El estrés interno plástico se refiere a un tipo de estrés interno generado por factores tales como la orientación de las cadenas macromoleculares y la contracción por enfriamiento durante el procesamiento de la fusión del plástico.
La esencia del estrés interno es la conformación desequilibrada formada por la cadena macromolecular durante el proceso de fusión. Esta conformación desequilibrada no puede volver inmediatamente a la conformación equilibrada adecuada para las condiciones ambientales cuando se enfría y solidifica. La esencia de esta conformación desequilibrada es una deformación reversible de alta elasticidad, y la deformación congelada de alta elasticidad generalmente se almacena en el producto plástico en forma de energía potencial. En condiciones adecuadas, esta conformación inestable forzada se transformará en una conformación libre y estable. La energía potencial Transformada en energía cinética y liberada.
Cuando la fuerza entre las cadenas macromoleculares y la fuerza de enredo no pueden soportar esta energía cinética, el equilibrio de tensión interna se destruirá y los productos plásticos tendrán agrietamiento por tensión y deformación por deformación.
1. La causa de la tensión interna en el plástico.
1. Estrés interno de orientación
El estrés interno de orientación es un tipo de estrés interno generado por la congelación de cadenas macromoleculares alineadas en la dirección del flujo durante el proceso de llenado del flujo y mantenimiento de la presión del plástico fundido.
El proceso detallado de generación de tensión de orientación es el siguiente: la masa fundida cerca de la pared del canal aumenta la viscosidad de la capa exterior de masa fundida debido a la rápida tasa de enfriamiento, de modo que la velocidad de flujo de la masa fundida en la capa central de la cavidad es mucho mayor. más alto que el caudal de la capa superficial, lo que da como resultado que las capas estén sujetas a un esfuerzo cortante, lo que da como resultado una orientación a lo largo de la dirección del flujo.
La descongelación de las cadenas macromoleculares orientadas en el producto plástico también significa que hay una deformación altamente elástica reversible no relajada en él, por lo que la tensión de orientación es la fuerza interna de las cadenas macromoleculares que intentan pasar de la conformación orientada a la no orientada. conformación. Mediante el tratamiento térmico se puede reducir o eliminar la tensión de orientación en el producto de plástico.
La distribución de la tensión interna de orientación de los productos plásticos se vuelve cada vez más pequeña desde la capa superficial a la capa interna del producto, y cambia en una parábola.
2. Estrés interno de enfriamiento
El estrés interno por enfriamiento es un tipo de estrés interno causado por la contracción desigual durante el enfriamiento y la conformación de los productos plásticos durante el proceso de fusión. Especialmente para los productos de plástico de paredes gruesas, la capa exterior del producto de plástico primero se enfría, se solidifica y se contrae, y la capa interna aún puede ser un derretimiento en caliente, por lo que la capa central limitará la contracción de la capa superficial, causando que la capa central estar en un estado de tensión de compresión, mientras que la capa superficial está en un estado de tensión de compresión. Estado de tensiones de tracción.
La distribución de la tensión interna de enfriamiento del producto de plástico se vuelve más y más grande desde la capa superficial hasta la capa interna del producto, y también cambia en forma de parábola.
Además, para los productos de plástico con inserciones de metal, debido a que los coeficientes de expansión térmica del metal y el plástico difieren mucho, es fácil que se formen tensiones internas con una contracción desigual.
Además de las dos tensiones internas importantes anteriores, existen varios tipos de tensiones internas como se indica a continuación: Para los productos plásticos cristalinos, las tensiones internas también pueden ocurrir debido a las diferencias en la estructura cristalina y la cristalinidad de cada parte del producto. Además, existen tensiones internas de configuración y tensiones internas de desmoldeo, etc., pero la proporción de tensiones internas es muy pequeña.
2. Factores que afectan el estrés interno de los plásticos
1. La rigidez de la cadena molecular
Cuanto mayor es la rigidez de la cadena molecular, mayor es la viscosidad del fundido y la poca movilidad de la cadena molecular del polímero, por lo que la recuperación de la deformación elástica alta reversible es pobre y es fácil generar tensión interna residual. Por ejemplo, algunos polímeros que contienen anillos de benceno en la cadena molecular, como PC, PPO, PPS, etc., la tensión interna de los productos correspondientes es relativamente grande.
2. La polaridad de la cadena molecular
Cuanto mayor sea la polaridad de una cadena molecular, mayor será la fuerza de atracción mutua entre las moléculas, lo que aumenta la dificultad de moverse entre las moléculas y reduce el grado de recuperación de la deformación elástica reversible, lo que resulta en una gran tensión interna residual. Por ejemplo, algunos tipos de plástico que contienen grupos polares como grupos carbonilo, grupos éster y grupos nitrilo en sus cadenas moleculares tienen tensiones internas relativamente grandes en sus productos correspondientes.
3. El efecto de impedimento estérico de los grupos de sustitución
Cuanto mayor sea el volumen del grupo sustituyente lateral macromolecular, mayor será el obstáculo para el libre movimiento de la cadena macromolecular y el aumento de la tensión interna residual. Por ejemplo, el grupo fenilo del grupo sustituyente de poliestireno tiene un gran volumen, por lo que la tensión interna de los productos de poliestireno es relativamente grande.
3. Tres formas de detectar la tensión interna de las piezas moldeadas por inyección
1. Método solvente
▶Inmersión en ácido acético
El ácido acético (CH3COOH) utilizado debe tener más del 95 por ciento de ácido acético y el número de usos repetidos no debe exceder las 10 pruebas.
①Prueba de estrés superficial: vierta ácido acético (ácido acético glacial) en un recipiente de vidrio y sumerja completamente el producto en el ácido acético durante 30 segundos. Después de 30 segundos, saque la muestra con clips y enjuáguela con agua limpia (el agua del grifo es suficiente) inmediatamente para verificar si hay blanqueamiento y grietas en la superficie de la muestra.
Juicio: No debe haber grietas y se permite que la superficie sea ligeramente blanquecina.
②Prueba de tensión interna: después de secar las muestras que pasan la prueba de tensión superficial, se sumergen completamente en ácido acético durante 2 minutos. Después de 2 minutos, saque la muestra y enjuáguela inmediatamente con agua limpia (el agua del grifo es suficiente), e inspeccione la muestra en busca de blancura y grietas.
Juicio: No debe haber roturas, y se permiten ligeras grietas y blanqueamiento de la superficie en el inserto.
▶Metiletilcetona más método de inmersión en acetona
Sumerja toda la máquina completamente en una mezcla 1:1 de metiletilcetona más acetona a 21 grados centígrados, sáquela y séquela inmediatamente, y verifíquela según el método anterior.
Principio: De acuerdo con el fenómeno del agrietamiento por tensión media, es decir, después de que las moléculas del solvente penetran en las macromoléculas de la resina, se reduce la fuerza mutua entre las moléculas. Cuando la tensión interna es grande, la fuerza entre las moléculas se debilita antes de la inmersión, y estos lugares debilitados se debilitan aún más después de la inmersión, provocando grietas, y el lugar con una tensión interna pequeña no se agrietará en poco tiempo.
Por lo tanto, el tamaño y la ubicación de la tensión interna de la pieza chapada pueden determinarse a partir del tiempo y el grado de agrietamiento de la superficie de la pieza que se va a chapar. Para determinar si las piezas de plástico están galvanizadas.
2. Método del instrumento
Ilumine las piezas de plástico con luz polarizada y analice la fuerza de la tensión interna en función de la cantidad de bandas de luz de colores. Sólo es adecuado para piezas transparentes. Los instrumentos necesarios para el método de luz polarizada son caros, la operación es compleja y la precisión no es alta, porque la pieza de trabajo no cambia significativamente antes y después del tratamiento, y las bandas de luz que aparecen en la banda espectral no son necesariamente la influencia de tensión interna, como ondas en la superficie de la pieza de trabajo. afectar los resultados de la prueba.
Este método no tiene ningún efecto sobre el rendimiento de las piezas. Es una prueba no destructiva, y las partes que han sido probadas pueden continuar siendo galvanizadas y usadas.
3. Método de cambio repentino de temperatura
Este método consiste en enfriar y calentar repetidamente las piezas de plástico que se van a recubrir, y evaluar el tamaño de la tensión interna de acuerdo con el momento en que aparecen las grietas. Es adecuado para varias piezas moldeadas de plástico. El equipo requerido para el método de cambio repentino de temperatura es simple, pero el tiempo de prueba es más largo.
Las piezas de plástico reacondicionadas se han dañado y no se pueden utilizar de forma continua.
En cuarto lugar, la eliminación del estrés interno.
Al igual que el metal, los productos de plástico también pueden aliviar parte de la tensión a través del proceso de "recocido" después de formarse como el metal. Este es solo un remedio para la situación en la que no se puede cumplir con el proceso de diseño y otros aspectos, y no se recomienda como método de rutina.
Este enfoque tiene una serie de limitaciones:
1. Para los materiales de relleno de fibra de vidrio, no se puede eliminar bien;
2. La prueba muestra que debido a la disminución de la resistencia del material y la disminución de la resistencia química del material durante el proceso de calentamiento después de la formación, es necesario controlar el tiempo de recocido para evitar fallas;
3. El calentamiento y el recocido a largo plazo aumentarán significativamente el costo del producto final;
4. Durante el proceso de recocido, se garantiza que el calentamiento y el enfriamiento sean estables para evitar el choque térmico causado por el enfriamiento rápido y el calentamiento rápido.
