Vnitřní pnutí v plastech se týká inherentního napětí generovaného během zpracování roztaveného plastu v důsledku faktorů, jako je orientace makromolekulárních řetězců a kontrakce ochlazování.
Podstatou vnitřního pnutí je nevyvážená konformace tvořená makromolekulárními řetězci při zpracování taveniny. Tato nevyvážená konformace se nemůže okamžitě vrátit do rovnovážné konformace přizpůsobené podmínkám prostředí po ochlazení a tuhnutí. Tato nevyvážená konformace je v podstatě vratná, vysoce elastická deformace. Tato zmrazená elastická deformace je normálně uložena v plastovém produktu jako potenciální energie. Za vhodných podmínek se tato vynucená, nestabilní konformace přemění na volnou, stabilní konformaci a potenciální energie se uvolní jako kinetická energie.
Když síly a síly propletení mezi makromolekulárními řetězci nemohou odolat této kinetické energii, naruší se vnitřní rovnováha napětí a plastový produkt bude vykazovat praskání pod napětím a deformaci deformací.
I. Příčiny vnitřního napětí v plastech
1. Orientace Vnitřní napětí
Orientační vnitřní napětí je vnitřní napětí, které vzniká, když je orientace makromolekulárních řetězců ve směru toku zmrazena během procesů toku, plnění a udržování tlaku- roztaveného plastu.
Podrobný proces generování orientačního napětí je následující: Tavenina v blízkosti stěny žlabu se rychle ochlazuje, což způsobuje zvýšení viskozity vnější vrstvy taveniny. To má za následek mnohem vyšší rychlost proudění v jádrové vrstvě dutiny formy ve srovnání s povrchovou vrstvou, což vede ke smykovému napětí mezi vnitřními vrstvami a vede k orientaci ve směru proudění.
Rozmrazování orientovaných makromolekulárních řetězců v plastových výrobcích znamená přítomnost neuvolněné, reverzibilní, vysoce elastické deformace. Orientační napětí je tedy vnitřní síla pohánějící makromolekulární řetězce k přechodu z orientované konformace do neorientované konformace. Tepelné zpracování může snížit nebo odstranit orientační napětí v plastových výrobcích.
Rozložení orientačního napětí v plastových výrobcích klesá od povrchu k vnitřním vrstvám, přičemž dochází k parabolické změně.
2. Chladivý stres
Chladicí napětí je vnitřní napětí vznikající v plastových výrobcích během zpracování taveniny v důsledku nerovnoměrného smršťování během chlazení a tuhnutí. Zejména u silných-plastových výrobků se vnější vrstva nejprve ochladí a ztuhne, přičemž se smrští, zatímco vnitřní vrstva může být stále tavenina. Tato jádrová vrstva omezuje smrštění povrchové vrstvy, což má za následek, že jádrová vrstva je namáhána tlakem a povrchová vrstva je namáhána tahem.
Rozložení chladícího vnitřního napětí v plastových výrobcích se zvyšuje od povrchu k vnitřní vrstvě, přičemž dochází k parabolické změně.
Kromě toho jsou plastové výrobky s kovovými vložkami náchylné k nerovnoměrnému vnitřnímu smršťování v důsledku značného rozdílu v koeficientech tepelné roztažnosti mezi kovem a plastem.
Kromě dvou hlavních typů vnitřního pnutí uvedených výše existuje několik dalších typů: U výrobků z krystalických plastů vytvářejí vnitřní pnutí také rozdíly v krystalické struktuře a krystalinitě různých částí výrobku. Existují také strukturální napětí a napětí při demontáži, ale jejich podíl je obecně malý.
II. Faktory ovlivňující vytváření vnitřního napětí v plastech
1. Tuhost molekulárního řetězce
Čím větší je tuhost molekulárního řetězce, tím vyšší je viskozita taveniny a tím horší je pohyblivost molekulárního řetězce polymeru. Proto je zotavení z reverzibilní elastické deformace špatné, což snadno vede ke zbytkovému vnitřnímu napětí. Například některé polymery obsahující benzenové kruhy ve svých molekulárních řetězcích, jako je PC, PPO a PPS, mají odpovídající produkty s vyšším vnitřním napětím.
2. Polarita molekulárního řetězce
Čím větší je polarita molekulárního řetězce, tím silnější je mezimolekulární přitažlivost, což ztěžuje mezimolekulární pohyb a snižuje stupeň zotavení z reverzibilní elastické deformace, což má za následek vyšší zbytkové vnitřní napětí. Například některé plasty obsahující polární skupiny, jako jsou karbonylové, esterové a nitrilové skupiny ve svých molekulárních řetězcích, mají odpovídající produkty s vyšším vnitřním napětím.
3. Stérický bránicí účinek skupin substituentů
Čím větší je objem substitučních skupin na postranních skupinách makromolekuly, tím více to brání volnému pohybu makromolekulárního řetězce, což vede ke zvýšenému zbytkovému vnitřnímu napětí. Například fenylová skupina v polystyrenu má větší objem, což má za následek vyšší vnitřní pnutí ve výrobcích z polystyrenu.
III. Tři metody pro testování vnitřního napětí ve vstřikovaných dílech
1. Metoda rozpouštědla
▶ Ponoření do kyseliny octové
Použitá kyselina octová (CH3COOH) musí být 95% nebo vyšší a počet opakovaných testů by neměl překročit 10.
① Test povrchové zátěže: Nalijte kyselinu octovou (ledovou kyselinu octovou) do skleněné nádoby a zcela ponořte produkt do kyseliny octové na 30 sekund. Po 30 sekundách vyjměte vzorek pomocí svorek a ihned jej opláchněte čistou vodou (voda z vodovodu je přijatelná). Pozorujte povrch vzorku, zda nevyběluje a zda není prasklý.
Posudek: Nemělo by docházet k praskání. Mírné vybělení povrchu je přípustné.
② Test vnitřního namáhání: Po vysušení vzorku, který prošel testem povrchového namáhání, jej zcela ponořte na 2 minuty do kyseliny octové. Po 2 minutách vzorek vyjměte a ihned jej opláchněte čistou vodou (voda z vodovodu je přijatelná). Pozorujte vzorek na vybělení a praskliny.
Posudek: Nemělo by dojít k žádnému zlomení. Mírné praskliny na vložce a bělení povrchu jsou přípustné.
▶Methylethylketon (MEK) + metoda ponoření do acetonu
Celý stroj zcela ponořte do směsi 1:1 MEK a acetonu při 21 stupních. Vyjměte a ihned odstřeďte. Zkontrolujte, jak je popsáno výše.
Princip: Na základě fenoménu praskání při středním napětí pronikají molekuly rozpouštědla mezi makromolekuly pryskyřice, čímž se snižují mezimolekulární síly. Oblasti s vysokým vnitřním napětím mají již před ponořením oslabené mezimolekulární síly; tyto oslabené síly se po ponoření dále snižují, což vede k praskání. Oblasti s nízkým vnitřním pnutím v krátké době nepraskají.
Velikost a umístění vnitřního napětí v pokovovaném dílu lze tedy určit časem a rozsahem prasklin na povrchu. To určuje, zda má být plastový díl galvanicky pokovován.
2. Instrumentální metoda
Osvětlete plastovou část polarizovaným světlem. Analyzujte sílu vnitřního napětí sledováním množství barevných světelných pásů. Tato metoda je použitelná pouze pro průhledné díly. Metoda polarizovaného světla vyžaduje drahé vybavení, je složitá na provoz a má nízkou přesnost, protože změny v dílu před a po ošetření nejsou významné. Světelné pásy objevující se na spektru nejsou nutně způsobeny vnitřním napětím; například vlnění povrchu může také ovlivnit výsledky testu.
Tato metoda nemá žádný vliv na funkci součásti, takže jde o nedestruktivní test. Díly, které prošly testem, mohou pokračovat v galvanickém pokovování a používat je.
3. Metoda náhlé změny teploty
Tato metoda zahrnuje opakované vystavení plastového dílu zahřívání a chlazení a posouzení velikosti vnitřního napětí na základě doby, za kterou se objeví trhliny. Je vhodný pro různé plastové lisované díly. Metoda náhlé změny teploty vyžaduje jednoduché vybavení, ale doba testování je poměrně dlouhá.
Plastová část je po kontrole poškozená a nelze ji znovu použít.
IV. Eliminace vnitřního stresu
Podobně jako u kovů lze i u plastových výrobků eliminovat určité namáhání pomocí procesu „žíhání“ po formování, stejně jako u kovů. Jedná se však pouze o dočasné opatření, když konstrukční a výrobní procesy nemohou splnit požadavky, a nedoporučuje se to jako běžná metoda.
Tato metoda má několik omezení:
1. Nemůže účinně eliminovat vady výplní ze skleněných vláken;
2. Testy ukazují, že během ohřevu po formování se pevnost a chemická odolnost materiálu snižují, což vyžaduje řízenou dobu žíhání, aby se zabránilo selhání;
3. Dlouhé zahřívání a žíhání výrazně zvyšuje náklady na konečný výrobek;
4. Stabilní ohřev a chlazení během žíhání jsou zásadní pro zamezení tepelného šoku způsobeného rychlými změnami teploty.
