تنش داخلی پلاستیک به نوعی تنش داخلی اطلاق می شود که توسط عواملی مانند جهت گیری زنجیره های ماکرومولکولی و انقباض خنک کننده در طی فرآیند مذاب پلاستیک ایجاد می شود.
جوهر تنش داخلی، ترکیب نامتعادلی است که توسط زنجیره ماکرومولکولی در طول فرآیند ذوب ایجاد می شود. این ترکیب نامتعادل نمی تواند بلافاصله پس از سرد شدن و جامد شدن به ترکیب متعادل مناسب برای شرایط محیطی بازگردد. ماهیت این ترکیب نامتعادل یک تغییر شکل با الاستیک بالا قابل برگشت است و تغییر شکل با الاستیک بالا منجمد معمولاً در محصول پلاستیکی به شکل انرژی پتانسیل ذخیره میشود. در شرایط مناسب، این ترکیب ناپایدار اجباری به یک ترکیب آزاد و پایدار تبدیل می شود. انرژی پتانسیل به انرژی جنبشی تبدیل شده و آزاد می شود.
هنگامی که نیروی بین زنجیرههای ماکرومولکولی و نیروی درهمتنیدگی نتواند این انرژی جنبشی را تحمل کند، تعادل تنش داخلی از بین میرود و محصولات پلاستیکی دچار ترکخوردگی تنش و تغییر شکل تاب میشوند.
1. علت استرس داخلی در پلاستیک
1. جهت گیری استرس درونی
تنش داخلی جهتگیری نوعی تنش داخلی است که در اثر انجماد زنجیرههای ماکرومولکولی که در جهت جریان در طول فرآیند پر شدن جریان و حفظ فشار مذاب پلاستیک قرار دارند، ایجاد میشود.
فرآیند تفصیلی ایجاد تنش جهتیابی به شرح زیر است: مذاب در نزدیکی دیواره راهانداز، ویسکوزیته لایه بیرونی مذاب را به دلیل سرعت سرد شدن سریع افزایش میدهد، به طوری که سرعت جریان مذاب در لایه هسته حفره بسیار زیاد است. بالاتر از سرعت جریان لایه سطحی، در نتیجه لایه ها تحت تنش برشی قرار می گیرند و در نتیجه جهت گیری در امتداد جهت جریان ایجاد می شود.
ذوب زنجیرههای ماکرومولکولی جهتیافته در محصول پلاستیکی همچنین به این معنی است که یک تغییر شکل برگشتپذیر غیرقابل ارتجاعی در آن وجود دارد، بنابراین تنش جهتگیری نیروی درونی زنجیرههای ماکرومولکولی است که تلاش میکنند از ساختار جهتیافته به غیر جهتیافته منتقل شوند. ساختار. با استفاده از عملیات حرارتی، تنش جهت گیری در محصول پلاستیکی را می توان کاهش یا حذف کرد.
توزیع تنش داخلی جهت محصولات پلاستیکی از لایه سطحی به لایه داخلی محصول کوچکتر و کوچکتر می شود و به صورت سهمی تغییر می کند.
2. خنک کننده استرس داخلی
تنش داخلی خنک کننده نوعی تنش داخلی است که در اثر انقباض ناهموار در هنگام سرد شدن و شکل دادن به محصولات پلاستیکی در طی فرآیند ذوب ایجاد می شود. به خصوص برای محصولات پلاستیکی با دیواره ضخیم، ابتدا لایه بیرونی محصول پلاستیکی سرد و جامد شده و منقبض می شود و لایه داخلی ممکن است هنوز ذوب داغ باشد، بنابراین لایه هسته انقباض لایه سطحی را محدود می کند و باعث ایجاد لایه هسته می شود. در حالت تنش فشاری قرار گیرد، در حالی که لایه سطحی در حالت تنش فشاری قرار دارد. حالت تنش کششی
توزیع تنش داخلی خنک کننده محصول پلاستیکی از لایه سطحی به لایه داخلی محصول بزرگتر و بزرگتر می شود و همچنین به صورت سهمی تغییر می کند.
علاوه بر این، برای محصولات پلاستیکی با درج های فلزی، به دلیل اینکه ضرایب انبساط حرارتی فلز و پلاستیک بسیار متفاوت است، ایجاد تنش داخلی با انقباض ناهموار آسان است.
علاوه بر دو تنش داخلی مهم فوق، چندین نوع تنش داخلی وجود دارد که به شرح زیر است: برای محصولات پلاستیکی کریستالی، تنش های داخلی نیز می تواند به دلیل تفاوت در ساختار کریستالی و کریستالی بودن هر قسمت از محصول ایجاد شود. علاوه بر این، تنش های داخلی پیکربندی و تنش های داخلی قالب گیری و غیره وجود دارد، اما نسبت تنش های داخلی بسیار کم است.
2. عوامل موثر بر تنش داخلی پلاستیک ها
1. صلبیت زنجیره مولکولی
هرچه سفتی زنجیره مولکولی بیشتر باشد، ویسکوزیته مذاب بالاتر و تحرک ضعیف زنجیره مولکولی پلیمری است، بنابراین بازیابی تغییر شکل قابل ارتجاع بالا ضعیف است و ایجاد تنش داخلی پسماند آسان است. به عنوان مثال، برخی از پلیمرهای حاوی حلقه های بنزن در زنجیره مولکولی، مانند PC، PPO، PPS و غیره، تنش داخلی محصولات مربوطه نسبتاً زیاد است.
2. قطبیت زنجیره مولکولی
هرچه قطبیت یک زنجیره مولکولی بیشتر باشد، نیروی جاذبه متقابل بین مولکول ها بیشتر می شود، که دشواری حرکت بین مولکول ها را افزایش می دهد و درجه بازیابی تغییر شکل الاستیک برگشت پذیر را کاهش می دهد و در نتیجه تنش داخلی باقیمانده زیادی ایجاد می کند. به عنوان مثال، برخی از انواع پلاستیک حاوی گروه های قطبی مانند گروه های کربونیل، گروه های استر و گروه های نیتریل در زنجیره های مولکولی خود دارای تنش های داخلی نسبتا زیادی در محصولات مربوطه خود هستند.
3. اثر بازدارندگی فضایی گروه های جایگزین
هرچه حجم گروه جانشین جانبی ماکرومولکولی بزرگتر باشد، مانع حرکت آزاد زنجیره ماکرومولکولی و افزایش تنش داخلی باقیمانده بیشتر می شود. به عنوان مثال، گروه فنیل از گروه جایگزین پلی استایرن دارای حجم زیادی است، بنابراین تنش داخلی محصولات پلی استایرن نسبتاً زیاد است.
3. سه راه برای تشخیص تنش داخلی قطعات قالب گیری تزریقی
1. روش حلال
▶غوطه وری در اسید استیک
اسید استیک (CH3COOH) مورد استفاده باید بیش از 95 درصد اسید استیک باشد و تعداد دفعات تکرار آن نباید بیش از 10 آزمایش باشد.
①تست استرس سطحی: اسید استیک (اسید استیک یخبندان) را در ظرف شیشه ای ریخته و محصول را به مدت 30 ثانیه به طور کامل در اسید استیک غوطه ور کنید. پس از 30 ثانیه، نمونه را با گیره بیرون آورده و بلافاصله با آب تمیز بشویید (آب لوله کشی کافی است) تا بررسی شود که آیا سفیدی و ترک بر روی سطح نمونه وجود دارد یا خیر.
قضاوت: نباید ترک خورده باشد و سطح آن کمی سفید رنگ باشد.
②آزمایش تنش داخلی: پس از خشک شدن نمونه هایی که تست تنش سطحی را گذرانده اند، به مدت 2 دقیقه به طور کامل در اسید استیک غوطه ور می شوند. پس از 2 دقیقه نمونه را خارج کرده و بلافاصله با آب تمیز (آب لوله کشی کافی است) بشویید و نمونه را از نظر سفیدی و ترک بررسی کنید.
قضاوت: نباید شکستگی داشته باشد و ترک های جزئی و سفید شدن سطح روی درج مجاز است.
▶ روش غوطه وری متیل اتیل کتون به اضافه استون
کل دستگاه را کاملاً در مخلوط 1:1 متیل اتیل کتون به اضافه استون با دمای 21 درجه سانتیگراد غوطه ور کنید و آن را خارج کرده و بلافاصله خشک کنید و طبق روش بالا بررسی کنید.
اصل: با توجه به پدیده ترک خوردگی تنش متوسط، یعنی پس از نفوذ مولکول های حلال به درون ماکرومولکول های رزین، نیروی متقابل بین مولکول ها کاهش می یابد. در جاهایی که تنش داخلی زیاد است، نیروی بین مولکول ها قبل از غوطه وری ضعیف می شود و این مکان های ضعیف شده پس از غوطه وری بیشتر ضعیف می شوند و باعث ایجاد ترک می شوند و محل با تنش داخلی کوچک در مدت زمان کوتاهی ترک نمی خورد.
بنابراین اندازه و محل تنش داخلی قطعه آبکاری شده را می توان از روی زمان و درجه ترک خوردگی سطح قطعه مورد آبکاری تعیین کرد. تا مشخص شود که آیا قطعات پلاستیکی آبکاری شده اند یا خیر.
2. روش ابزار
قطعات پلاستیکی را با نور پلاریزه روشن کنید و قدرت تنش داخلی را بسته به مقدار نوارهای نور رنگی تجزیه و تحلیل کنید. فقط برای قطعات شفاف مناسب است. ابزارهای مورد نیاز برای روش نور پلاریزه گران هستند، عملیات پیچیده است و دقت بالایی ندارد، زیرا قطعه کار قبل و بعد از درمان تغییر قابل توجهی نمی کند و نوارهای نوری که روی باند طیفی ظاهر می شوند لزوماً تأثیرگذار نیستند. تنش های داخلی، مانند موج های روی سطح قطعه کار. روی نتایج آزمایش تاثیر بگذارد.
این روش تاثیری بر عملکرد قطعات ندارد. این یک آزمایش غیر مخرب است و قطعاتی که آزمایش شده اند می توانند به آبکاری و استفاده ادامه دهند.
3. روش تغییر ناگهانی دما
این روش به این صورت است که قطعات پلاستیکی مورد آبکاری را به طور مکرر سرد و گرم می کنند و اندازه تنش داخلی را با توجه به زمان ظاهر شدن ترک ها ارزیابی می کنند. برای قطعات مختلف قالب گیری پلاستیکی مناسب است. تجهیزات مورد نیاز برای روش تغییر دمای ناگهانی ساده است، اما زمان تست طولانی تر است.
قطعات پلاستیکی تعمیر اساسی آسیب دیده اند و نمی توان به طور مداوم از آنها استفاده کرد.
چهارم، از بین بردن استرس درونی
مشابه فلز، محصولات پلاستیکی نیز می توانند بخشی از تنش را از طریق فرآیند "بازپخت" پس از شکل گیری مانند فلز کاهش دهند. این تنها یک راه حل برای شرایطی است که فرآیند طراحی و سایر جنبه ها راضی نمی شود و به عنوان یک روش معمول توصیه نمی شود.
این رویکرد دارای تعدادی محدودیت است:
1. برای مواد پرکننده الیاف شیشه، نمی توان آن را به خوبی حذف کرد.
2. آزمایش نشان می دهد که به دلیل کاهش استحکام مواد و کاهش مقاومت شیمیایی مواد در طول فرآیند گرمایش پس از شکل گیری، لازم است زمان بازپخت کنترل شود تا از شکست جلوگیری شود.
3. حرارت دادن و بازپخت طولانی مدت به طور قابل توجهی هزینه محصول نهایی را افزایش می دهد.
4. در طول فرآیند بازپخت، گرمایش و سرمایش تضمین می شود که پایدار باشد تا از شوک حرارتی ناشی از سرمایش سریع و گرمایش سریع جلوگیری شود.
