La tensió interna dels plàstics es refereix a una tensió inherent generada durant el processament del plàstic fos a causa de factors com l'orientació de les cadenes macromoleculars i la contracció de refrigeració.
L'essència de l'estrès intern és la conformació desequilibrada formada per cadenes macromoleculars durant el processament fos. Aquesta conformació desequilibrada no pot tornar immediatament a una conformació d'equilibri adaptada a les condicions ambientals quan es refreda i solidifica. Aquesta conformació desequilibrada és essencialment una deformació reversible i altament elàstica. Aquesta deformació elàstica congelada s'emmagatzema normalment en el producte plàstic com a energia potencial. En condicions adequades, aquesta conformació forçada i inestable es transformarà en una conformació lliure i estable, i l'energia potencial s'alliberarà com a energia cinètica.
Quan les forces i les forces d'entrellaçament entre les cadenes macromoleculars no poden suportar aquesta energia cinètica, l'equilibri de l'estrès intern s'interromp i el producte plàstic mostrarà esquerdes per tensió i deformació deformada.
I. Causes de l'estrès intern en els plàstics
1. Estrès intern d'orientació
La tensió interna d'orientació és una tensió interna generada quan l'orientació de les cadenes macromoleculars al llarg de la direcció del flux es congela durant els processos de flux, ompliment i retenció de pressió-del plàstic fos.
El procés detallat de generació d'estrès d'orientació és el següent: la fusió prop de la paret del corredor es refreda ràpidament, provocant un augment de la viscositat de la capa de fusió exterior. Això es tradueix en una velocitat de flux molt més gran a la capa central de la cavitat del motlle en comparació amb la capa superficial, provocant una tensió de cisalla entre les capes internes i donant lloc a una orientació al llarg de la direcció del flux.
La descongelació de cadenes macromoleculars orientades dins dels productes plàstics significa la presència d'una deformació no relaxada, reversible i altament elàstica. Per tant, l'estrès d'orientació és la força interna que fa que les cadenes macromoleculars passin d'una conformació orientada a una conformació no-orientada. El tractament tèrmic pot reduir o eliminar l'estrès d'orientació dels productes plàstics.
La distribució de l'esforç d'orientació en els productes plàstics disminueix des de la superfície cap a les capes interiors, mostrant un canvi parabòlic.
2. Estrès de refrigeració
L'estrès de refrigeració és una tensió interna generada en els productes plàstics durant el processament de la fusió a causa d'una contracció desigual durant el refredament i la presa. Especialment per als productes de plàstic de paret gruixuda-, la capa exterior es refreda i es solidifica primer, encongint-se mentre que la capa interna encara pot ser una fusió calenta. Aquesta capa central limita la contracció de la capa superficial, donant lloc a que la capa central estigui sota esforç de compressió i la capa superficial sota esforç de tracció.
La distribució de l'estrès intern de refrigeració en els productes plàstics augmenta des de la superfície fins a la capa interna, mostrant un canvi parabòlic.
A més, els productes plàstics amb insercions metàl·liques són propensos a la tensió interna de contracció desigual a causa de la diferència significativa en els coeficients d'expansió tèrmica entre el metall i el plàstic.
A més dels dos tipus principals d'estrès intern esmentats anteriorment, hi ha altres tipus: per als productes plàstics cristal·lins, les diferències en l'estructura cristal·lina i la cristalinitat de les diferents parts del producte també generen estrès intern. També hi ha tensions estructurals i tensions de desemmotllament, però la seva proporció és generalment petita.
II. Factors que afecten la generació d'estrès intern en els plàstics
1. Rigidesa de la cadena molecular
Com més gran sigui la rigidesa de la cadena molecular, més gran serà la viscositat de la fosa i més pobra serà la mobilitat de la cadena molecular del polímer. Per tant, la recuperació de la deformació elàstica reversible és pobra, donant lloc fàcilment a una tensió interna residual. Per exemple, alguns polímers que contenen anells de benzè a les seves cadenes moleculars, com PC, PPO i PPS, tenen productes corresponents amb una tensió interna més alta.
2. Polaritat de la cadena molecular
Com més gran sigui la polaritat d'una cadena molecular, més forta serà l'atracció intermolecular, dificultant el moviment intermolecular i reduint el grau de recuperació de la deformació elàstica reversible, donant lloc a una major tensió interna residual. Per exemple, alguns plàstics que contenen grups polars com ara grups carbonil, èster i nitril a les seves cadenes moleculars tenen productes corresponents amb una tensió interna més elevada.
3. Efecte d'obstaculització estèric dels grups substituents
Com més gran sigui el volum dels grups substituents als grups laterals de la macromolècula, més dificulta el lliure moviment de la cadena macromolecular, provocant un augment de l'estrès intern residual. Per exemple, el grup fenil del poliestirè té un volum més gran, el que resulta en una tensió interna més elevada en els productes de poliestirè.
III. Tres mètodes per provar la tensió interna en peces modelades per injecció
1. Mètode del dissolvent
▶ Immersió àcid acètic
L'àcid acètic (CH3COOH) utilitzat ha de ser del 95% o superior i el nombre de proves repetides no ha de ser superior a 10.
① Prova d'estrès superficial: aboqueu àcid acètic (àcid acètic glacial) en un recipient de vidre i submergiu completament el producte a l'àcid acètic durant 30 segons. Després de 30 segons, traieu la mostra amb pinces i esbandiu-la immediatament amb aigua neta (l'aigua de l'aixeta és acceptable). Observeu la superfície de la mostra per blanquejar i esquerdes.
Judici: No hi hauria d'haver cap esquerdament. Es permet un lleuger blanqueig de la superfície.
② Prova d'esforç intern: després d'assecar la mostra que ha passat la prova d'estrès superficial, submergiu-la completament en àcid acètic durant 2 minuts. Després de 2 minuts, traieu la mostra i esbandiu-la immediatament amb aigua neta (l'aigua de l'aixeta és acceptable). Observeu la mostra per blanquejar i esquerdes.
Judici: No hi hauria d'haver trencament. Es permeten lleugeres esquerdes a la inserció i blanqueig superficial.
▶ Mètode d'immersió de metil etil cetona (MEK) + acetona
Submergiu tota la màquina completament en una barreja 1:1 de MEK i acetona a 21 graus. Traieu i assequeu immediatament. Inspeccioneu com es descriu anteriorment.
Principi: Basat en el fenomen de cracking per estrès mitjà, les molècules de dissolvent penetren entre les macromolècules de resina, reduint les forces intermoleculars. Les zones amb alt estrès intern ja tenen forces intermoleculars afeblides abans de la immersió; aquestes forces debilitades es redueixen encara més després de la immersió, donant lloc a esquerdes. Les zones amb baixa tensió interna no s'esquerdaran en poc temps.
Per tant, la magnitud i la ubicació de la tensió interna a la peça a xapar es poden determinar pel temps i l'extensió de l'esquerda a la superfície. Això determina si la peça de plàstic s'ha de galvanitzar.
2. Mètode instrumental
Il·lumina la part de plàstic amb llum polaritzada. Analitzeu la força de l'estrès intern observant la quantitat de bandes de llum de colors. Aquest mètode només és aplicable a peces transparents. El mètode de llum polaritzada requereix equips cars, és complex d'operar i té poca precisió perquè els canvis en la peça abans i després del tractament no són significatius. Les bandes de llum que apareixen a l'espectre no són necessàriament degudes a l'estrès intern; per exemple, les ondulacions superficials també poden afectar els resultats de la prova.
Aquest mètode no té cap impacte en la funció de la peça, per la qual cosa és una prova no-destructiva. Les peces que hagin superat la prova poden continuar galvanitzant i utilitzant.
3. Mètode de canvi sobtat de temperatura
Aquest mètode consisteix a sotmetre repetidament la peça de plàstic a escalfament i refrigeració, i avaluar la magnitud de la tensió interna en funció del temps que triga a aparèixer les esquerdes. És adequat per a diverses peces modelades de plàstic. El mètode de canvi sobtat de temperatura requereix un equip senzill, però el temps de prova és relativament llarg.
La peça de plàstic després de la inspecció està danyada i no es pot tornar a utilitzar.
IV. Eliminació de l'estrès intern
De manera semblant als metalls, els productes plàstics també poden eliminar una mica de tensió mitjançant un procés de "recuit" posterior al-emmotllament, igual que els metalls. Tanmateix, aquesta és només una mesura provisional quan els processos de disseny i fabricació no poden complir els requisits, i no es recomana com a mètode habitual.
Aquest mètode té diverses limitacions:
1. No pot eliminar eficaçment els defectes dels farcits de fibra de vidre;
2. Les proves mostren que durant l'escalfament post-emmotllament, la força i la resistència química del material disminueixen, la qual cosa requereix un temps de recuit controlat per evitar fallades;
3. L'escalfament i el recuit prolongats augmenten significativament el cost del producte final;
4. L'escalfament i el refredament estables durant el recuit són crucials per evitar el xoc tèrmic causat per canvis ràpids de temperatura.
