Muovien sisäinen jännitys viittaa sulan muovin käsittelyn aikana syntyvään luontaiseen jännitykseen, joka johtuu sellaisista tekijöistä kuin makromolekyyliketjujen orientaatio ja jäähtymisen supistuminen.
Sisäisen jännityksen ydin on epätasapainoinen konformaatio, jonka makromolekyyliketjut muodostavat sulan käsittelyn aikana. Tämä epätasapainoinen konformaatio ei voi välittömästi palata tasapainokonformaatioon, joka on sopeutunut ympäristöolosuhteisiin jäähtyessään ja kiinteytyessään. Tämä epätasapainoinen konformaatio on olennaisesti palautuva, erittäin elastinen muodonmuutos. Tämä jäätynyt elastinen muodonmuutos varastoituu normaalisti muovituotteeseen potentiaalienergiana. Sopivissa olosuhteissa tämä pakotettu, epävakaa konformaatio muuttuu vapaaksi, vakaaksi konformaatioksi ja potentiaalinen energia vapautuu kineettisenä energiana.
Kun makromolekyyliketjujen väliset voimat ja kietoutumisvoimat eivät kestä tätä kineettistä energiaa, sisäinen jännitystasapaino häiriintyy ja muovituotteessa esiintyy jännityshalkeilua ja vääntymistä.
I. Muovien sisäisen stressin syyt
1. Suuntautuminen Sisäinen stressi
Suuntauksen sisäinen jännitys on sisäinen jännitys, joka syntyy, kun makromolekyyliketjujen suuntaus virtaussuunnassa jäätyy sulan muovin virtaus-, täyttö- ja paineen{0}}pitoprosessien aikana.
Orientaatiojännityksen muodostumisen yksityiskohtainen prosessi on seuraava: Juoksevan seinämän lähellä oleva sula jäähtyy nopeasti, mikä lisää ulomman sulakerroksen viskositeettia. Tämä johtaa paljon korkeampaan virtausnopeuteen muottiontelon ydinkerroksessa verrattuna pintakerrokseen, mikä johtaa leikkausjännitykseen sisäisten kerrosten välillä ja johtaa suuntautumiseen virtaussuunnassa.
Muovituotteissa olevien suuntautuneiden makromolekyyliketjujen jäätymisen purkaminen merkitsee rentoutumatonta, palautuvaa, erittäin elastista muodonmuutosta. Siksi orientaatiojännitys on sisäinen voima, joka ohjaa makromolekyyliketjuja siirtymään orientoidusta konformaatiosta ei--orientoituneeseen konformaatioon. Lämpökäsittely voi vähentää tai poistaa muovituotteiden suuntautumisjännitystä.
Muovituotteissa suuntautumisjännityksen jakautuminen pienenee pinnasta sisäkerroksiin osoittaen parabolista muutosta.
2. Jäähdytysstressi
Jäähdytysjännitys on sisäinen jännitys, joka syntyy muovituotteissa sulakäsittelyn aikana, joka johtuu epätasaisesta kutistumisesta jäähdytyksen ja kovettumisen aikana. Erityisesti paksuseinäisten muovituotteissa ulkokerros jäähtyy ja jähmettyy ensin kutistuen, vaikka sisäkerros voi silti olla sulatemateriaalia. Tämä ydinkerros rajoittaa pintakerroksen kutistumista, jolloin ydinkerros on puristusjännityksen alaisena ja pintakerros vetojännityksen alainen.
Jäähtymisen sisäisen jännityksen jakautuminen muovituotteissa kasvaa pinnasta sisäkerrokseen osoittaen parabolista muutosta.
Lisäksi metalliosilla varustetut muovituotteet ovat alttiita epätasaiselle sisäiselle kutistumiselle johtuen metallin ja muovin välisistä lämpölaajenemiskertoimien merkittävästä erosta.
Edellä mainittujen kahden päätyypin sisäisen jännityksen lisäksi on olemassa useita muitakin tyyppejä: Kiteisissä muovituotteissa tuotteen eri osien kiderakenteen ja kiteisyyden erot synnyttävät myös sisäistä jännitystä. Myös rakenteellisia jännityksiä ja irrotusjännityksiä on, mutta niiden osuus on yleensä pieni.
II. Muovin sisäisen stressin syntymiseen vaikuttavat tekijät
1. Molekyyliketjun jäykkyys
Mitä suurempi molekyyliketjun jäykkyys on, sitä korkeampi on sulaviskositeetti ja sitä huonompi polymeerin molekyyliketjun liikkuvuus. Siksi palautuva elastinen muodonmuutos palautuu huonosti, mikä johtaa helposti sisäiseen jäännösjännitykseen. Esimerkiksi joillakin polymeereillä, jotka sisältävät bentseenirenkaita molekyyliketjuissaan, kuten PC, PPO ja PPS, on vastaavia tuotteita, joilla on suurempi sisäinen jännitys.
2. Molekyyliketjun polariteetti
Mitä suurempi molekyyliketjun polariteetti on, sitä voimakkaampi molekyylien välinen vetovoima tekee molekyylien välisestä liikkeestä vaikeampaa ja vähentää palautumisastetta elastisesta muodonmuutoksesta, mikä johtaa korkeampaan sisäiseen jäännösjännitykseen. Esimerkiksi joissakin muoveissa, jotka sisältävät polaarisia ryhmiä, kuten karbonyyli-, esteri- ja nitriiliryhmiä molekyyliketjuissaan, on vastaavia tuotteita, joilla on suurempi sisäinen jännitys.
3. Korvausryhmien steerinen estevaikutus
Mitä suurempi substituenttiryhmien tilavuus makromolekyylin sivuryhmissä, sitä enemmän se estää makromolekyyliketjun vapaata liikkumista, mikä johtaa lisääntyneeseen sisäiseen jäännösjännitykseen. Esimerkiksi polystyreenin fenyyliryhmällä on suurempi tilavuus, mikä johtaa korkeampaan sisäiseen jännitykseen polystyreenituotteissa.
III. Kolme menetelmää ruiskupuristettujen osien sisäisen jännityksen testaamiseen
1. Liuotinmenetelmä
▶ Etikkahappoupotus
Käytettävän etikkahapon (CH3COOH) on oltava vähintään 95 %, ja toistettujen testien lukumäärä ei saa ylittää 10:tä.
① Pintajännitystesti: Kaada etikkahappoa (jääetikkaa) lasiastiaan ja upota tuote kokonaan etikkahappoon 30 sekunniksi. Poista näyte 30 sekunnin kuluttua puristimilla ja huuhtele se välittömästi puhtaalla vedellä (hanavesi on hyväksyttävää). Tarkkaile näytteen pintaa valkaisujen ja halkeamien varalta.
Tuomio: Ei saa olla halkeamia. Pinnan lievä valkaisu on sallittua.
② Sisäinen rasitustesti: Kun pintajännitystestin läpäissyt näyte on kuivattu, upota se kokonaan etikkahappoon 2 minuutiksi. Poista näyte 2 minuutin kuluttua ja huuhtele se välittömästi puhtaalla vedellä (hanavesi on hyväksyttävää). Tarkkaile näytteen valkaisua ja halkeamia.
Tuomio: Ei saa olla rikkoutumista. Pienet halkeamat insertissä ja pinnan valkaisu ovat sallittuja.
▶Metyylietyyliketoni (MEK) + asetoni-upotusmenetelmä
Upota koko kone kokonaan MEK:n ja asetonin 1:1 seokseen 21 asteessa. Poista ja linkoa välittömästi kuivaksi. Tarkasta edellä kuvatulla tavalla.
Periaate: Keskijännityshalkeilun ilmiön perusteella liuotinmolekyylit tunkeutuvat hartsin makromolekyylien väliin vähentäen molekyylien välisiä voimia. Alueilla, joilla on suuri sisäinen jännitys, on jo heikentynyt molekyylien välinen voima ennen upottamista; nämä heikentyneet voimat vähenevät edelleen upotuksen jälkeen, mikä johtaa halkeiluihin. Alueet, joilla on alhainen sisäinen jännitys, eivät halkeile lyhyessä ajassa.
Siksi pinnoitettavan osan sisäisen jännityksen suuruus ja sijainti voidaan määrittää pinnan halkeilun ajan ja laajuuden perusteella. Tämä määrittää, onko muoviosa galvanoitava.
2. Instrumentaalinen menetelmä
Valaise muoviosa polarisoidulla valolla. Analysoi sisäisen jännityksen voimakkuus tarkkailemalla värillisten valonauhojen määrää. Tämä menetelmä soveltuu vain läpinäkyviin osiin. Polarisoidun valon menetelmä vaatii kalliita laitteita, on monimutkainen käyttää ja sen tarkkuus on alhainen, koska osan muutokset ennen ja jälkeen käsittelyn eivät ole merkittäviä. Spektriin ilmestyvät valonauhat eivät välttämättä johdu sisäisestä jännityksestä; esimerkiksi pinnan aaltoilu voi myös vaikuttaa testituloksiin.
Tällä menetelmällä ei ole vaikutusta osan toimintaan, joten se on -tuhoamaton testi. Testin läpäisseet osat voivat jatkaa galvanointia ja käyttöä.
3. Lämpötilan äkillinen muutosmenetelmä
Tämä menetelmä sisältää muoviosan toistuvan kuumentamisen ja jäähdytyksen sekä sisäisen jännityksen suuruuden arvioinnin halkeamien ilmaantumiseen kuluvan ajan perusteella. Se soveltuu erilaisiin muovivalettuihin osiin. Lämpötilan äkillinen muutosmenetelmä vaatii yksinkertaisia laitteita, mutta testausaika on suhteellisen pitkä.
Muoviosa on tarkastuksen jälkeen vaurioitunut eikä sitä voi käyttää uudelleen.
IV. Sisäisen stressin poistaminen
Metallien tapaan myös muovituotteissa voidaan poistaa jonkin verran jännitystä muovauksen jälkeisellä-hehkutusprosessilla, aivan kuten metallit. Tämä on kuitenkin vain välivaihe, kun suunnittelu- ja valmistusprosessit eivät täytä vaatimuksia, eikä sitä suositella tavalliseksi menetelmäksi.
Tällä menetelmällä on useita rajoituksia:
1. Se ei voi tehokkaasti poistaa lasikuitutäyteaineiden vikoja;
2. Testit osoittavat, että -muovauksen jälkeisen kuumennuksen aikana materiaalin lujuus ja kemiallinen kestävyys heikkenevät, mikä edellyttää kontrolloitua hehkutusaikaa rikkoutumisen estämiseksi.
3. Pitkäaikainen kuumennus ja hehkutus lisää merkittävästi lopputuotteen kustannuksia;
4. Vakaa lämmitys ja jäähdytys hehkutuksen aikana ovat ratkaisevan tärkeitä nopeiden lämpötilamuutosten aiheuttamien lämpöshokkien välttämiseksi.
