A tensão interna em plásticos refere-se a uma tensão inerente gerada durante o processamento do plástico fundido devido a fatores como a orientação das cadeias macromoleculares e a contração de resfriamento.
A essência do estresse interno é a conformação desequilibrada formada pelas cadeias macromoleculares durante o processamento fundido. Esta conformação desequilibrada não pode retornar imediatamente a uma conformação de equilíbrio adaptada às condições ambientais após o resfriamento e a solidificação. Esta conformação desequilibrada é essencialmente uma deformação reversível e altamente elástica. Esta deformação elástica congelada é normalmente armazenada no produto plástico como energia potencial. Sob condições adequadas, esta conformação forçada e instável se transformará em uma conformação livre e estável, e a energia potencial será liberada como energia cinética.
Quando as forças e as forças de emaranhamento entre as cadeias macromoleculares não conseguem suportar esta energia cinética, o equilíbrio de tensões internas é perturbado e o produto plástico apresentará fissuras por tensão e deformação por empenamento.
I. Causas de Tensão Interna em Plásticos
1. Orientação Estresse Interno
A tensão interna de orientação é uma tensão interna gerada quando a orientação das cadeias macromoleculares ao longo da direção do fluxo é congelada durante os processos de fluxo, enchimento e retenção-de pressão do plástico fundido.
O processo detalhado de geração de tensão de orientação é o seguinte: O fundido próximo à parede do canal esfria rapidamente, causando um aumento na viscosidade da camada externa de fundido. Isto resulta em uma velocidade de fluxo muito maior na camada central da cavidade do molde em comparação com a camada superficial, levando a uma tensão de cisalhamento entre as camadas internas e resultando na orientação ao longo da direção do fluxo.
O descongelamento de cadeias macromoleculares orientadas em produtos plásticos significa a presença de deformação não relaxada, reversível e altamente elástica. Portanto, o estresse de orientação é a força interna que leva as cadeias macromoleculares a fazer a transição de uma conformação orientada para uma conformação não-orientada. O tratamento térmico pode reduzir ou eliminar o estresse de orientação em produtos plásticos.
A distribuição da tensão de orientação em produtos plásticos diminui da superfície para as camadas internas, exibindo uma mudança parabólica.
2. Estresse de resfriamento
A tensão de resfriamento é uma tensão interna gerada em produtos plásticos durante o processamento de fusão devido ao encolhimento irregular durante o resfriamento e a presa. Especialmente para produtos plásticos-de paredes espessas, a camada externa esfria e solidifica primeiro, encolhendo enquanto a camada interna ainda pode ser um hot melt. Esta camada central limita o encolhimento da camada superficial, resultando na camada central sob tensão de compressão e a camada superficial sob tensão de tração.
A distribuição da tensão interna de resfriamento em produtos plásticos aumenta da superfície para a camada interna, exibindo uma mudança parabólica.
Além disso, os produtos plásticos com inserções de metal são propensos a tensões internas de contração desigual devido à diferença significativa nos coeficientes de expansão térmica entre metal e plástico.
Além dos dois principais tipos de tensões internas mencionados acima, existem vários outros tipos: Para produtos plásticos cristalinos, diferenças na estrutura cristalina e na cristalinidade de diferentes partes do produto também geram tensões internas. Existem também tensões estruturais e tensões de desmoldagem, mas a sua proporção é geralmente pequena.
II. Fatores que afetam a geração de tensões internas em plásticos
1. Rigidez da Cadeia Molecular
Quanto maior for a rigidez da cadeia molecular, maior será a viscosidade do fundido e menor será a mobilidade da cadeia molecular do polímero. Portanto, a recuperação da deformação elástica reversível é fraca, levando facilmente a tensões internas residuais. Por exemplo, alguns polímeros contendo anéis de benzeno em suas cadeias moleculares, como PC, PPO e PPS, possuem produtos correspondentes com maior tensão interna.
2. Polaridade da Cadeia Molecular
Quanto maior a polaridade de uma cadeia molecular, mais forte será a atração intermolecular, dificultando o movimento intermolecular e reduzindo o grau de recuperação da deformação elástica reversível, resultando em maior tensão residual interna. Por exemplo, alguns plásticos contendo grupos polares, como grupos carbonila, éster e nitrila em suas cadeias moleculares, apresentam produtos correspondentes com maior tensão interna.
3. Efeito de impedimento estérico de grupos substituintes
Quanto maior o volume dos grupos substituintes nos grupos laterais da macromolécula, mais dificulta a livre movimentação da cadeia macromolecular, levando ao aumento do estresse interno residual. Por exemplo, o grupo fenil no poliestireno tem um volume maior, resultando em maior tensão interna em produtos de poliestireno.
III. Três métodos para testar tensão interna em peças moldadas por injeção
1. Método Solvente
▶ Imersão em Ácido Acético
O ácido acético (CH3COOH) utilizado deve ser 95% ou superior, e o número de testes repetidos não deve exceder 10.
① Teste de estresse superficial: Despeje ácido acético (ácido acético glacial) em um recipiente de vidro e mergulhe completamente o produto no ácido acético por 30 segundos. Após 30 segundos, retire a amostra com pinças e lave-a imediatamente com água limpa (água da torneira é aceitável). Observe a superfície da amostra quanto a branqueamento e rachaduras.
Julgamento: Não deve haver rachaduras. É permitido um leve branqueamento da superfície.
② Teste de estresse interno: Após secar a amostra que passou no teste de estresse superficial, mergulhe-a completamente em ácido acético por 2 minutos. Após 2 minutos, retire a amostra e lave-a imediatamente com água limpa (água da torneira é aceitável). Observe a amostra quanto a branqueamento e rachaduras.
Julgamento: Não deve haver quebra. São permitidas pequenas fissuras no inserto e branqueamento da superfície.
▶ Metil etil cetona (MEK) + Método de imersão em acetona
Mergulhe toda a máquina completamente em uma mistura 1:1 de MEK e acetona a 21 graus. Remova e centrifugue imediatamente. Inspecione conforme descrito acima.
Princípio: Com base no fenômeno de craqueamento sob tensão média, as moléculas do solvente penetram entre as macromoléculas da resina, reduzindo as forças intermoleculares. Áreas com alto estresse interno já possuem forças intermoleculares enfraquecidas antes da imersão; essas forças enfraquecidas são ainda mais reduzidas após a imersão, levando à fissuração. Áreas com baixo estresse interno não irão rachar em pouco tempo.
Portanto, a magnitude e a localização da tensão interna na peça a ser revestida podem ser determinadas pelo tempo e extensão da fissuração na superfície. Isto determina se a peça plástica deve ser galvanizada.
2. Método Instrumental
Ilumine a parte plástica com luz polarizada. Analise a força do estresse interno observando a quantidade de faixas de luz coloridas. Este método só é aplicável a peças transparentes. O método da luz polarizada requer equipamentos caros, é complexo de operar e tem baixa precisão porque as alterações na peça antes e depois do tratamento não são significativas. As faixas de luz que aparecem no espectro não são necessariamente devidas a tensões internas; por exemplo, ondulações superficiais também podem afetar os resultados do teste.
Esse método não tem impacto no funcionamento da peça, o que o torna um teste-não destrutivo. As peças que passaram no teste podem continuar galvanoplastia e uso.
3. Método de mudança repentina de temperatura
Este método envolve submeter repetidamente a peça plástica a aquecimento e resfriamento e avaliar a magnitude da tensão interna com base no tempo que leva para o aparecimento de rachaduras. É adequado para várias peças moldadas de plástico. O método de mudança repentina de temperatura requer equipamento simples, mas o tempo de teste é relativamente longo.
A parte plástica após a inspeção está danificada e não pode ser usada novamente.
4. Eliminação do estresse interno
Assim como os metais, os produtos plásticos também podem ter algumas tensões eliminadas por meio de um processo de "recozimento" pós-moldagem, assim como os metais. No entanto, esta é apenas uma medida provisória quando os processos de projeto e fabricação não conseguem atender aos requisitos e não é recomendada como método regular.
Este método tem várias limitações:
1. Não pode eliminar eficazmente defeitos em enchimentos de fibra de vidro;
2. Testes mostram que durante o aquecimento pós{1}}moldagem, a resistência do material e a resistência química diminuem, necessitando de um tempo de recozimento controlado para evitar falhas;
3. O aquecimento e o recozimento prolongados aumentam significativamente o custo do produto final;
4. O aquecimento e o resfriamento estáveis durante o recozimento são cruciais para evitar choque térmico causado por mudanças rápidas de temperatura.
