Пластическое внутреннее напряжение относится к виду внутреннего напряжения, создаваемого такими факторами, как ориентация макромолекулярных цепей и усадка при охлаждении во время обработки расплава пластика.
Суть внутреннего напряжения заключается в несбалансированной конформации, образуемой макромолекулярной цепью в процессе плавления. Эта несбалансированная конформация не может сразу же вернуться к сбалансированной конформации, подходящей для условий окружающей среды, когда она охлаждается и затвердевает. Суть этой неуравновешенной конформации состоит в обратимой высокоупругой деформации А, причем застывшая высокоупругая деформация обычно запасается в пластическом изделии в виде потенциальной энергии. При подходящих условиях эта принудительно неустойчивая конформация трансформируется в свободную и стабильную конформацию. Потенциальная энергия превращается в кинетическую энергию и высвобождается.
Когда сила между макромолекулярными цепями и силой запутывания не может противостоять этой кинетической энергии, баланс внутренних напряжений будет нарушен, и пластиковые изделия будут иметь растрескивание под напряжением и деформацию деформации.
1. Причина внутренних напряжений в пластике
1. Ориентация внутреннего напряжения
Ориентационное внутреннее напряжение представляет собой разновидность внутреннего напряжения, возникающего в результате замерзания макромолекулярных цепей, выровненных в направлении потока, в процессе заполнения потока и поддержания давления расплава пластмассы.
Детальный процесс возникновения ориентационных напряжений выглядит следующим образом: расплав вблизи стенки литника увеличивает вязкость внешнего слоя расплава из-за быстрой скорости охлаждения, так что скорость течения расплава в сердцевинном слое полости значительно возрастает. выше скорости течения поверхностного слоя, в результате чего слои подвергаются сдвиговым напряжениям, в результате чего происходит ориентация вдоль направления потока.
Оттаивание ориентированных макромолекулярных цепей в пластиковом изделии означает также наличие в нем нерелаксированной обратимой высокоупругой деформации, поэтому ориентационное напряжение представляет собой внутреннюю силу макромолекулярных цепей, пытающихся перейти из ориентированной конформации в неориентированную. конформация. С помощью термической обработки можно уменьшить или устранить ориентационное напряжение в пластиковом изделии.
Ориентация распределения внутренних напряжений в пластмассовых изделиях становится все меньше и меньше от поверхностного слоя к внутреннему слою изделия и изменяется по параболе.
2. Охлаждение внутренних напряжений
Охлаждающее внутреннее напряжение — вид внутреннего напряжения, вызванного неравномерной усадкой при охлаждении и формообразовании пластмассовых изделий при обработке плавлением. В частности, для толстостенных пластиковых изделий внешний слой пластикового изделия сначала охлаждается, затвердевает и сжимается, а внутренний слой все еще может быть горячим расплавом, поэтому внутренний слой будет ограничивать усадку поверхностного слоя, вызывая сердцевинный слой. находиться в состоянии сжимающего напряжения, а поверхностный слой находится в состоянии сжимающего напряжения. Растягивающее напряженное состояние.
Распределение охлаждающих внутренних напряжений пластмассового изделия становится все больше и больше от поверхностного слоя к внутреннему слою изделия, а также изменяется по параболе.
Кроме того, для пластиковых изделий с металлическими вставками, поскольку коэффициенты теплового расширения металла и пластика сильно различаются, легко образуются внутренние напряжения при неравномерной усадке.
В дополнение к двум вышеупомянутым важным внутренним напряжениям существует несколько типов внутренних напряжений, а именно: Для изделий из кристаллического пластика внутренние напряжения также могут возникать из-за различий в кристаллической структуре и степени кристалличности каждой части продукта. Кроме того, существуют конфигурационные внутренние напряжения, внутренние напряжения при извлечении из формы и т. д., но доля внутренних напряжений очень мала.
2. Факторы, влияющие на внутреннее напряжение пластмасс.
1. Жесткость молекулярной цепи
Чем больше жесткость молекулярной цепи, тем выше вязкость расплава и низкая подвижность молекулярной цепи полимера, поэтому восстановление обратимой высокоэластической деформации плохое, и легко создать остаточное внутреннее напряжение. Например, некоторые полимеры, содержащие бензольные кольца в молекулярной цепи, такие как PC, PPO, PPS и т. д., имеют относительно большое внутреннее напряжение соответствующих продуктов.
2. Полярность молекулярной цепи
Чем больше полярность молекулярной цепи, тем больше сила взаимного притяжения между молекулами, что увеличивает трудность перемещения между молекулами и снижает степень восстановления обратимой упругой деформации, приводящей к большим остаточным внутренним напряжениям. Например, некоторые типы пластика, содержащие в своих молекулярных цепях полярные группы, такие как карбонильные группы, сложноэфирные группы и нитрильные группы, имеют относительно большие внутренние напряжения в соответствующих продуктах.
3. Эффект стерических затруднений замещающих групп.
Чем больше объем макромолекулярной боковой замещающей группы, тем больше затруднение свободного движения макромолекулярной цепи и увеличение остаточного внутреннего напряжения. Например, фенильная группа замещающей группы полистирола имеет большой объем, поэтому внутреннее напряжение изделий из полистирола относительно велико.
3. Три способа определения внутреннего напряжения деталей, изготовленных методом литья под давлением.
1. Метод растворителя
▶Погружение в уксусную кислоту
Используемая уксусная кислота (CH3COOH) должна быть более 95 процентов уксусной кислоты, и количество повторных использований не должно превышать 10 испытаний.
①Стресс-тест поверхности: налейте уксусную кислоту (ледяную уксусную кислоту) в стеклянный контейнер и полностью погрузите изделие в уксусную кислоту на 30 секунд. Через 30 секунд выньте образец с зажимами и сразу же промойте его чистой водой (достаточно водопроводной воды), чтобы проверить, нет ли побеления и трещин на поверхности образца.
Оценка: Не должно быть трещин, поверхность должна быть слегка беловатой.
②Испытание на внутреннюю нагрузку: после высыхания образцов, прошедших испытание на поверхностную нагрузку, их полностью погружают в уксусную кислоту на 2 минуты. Через 2 минуты выньте образец и немедленно промойте его чистой водой (достаточно водопроводной воды) и осмотрите образец на наличие белизны и трещин.
Суждение: На вставке не должно быть поломок, допускаются незначительные трещины и побеление поверхности.
▶метод погружения в метилэтилкетон плюс ацетон
Полностью погрузите всю машину в смесь метилэтилкетона и ацетона в соотношении 1:1 при температуре 21 градус Цельсия, выньте ее, немедленно высушите и проверьте в соответствии с описанным выше методом.
Принцип: в соответствии с явлением растрескивания под средним напряжением, то есть после того, как молекулы растворителя проникают в макромолекулы смолы, взаимная сила между молекулами уменьшается. Там, где внутреннее напряжение велико, сила между молекулами ослабевает перед погружением, и эти ослабленные места еще больше ослабляются после погружения, вызывая растрескивание, а место с малым внутренним напряжением не растрескивается за короткое время.
Таким образом, размер и местонахождение внутреннего напряжения гальванического изделия можно определить по времени и степени образования трещин на поверхности гальванического изделия. Чтобы определить, являются ли пластиковые детали гальваническими.
2. Инструментальный метод
Осветите пластиковые детали поляризованным светом и проанализируйте силу внутреннего напряжения в зависимости от количества цветных световых полос. Подходит только для прозрачных деталей. Инструменты, необходимые для метода поляризованного света, дороги, операция сложна, а точность невысока, потому что заготовка существенно не меняется до и после обработки, а световые полосы, которые появляются в спектральной полосе, не обязательно влияют. внутренних напряжений, таких как рябь на поверхности заготовки. повлиять на результаты теста.
Этот метод не влияет на работоспособность деталей. Это неразрушающий контроль, и части, которые были протестированы, могут быть подвергнуты гальванопокрытию и использованы.
3. Метод резкого изменения температуры
Этот метод заключается в многократном охлаждении и нагревании пластиковых деталей, подлежащих покрытию, и оценке величины внутреннего напряжения в зависимости от времени появления трещин. Он подходит для различных пластиковых формованных деталей. Оборудование, необходимое для метода внезапного изменения температуры, простое, но время испытания больше.
Отремонтированные пластиковые детали повреждены и не могут использоваться постоянно.
В-четвертых, устранение внутреннего напряжения
Подобно металлу, изделия из пластика также могут снять часть напряжения с помощью процесса «отжига» после формования, подобного металлу. Это только выход из ситуации, когда процесс проектирования и другие аспекты не могут быть удовлетворены, и он не рекомендуется в качестве рутинного метода.
Этот подход имеет ряд ограничений:
1. Для наполнителей из стекловолокна его нельзя хорошо устранить;
2. Испытание показывает, что из-за снижения прочности материала и снижения химической стойкости материала в процессе нагрева после формовки необходимо контролировать время отжига во избежание выхода из строя;
3. Длительный нагрев и отжиг значительно удорожают конечный продукт;
4. Во время процесса отжига гарантируется стабильный нагрев и охлаждение, чтобы избежать теплового удара, вызванного быстрым охлаждением и быстрым нагревом.
