalanserte konformasjonen som dannes av makromolekylære kjeder under smeltet prosessering. Denne ubalanserte konformasjonen kan ikke umiddelbart gå tilbake til en likevektskonformasjon tilpasset miljøforhold ved avkjøling og størkning. Denne ubalanserte konformasjonen er i hovedsak en reversibel, svært elastisk deformasjon. Denne frosne elastiske deformasjonen lagres normalt i plastproduktet som potensiell energi. Under passende forhold vil denne tvungne, ustabile konformasjonen transformeres til en fri, stabil konformasjon, og den potensielle energien vil bli frigjort som kinetisk energi.
Når kreftene og sammenfiltringskreftene mellom makromolekylære kjeder ikke kan motstå denne kinetiske energien, blir den indre spenningsbalansen forstyrret, og plastproduktet vil vise spenningssprekker og vridningsdeformasjoner.
I. Årsaker til indre stress i plast
1. Orientering Intern stress
Innvendig orienteringsspenning er en indre spenning som genereres når orienteringen av makromolekylære kjeder langs strømningsretningen fryses under strømnings-, fyllings- og trykkholdeprosessene til den smeltede plasten.
Den detaljerte prosessen med generering av orienteringsspenning er som følger: Smelten nær løpeveggen avkjøles raskt, noe som forårsaker en økning i viskositeten til det ytre smeltelaget. Dette resulterer i en mye høyere strømningshastighet i kjernelaget i formhulrommet sammenlignet med overflatelaget, noe som fører til skjærspenning mellom de indre lagene og resulterer i orientering langs strømningsretningen.
Avfrysing av orienterte makromolekylære kjeder i plastprodukter betyr tilstedeværelsen av uavslappet, reversibel, svært elastisk deformasjon. Derfor er orienteringsspenning den indre kraften som driver makromolekylære kjeder til overgang fra en orientert konformasjon til en ikke-orientert konformasjon. Varmebehandling kan redusere eller eliminere orienteringsstress i plastprodukter.
Fordelingen av orienteringsspenning i plastprodukter avtar fra overflaten til de indre lagene, og viser en parabolsk endring.
2. Kjølestress
Kjølestress er en indre spenning som genereres i plastprodukter under smeltebehandlingen på grunn av ujevn krymping under avkjøling og herding. Spesielt for tykke-vegger plastprodukter avkjøles og stivner det ytre laget først, krymper mens det indre laget fortsatt kan være en smeltemasse. Dette kjernelaget begrenser krympingen av overflatelaget, noe som resulterer i at kjernelaget er under trykkspenning og overflatelaget under strekkspenning.
Fordelingen av kjølende indre spenninger i plastprodukter øker fra overflaten til det indre laget, og viser en parabolsk endring.
Videre er plastprodukter med metallinnsatser utsatt for ujevn indre krymping på grunn av den betydelige forskjellen i termiske ekspansjonskoeffisienter mellom metall og plast.
Foruten de to hovedtypene av indre spenninger nevnt ovenfor, er det flere andre typer: For krystallinske plastprodukter genererer også forskjeller i den krystallinske strukturen og krystalliniteten til ulike deler av produktet indre spenninger. Det er også strukturelle spenninger og deforming spenninger, men deres andel er generelt liten.
II. Faktorer som påvirker generering av indre stress i plast
1. Molekylær kjedestivhet
Jo større stivheten til molekylkjeden er, desto høyere er smelteviskositeten, og jo dårligere er mobiliteten til polymerens molekylkjede. Derfor er utvinningen fra reversibel elastisk deformasjon dårlig, noe som lett fører til gjenværende indre stress. For eksempel har noen polymerer som inneholder benzenringer i molekylkjedene, som PC, PPO og PPS, tilsvarende produkter med høyere indre stress.
2. Molekylær kjedepolaritet
Jo større polariteten til en molekylkjede er, desto sterkere er den intermolekylære tiltrekningen, noe som gjør intermolekylær bevegelse vanskeligere og reduserer graden av utvinning fra reversibel elastisk deformasjon, noe som resulterer i høyere gjenværende indre stress. For eksempel har noen plaster som inneholder polare grupper som karbonyl-, ester- og nitrilgrupper i molekylkjedene tilsvarende produkter med høyere indre stress.
3. Sterisk hindringseffekt av substituentgrupper
Jo større volumet av substituentgruppene er på sidegruppene til makromolekylet, desto mer hindrer det den frie bevegelsen av den makromolekylære kjeden, noe som fører til økt gjenværende intern stress. For eksempel har fenylgruppen i polystyren et større volum, noe som resulterer i høyere indre stress i polystyrenprodukter.
III. Tre metoder for testing av indre spenninger i sprøytestøpte deler
1. Løsemiddelmetode
▶ Eddiksyrenedsenking
Eddiksyren (CH3COOH) som brukes må være 95 % eller høyere, og antall gjentatte tester bør ikke overstige 10.
① Overflatebelastningstest: Hell eddiksyre (iseddik) i en glassbeholder og dypp produktet helt ned i eddiksyren i 30 sekunder. Etter 30 sekunder, fjern prøven med klemmer og skyll den umiddelbart med rent vann (vann fra springen er akseptabelt). Observer prøveoverflaten for bleking og sprekker.
Bedømmelse: Det skal ikke være noen sprekker. Litt bleking av overflaten er tillatt.
② Intern stresstest: Etter å ha tørket prøven som har bestått overflatebelastningstesten, dypp den helt ned i eddiksyre i 2 minutter. Etter 2 minutter, fjern prøven og skyll den umiddelbart med rent vann (vann fra springen er akseptabelt). Observer prøven for bleking og sprekker.
Bedømmelse: Det skal ikke være brudd. Små sprekker ved innsatsen og overflatebleking er tillatt.
▶Methylethylketon (MEK) + Aceton Neddypningsmetode
Senk hele maskinen helt ned i en 1:1 blanding av MEK og aceton ved 21 grader. Fjern og sentrifuger umiddelbart. Inspiser som beskrevet ovenfor.
Prinsipp: Basert på fenomenet med middels spenningssprekking, trenger løsemiddelmolekyler inn mellom harpiksmakromolekylene og reduserer de intermolekylære kreftene. Områder med høy indre stress har allerede svekkede intermolekylære krefter før nedsenking; disse svekkede kreftene reduseres ytterligere etter nedsenking, noe som fører til sprekker. Områder med lav indre belastning vil ikke sprekke på kort tid.
Derfor kan størrelsen og plasseringen av indre spenninger i delen som skal belegges bestemmes av tiden og omfanget av sprekker på overflaten. Dette avgjør om plastdelen skal galvaniseres.
2. Instrumentell metode
Belys plastdelen med polarisert lys. Analyser styrken til indre stress ved å observere mengden fargede lysbånd. Denne metoden gjelder kun for gjennomsiktige deler. Den polariserte lysmetoden krever dyrt utstyr, er kompleks å betjene og har lav nøyaktighet fordi endringene i delen før og etter behandling ikke er signifikante. Lysbåndene som vises på spekteret skyldes ikke nødvendigvis indre stress; for eksempel kan overflatebølger også påvirke testresultatene.
Denne metoden har ingen innvirkning på funksjonen til delen, noe som gjør den til en ikke-destruktiv test. Deler som har bestått testen kan fortsette galvanisering og bruk.
3. Metode for plutselig endring av temperatur
Denne metoden innebærer gjentatte ganger å utsette plastdelen for oppvarming og avkjøling, og vurdere størrelsen på indre spenninger basert på tiden det tar før sprekker oppstår. Den er egnet for ulike plaststøpte deler. Metoden for plutselig endring av temperatur krever enkelt utstyr, men testtiden er relativt lang.
Plastdelen etter inspeksjon er skadet og kan ikke brukes igjen.
IV. Eliminering av indre stress
I likhet med metaller kan plastprodukter også ha en del stress eliminert gjennom en «glødingsprosess» etter-støping, akkurat som metaller. Dette er imidlertid kun et stopp når design- og produksjonsprosesser ikke kan oppfylle kravene, og det anbefales ikke som vanlig metode.
Denne metoden har flere begrensninger:
1. Det kan ikke effektivt eliminere defekter i glassfiberfyllstoffer;
2. Tester viser at under oppvarming etter-støping, reduseres materialets styrke og kjemiske motstand, noe som krever kontrollert glødetid for å forhindre feil;
3. Langvarig oppvarming og gløding øker kostnadene for sluttproduktet betydelig;
4. Stabil oppvarming og avkjøling under gløding er avgjørende for å unngå termisk sjokk forårsaket av raske temperaturendringer.
