Notranja napetost v plastiki se nanaša na inherentno napetost, ki nastane med obdelavo staljene plastike zaradi dejavnikov, kot sta usmerjenost makromolekularnih verig in krčenje pri hlajenju.
Bistvo notranjega stresa je neuravnotežena konformacija, ki jo tvorijo makromolekularne verige med obdelavo taline. Ta neuravnotežena konformacija se po ohlajanju in strjevanju ne more takoj vrniti v ravnotežno konformacijo, prilagojeno okoljskim razmeram. Ta neuravnotežena konformacija je v bistvu reverzibilna, zelo elastična deformacija. Ta zamrznjena elastična deformacija je običajno shranjena v plastičnem izdelku kot potencialna energija. Pod ustreznimi pogoji se bo ta vsiljena, nestabilna konformacija spremenila v prosto, stabilno konformacijo, potencialna energija pa se bo sprostila kot kinetična energija.
Ko sile in sile prepletanja med makromolekularnimi verigami ne morejo vzdržati te kinetične energije, je notranje napetostno ravnovesje porušeno in plastični izdelek bo pokazal napetostno razpokanje in deformacijo zvijanja.
I. Vzroki za notranjo napetost v plastiki
1. Orientacijska notranja napetost
Orientacijska notranja napetost je notranja napetost, ki nastane, ko je usmerjenost makromolekularnih verig vzdolž smeri toka zamrznjena med procesi toka, polnjenja in-zadrževanja tlaka staljene plastike.
Podroben postopek ustvarjanja orientacijske napetosti je naslednji: Talina v bližini stene tekača se hitro ohladi, kar povzroči povečanje viskoznosti zunanje plasti taline. Posledica tega je veliko višja hitrost toka v jedrni plasti kalupne votline v primerjavi s površinsko plastjo, kar vodi do strižne napetosti med notranjimi plastmi in povzroči orientacijo vzdolž smeri toka.
Odmrzovanje usmerjenih makromolekularnih verig v plastičnih izdelkih pomeni prisotnost nesproščene, reverzibilne, visoko elastične deformacije. Zato je orientacijski stres notranja sila, ki poganja makromolekularne verige k prehodu iz orientirane konformacije v ne-orientirano konformacijo. Toplotna obdelava lahko zmanjša ali odpravi orientacijski stres v plastičnih izdelkih.
Porazdelitev orientacijske napetosti v plastičnih izdelkih se zmanjšuje od površine proti notranjim plastem in kaže parabolično spremembo.
2. Hladilni stres
Hladilni stres je notranji stres, ki nastane v plastičnih izdelkih med obdelavo taline zaradi neenakomernega krčenja med ohlajanjem in strjevanjem. Zunanja plast se zlasti pri debeli{1}}plastičnih izdelkih najprej ohladi in strdi ter se skrči, medtem ko je notranja plast lahko še vedno talilna. Ta jedrna plast omejuje krčenje površinske plasti, zaradi česar je jedrna plast pod tlačno obremenitvijo, površinska plast pa pod natezno obremenitvijo.
Porazdelitev hladilne notranje napetosti v plastičnih izdelkih se poveča od površine proti notranji plasti, kar kaže parabolično spremembo.
Poleg tega so plastični izdelki s kovinskimi vložki nagnjeni k neenakomerni notranji napetosti pri krčenju zaradi znatne razlike v koeficientih toplotnega raztezanja med kovino in plastiko.
Poleg zgoraj omenjenih dveh glavnih vrst notranjih napetosti obstaja več drugih vrst: Pri izdelkih iz kristalne plastike razlike v kristalni strukturi in kristaliničnosti različnih delov izdelka prav tako povzročajo notranjo napetost. Obstajajo tudi strukturne napetosti in napetosti pri razkalupljenju, vendar je njihov delež na splošno majhen.
II. Dejavniki, ki vplivajo na ustvarjanje notranjih napetosti v plastiki
1. Togost molekularne verige
Večja ko je togost molekulske verige, večja je viskoznost taline in slabša je gibljivost polimerne molekularne verige. Zato je okrevanje po reverzibilni elastični deformaciji slabo, kar zlahka vodi do preostale notranje napetosti. Na primer, nekateri polimeri, ki vsebujejo benzenove obroče v svojih molekulskih verigah, kot so PC, PPO in PPS, imajo ustrezne izdelke z večjo notranjo napetostjo.
2. Polarnost molekularne verige
Večja kot je polarnost molekularne verige, močnejša je medmolekularna privlačnost, kar oteži medmolekularno gibanje in zmanjša stopnjo okrevanja po reverzibilni elastični deformaciji, kar ima za posledico večjo preostalo notranjo napetost. Na primer, nekatere plastike, ki vsebujejo polarne skupine, kot so karbonilne, estrske in nitrilne skupine v svojih molekulskih verigah, imajo ustrezne izdelke z večjo notranjo napetostjo.
3. Sterični ovirni učinek substituentskih skupin
Večja kot je prostornina substituentskih skupin na stranskih skupinah makromolekule, bolj ovira prosto gibanje makromolekulske verige, kar vodi do povečane preostale notranje napetosti. Na primer, fenilna skupina v polistirenu ima večjo prostornino, kar povzroči večjo notranjo napetost v izdelkih iz polistirena.
III. Tri metode za testiranje notranje napetosti v brizganih delih
1. Metoda s topilom
▶ Potopitev v ocetno kislino
Uporabljena ocetna kislina (CH3COOH) mora biti 95 % ali višja, število ponovljenih preskusov pa ne sme preseči 10.
① Preizkus površinske obremenitve: V stekleno posodo nalijte ocetno kislino (ledocetno kislino) in izdelek popolnoma potopite v ocetno kislino za 30 sekund. Po 30 sekundah odstranite vzorec s sponkami in ga takoj sperite s čisto vodo (sprejemljiva je voda iz pipe). Opazujte površino vzorca za beljenje in razpoke.
Presoja: Ne sme biti razpok. Dovoljeno je rahlo beljenje površine.
② Preskus notranje obremenitve: Po sušenju vzorca, ki je opravil preskus površinske obremenitve, ga popolnoma potopite v ocetno kislino za 2 minuti. Po 2 minutah odstranite vzorec in ga takoj sperite s čisto vodo (sprejemljiva je voda iz pipe). Opazujte vzorec za beljenje in razpoke.
Presoja: Ne sme biti zloma. Dovoljene so manjše razpoke na vložku in beljenje površine.
▶Metil etil keton (MEK) + metoda potopitve v aceton
Celoten stroj popolnoma potopite v mešanico MEK in acetona v razmerju 1:1 pri 21 stopinjah. Odstranite in takoj posušite. Preglejte, kot je opisano zgoraj.
Načelo: Na podlagi pojava srednje napetostnega razpokanja molekule topila prodrejo med makromolekule smole in zmanjšajo medmolekulske sile. Območja z visoko notranjo napetostjo imajo že pred potopitvijo oslabljene medmolekularne sile; te oslabljene sile se po potopitvi še dodatno zmanjšajo, kar povzroči razpoke. Območja z nizko notranjo napetostjo ne bodo počila v kratkem času.
Zato je mogoče velikost in lokacijo notranje napetosti v delu, ki ga je treba prevleči, določiti s časom in obsegom razpok na površini. To določa, ali naj bo plastični del galvaniziran.
2. Instrumentalna metoda
Osvetlite plastični del s polarizirano svetlobo. Analizirajte moč notranje napetosti tako, da opazujete količino barvnih svetlobnih trakov. Ta metoda je uporabna samo za prozorne dele. Metoda polarizirane svetlobe zahteva drago opremo, je zapletena za uporabo in ima nizko natančnost, ker spremembe v delu pred in po zdravljenju niso pomembne. Svetli pasovi, ki se pojavljajo na spektru, niso nujno posledica notranje napetosti; Na rezultate testa lahko na primer vpliva tudi površinsko valovanje.
Ta metoda ne vpliva na delovanje dela, zaradi česar je ne-porušitveni test. Deli, ki so opravili preizkus, lahko nadaljujejo z galvanizacijo in uporabo.
3. Metoda nenadne spremembe temperature
Ta metoda vključuje večkratno izpostavljanje plastičnega dela segrevanju in ohlajanju ter ocenjevanje velikosti notranje napetosti na podlagi časa, ki je potreben, da se pojavijo razpoke. Primeren je za različne plastične oblikovane dele. Metoda nenadne spremembe temperature zahteva preprosto opremo, vendar je čas testiranja relativno dolg.
Plastični del je po pregledu poškodovan in ga ni več mogoče uporabiti.
IV. Odprava notranjega stresa
Podobno kot pri kovinah je tudi pri plastičnih izdelkih mogoče nekaj napetosti odstraniti s postopkom »žarjenja«-po oblikovanju, tako kot pri kovinah. Vendar pa je to le vmesni ukrep, kadar postopki načrtovanja in izdelave ne morejo izpolniti zahtev, in ni priporočljiv kot običajna metoda.
Ta metoda ima več omejitev:
1. Ne more učinkovito odpraviti napak v polnilih iz steklenih vlaken;
2. Testi kažejo, da se med segrevanjem po-oblikovanju trdnost in kemična odpornost materiala zmanjšata, kar zahteva nadzorovan čas žarjenja, da se prepreči okvara;
3. Dolgotrajno segrevanje in žarjenje znatno podražita končni izdelek;
4. Stabilno ogrevanje in hlajenje med žarjenjem sta ključnega pomena za preprečitev toplotnega šoka, ki ga povzročijo hitre spremembe temperature.
