O estresse interno do plástico refere-se a um tipo de estresse interno gerado por fatores como a orientação das cadeias macromoleculares e o encolhimento por resfriamento durante o processamento do plástico fundido.
A essência do estresse interno é a conformação desequilibrada formada pela cadeia macromolecular durante o processo de fusão. Essa conformação desequilibrada não pode retornar imediatamente à conformação balanceada adequada às condições ambientais quando é resfriada e solidificada. A essência dessa conformação desequilibrada é uma deformação de alta elasticidade reversível, e a deformação de alta elasticidade congelada é geralmente armazenada no produto plástico na forma de energia potencial. Sob condições adequadas, essa conformação instável forçada se transformará em uma conformação livre e estável. A energia potencial transformada em energia cinética e liberada.
Quando a força entre as cadeias macromoleculares e a força de emaranhamento não pode suportar essa energia cinética, o equilíbrio de tensão interna será destruído e os produtos plásticos terão rachaduras por tensão e deformação por deformação.
1. A causa do estresse interno no plástico
1. Estresse interno de orientação
A tensão interna de orientação é um tipo de tensão interna gerada pelo congelamento de cadeias macromoleculares alinhadas na direção do fluxo durante o processo de enchimento do fluxo e manutenção da pressão do plástico fundido.
O processo detalhado de geração de tensão de orientação é o seguinte: a fusão perto da parede do canal aumenta a viscosidade da camada externa de fusão devido à rápida taxa de resfriamento, de modo que a taxa de fluxo da fusão na camada central da cavidade é muito maior do que a taxa de fluxo da camada superficial, resultando em camadas são submetidas a tensão de cisalhamento, resultando em orientação ao longo da direção do fluxo.
O descongelamento das cadeias macromoleculares orientadas no produto plástico também significa que há uma deformação altamente elástica reversível não relaxada, de modo que o estresse de orientação é a força interna das cadeias macromoleculares tentando fazer a transição da conformação orientada para a não orientada conformação. Por meio de tratamento térmico, a tensão de orientação no produto plástico pode ser reduzida ou eliminada.
A distribuição de tensão interna de orientação de produtos plásticos torna-se cada vez menor da camada superficial para a camada interna do produto e muda em uma parábola.
2. Resfriamento do estresse interno
O estresse interno de resfriamento é um tipo de estresse interno causado pelo encolhimento desigual durante o resfriamento e modelagem de produtos plásticos durante o processamento de fusão. Especialmente para produtos plásticos de paredes espessas, a camada externa do produto plástico primeiro esfria, solidifica e encolhe, e a camada interna ainda pode ser uma fusão a quente, então a camada central limitará o encolhimento da camada superficial, causando a camada central estar em um estado de tensão compressiva, enquanto a camada superficial está em um estado de tensão compressiva. Estado de tensão de tração.
A distribuição da tensão interna de resfriamento do produto plástico torna-se cada vez maior da camada superficial para a camada interna do produto, e também muda em uma parábola.
Além disso, para produtos de plástico com inserções de metal, como os coeficientes de expansão térmica de metal e plástico diferem muito, é fácil formar tensão interna com encolhimento desigual.
Além das duas tensões internas importantes acima, existem vários tipos de tensões internas, como segue: Para produtos plásticos cristalinos, as tensões internas também podem ocorrer devido a diferenças na estrutura cristalina e na cristalinidade de cada parte do produto. Além disso, existem tensões internas de configuração e tensões internas de desmoldagem, etc., mas a proporção de tensões internas é muito pequena.
2. Fatores que afetam o estresse interno dos plásticos
1. A rigidez da cadeia molecular
Quanto maior a rigidez da cadeia molecular, maior a viscosidade de fusão e a baixa mobilidade da cadeia molecular do polímero, de modo que a recuperação da alta deformação elástica reversível é ruim e é fácil gerar tensão interna residual. Por exemplo, alguns polímeros contendo anéis de benzeno na cadeia molecular, como PC, PPO, PPS, etc., o estresse interno dos produtos correspondentes é relativamente grande.
2. A polaridade da cadeia molecular
Quanto maior a polaridade de uma cadeia molecular, maior a força de atração mútua entre as moléculas, o que aumenta a dificuldade de movimentação entre as moléculas e reduz o grau de recuperação da deformação elástica reversível, resultando em grande tensão interna residual. Por exemplo, alguns tipos de plástico contendo grupos polares, como grupos carbonila, grupos éster e grupos nitrila em suas cadeias moleculares, têm tensões internas relativamente grandes em seus produtos correspondentes.
3. O efeito de impedimento estérico de grupos de substituição
Quanto maior o volume do grupo substituinte lateral macromolecular, maior o impedimento ao livre movimento da cadeia macromolecular e o aumento do estresse interno residual. Por exemplo, o grupo fenil do grupo substituinte de poliestireno tem um grande volume, então o estresse interno dos produtos de poliestireno é relativamente grande.
3. Três maneiras de detectar o estresse interno de peças moldadas por injeção
1. Método de solvente
▶Imersão em ácido acético
O ácido acético (CH3COOH) usado deve ser superior a 95% de ácido acético e o número de usos repetidos não deve exceder 10 testes.
①Teste de estresse superficial: Despeje o 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 clipes e lave-a com água limpa (basta água da torneira) imediatamente para verificar se há algum branqueamento e rachaduras na superfície da amostra.
Julgamento: Não deve haver trincas, podendo a superfície ficar levemente esbranquiçada.
②Teste de estresse interno: Após a secagem das amostras que passam no teste de estresse de superfície, elas são completamente imersas em ácido acético por 2 minutos. Após 2 minutos, retire a amostra e lave-a com água limpa (água da torneira é suficiente) imediatamente e inspecione a amostra quanto a esbranquiçamento e rachaduras.
Julgamento: Não deve haver quebra, sendo permitidas pequenas trincas e esbranquiçamento da superfície do inserto.
▶ Metil etil cetona mais método de imersão em acetona
Mergulhe toda a máquina completamente em uma mistura 1:1 de metiletilcetona mais acetona a 21 graus Celsius, retire-a e seque-a imediatamente e verifique-a de acordo com o método acima.
Princípio: De acordo com o fenômeno de rachadura de média tensão, ou seja, depois que as moléculas do solvente penetram nas macromoléculas da resina, a força mútua entre as moléculas é reduzida. Onde a tensão interna é grande, a força entre as moléculas é enfraquecida antes da imersão, e esses locais enfraquecidos são ainda mais enfraquecidos após a imersão, causando rachaduras, e o local com pequena tensão interna não irá rachar em pouco tempo.
Portanto, o tamanho e a localização da tensão interna da peça revestida podem ser determinados a partir do tempo e grau de fissuração na superfície da peça a ser revestida. Para determinar se as peças de plástico são galvanizadas.
2. Método do instrumento
Ilumine as peças de plástico com luz polarizada e analise a força do estresse interno dependendo da quantidade de faixas de luz coloridas. É adequado apenas para peças transparentes. Os instrumentos necessários para o método de luz polarizada são caros, a operação é complexa e a precisão não é alta, porque a peça de trabalho não muda significativamente antes e depois do tratamento, e as faixas de luz que aparecem na faixa espectral não são necessariamente a influência de tensão interna, como ondulações na superfície da peça de trabalho. afetar os resultados do teste.
Este método não tem efeito sobre o desempenho das peças. É um teste não destrutivo e as peças que foram testadas podem continuar a ser galvanizadas e usadas.
3. Método de mudança repentina de temperatura
Este método consiste em resfriar e aquecer repetidamente as peças plásticas a serem revestidas e avaliar o tamanho da tensão interna de acordo com o momento em que as trincas aparecem. É adequado para várias peças moldadas de plástico. O equipamento necessário para o método de mudança brusca de temperatura é simples, mas o tempo de teste é maior.
As peças de plástico revisadas foram danificadas e não podem ser usadas continuamente.
Em quarto lugar, a eliminação do estresse interno
Semelhante ao metal, os produtos de plástico também podem aliviar parte do estresse por meio do processo de "recozimento" após a conformação do metal. Este é apenas um remédio para a situação em que o processo de design e outros aspectos não podem ser satisfeitos e não é recomendado como método de rotina.
Esta abordagem tem uma série de limitações:
1. Para materiais de enchimento de fibra de vidro, não pode ser bem eliminado;
2. O teste mostra que devido à diminuição da resistência do material e à diminuição da resistência química do material durante o processo de aquecimento após a conformação, é necessário controlar o tempo de recozimento para evitar falhas;
3. Aquecimento e recozimento a longo prazo aumentarão significativamente o custo do produto final;
4. Durante o processo de recozimento, o aquecimento e resfriamento são garantidos para serem estáveis para evitar choque térmico causado por resfriamento rápido e aquecimento rápido.
