Ứng suất bên trong của nhựa đề cập đến một loại ứng suất bên trong được tạo ra bởi các yếu tố như hướng của chuỗi đại phân tử và sự co ngót do làm mát trong quá trình xử lý nóng chảy nhựa.
Bản chất của ứng suất bên trong là cấu trúc không cân bằng được hình thành bởi chuỗi đại phân tử trong quá trình nóng chảy. Cấu trúc không cân bằng này không thể ngay lập tức trở lại cấu trúc cân bằng phù hợp với điều kiện môi trường khi nó được làm lạnh và đóng rắn. Bản chất của cấu trúc không cân bằng này là biến dạng đàn hồi cao có thể đảo ngược A, và biến dạng đàn hồi cao đông lạnh thường được lưu trữ trong sản phẩm nhựa dưới dạng thế năng. Trong điều kiện thích hợp, dạng không ổn định cưỡng bức này sẽ chuyển thành dạng tự do và ổn định. Thế năng Chuyển hóa thành động năng và được giải phóng.
Khi lực giữa các chuỗi đại phân tử và lực vướng víu không thể chịu được động năng này, sự cân bằng ứng suất bên trong sẽ bị phá vỡ và các sản phẩm nhựa sẽ bị nứt do ứng suất và biến dạng cong vênh.
1. Nguyên nhân gây ứng suất trong nhựa
1. Định hướng nội ứng suất
Ứng suất bên trong định hướng là một loại ứng suất bên trong được tạo ra bởi sự đóng băng của các chuỗi đại phân tử được sắp xếp theo hướng dòng chảy trong quá trình làm đầy dòng chảy và duy trì áp suất của nhựa nóng chảy.
Quá trình tạo ứng suất định hướng chi tiết như sau: sự tan chảy gần tường của người chạy làm tăng độ nhớt của lớp ngoài của sự tan chảy do tốc độ làm mát nhanh, do đó tốc độ dòng chảy của sự tan chảy trong lớp lõi của khoang là nhiều cao hơn tốc độ dòng chảy của lớp bề mặt, dẫn đến Các lớp chịu ứng suất cắt, dẫn đến định hướng dọc theo hướng dòng chảy.
Sự tan băng của các chuỗi đại phân tử định hướng trong sản phẩm nhựa cũng có nghĩa là có một biến dạng đàn hồi cao thuận nghịch không bị nới lỏng trong đó, vì vậy ứng suất định hướng là nội lực của các chuỗi đại phân tử đang cố gắng chuyển từ dạng định hướng sang dạng không định hướng. cấu tạo. Bằng phương pháp xử lý nhiệt, ứng suất định hướng trong sản phẩm nhựa có thể được giảm hoặc loại bỏ.
Sự phân bố ứng suất bên trong định hướng của các sản phẩm nhựa ngày càng nhỏ dần từ lớp bề mặt đến lớp bên trong của sản phẩm và thay đổi theo hình parabol.
2. Làm mát căng thẳng bên trong
Ứng suất bên trong làm mát là một loại ứng suất bên trong do sự co ngót không đồng đều trong quá trình làm mát và định hình các sản phẩm nhựa trong quá trình nấu chảy. Đặc biệt đối với các sản phẩm nhựa có thành dày, lớp ngoài của sản phẩm nhựa sẽ nguội đi trước và đông đặc lại và co lại, lớp bên trong vẫn có thể nóng chảy nên lớp lõi sẽ hạn chế sự co ngót của lớp bề mặt gây ra lớp lõi. ở trạng thái ứng suất nén, còn lớp mặt ở trạng thái ứng suất nén. Trạng thái ứng suất kéo.
Sự phân bố ứng suất bên trong làm mát của sản phẩm nhựa ngày càng lớn hơn từ lớp bề mặt đến lớp bên trong của sản phẩm và cũng thay đổi theo hình parabol.
Ngoài ra, đối với các sản phẩm nhựa có chèn kim loại, do hệ số giãn nở nhiệt của kim loại và nhựa khác nhau rất nhiều nên dễ hình thành ứng suất bên trong với độ co ngót không đồng đều.
Ngoài hai loại nội ứng suất quan trọng trên còn có một số loại nội ứng suất như sau: Đối với sản phẩm nhựa kết tinh, nội ứng suất còn có thể xuất hiện do sự khác nhau về cấu trúc tinh thể và độ kết tinh của từng phần sản phẩm. Ngoài ra, còn có ứng suất bên trong cấu hình và ứng suất bên trong tháo khuôn, v.v., nhưng tỷ lệ ứng suất bên trong rất nhỏ.
2. Các yếu tố ảnh hưởng đến ứng suất bên trong của chất dẻo
1. Độ cứng của chuỗi phân tử
Độ cứng của chuỗi phân tử càng lớn thì độ nhớt nóng chảy càng cao và chuỗi phân tử polymer có tính linh động kém, do đó khả năng phục hồi biến dạng đàn hồi cao có thể đảo ngược kém và dễ sinh ra ứng suất dư bên trong. Ví dụ, một số polyme có chứa vòng benzen trong chuỗi phân tử, chẳng hạn như PC, PPO, PPS, v.v., ứng suất bên trong của các sản phẩm tương ứng là tương đối lớn.
2. Tính phân cực của chuỗi phân tử
Chuỗi phân tử có tính phân cực càng lớn thì lực hút lẫn nhau giữa các phân tử càng lớn, làm tăng độ khó chuyển động giữa các phân tử và giảm mức độ phục hồi của biến dạng đàn hồi thuận nghịch, dẫn đến ứng suất dư bên trong lớn. Ví dụ, một số loại nhựa có chứa các nhóm phân cực như nhóm carbonyl, nhóm este và nhóm nitrile trong chuỗi phân tử của chúng có ứng suất bên trong tương đối lớn trong các sản phẩm tương ứng.
3. Hiệu ứng cản trở không gian của nhóm thế
Thể tích của nhóm thế bên đại phân tử càng lớn thì khả năng cản trở chuyển động tự do của chuỗi đại phân tử càng lớn và làm tăng ứng suất dư bên trong. Ví dụ, nhóm phenyl của nhóm thế polystyrene có khối lượng lớn, do đó ứng suất bên trong của các sản phẩm polystyrene tương đối lớn.
3. Ba cách để phát hiện ứng suất bên trong của các bộ phận đúc phun
1. Phương pháp dung môi
▶Ngâm axit axetic
Axit axetic (CH3COOH) được sử dụng phải là axit axetic trên 95% và số lần sử dụng lặp lại không quá 10 lần thử.
①Kiểm tra ứng suất bề mặt: Đổ axit axetic (axit axetic băng) vào hộp thủy tinh và ngâm hoàn toàn sản phẩm trong axit axetic trong 30 giây. Sau 30 giây, lấy mẫu ra bằng kẹp và rửa ngay bằng nước sạch (nước máy là đủ) để kiểm tra xem có bất kỳ vết trắng và vết nứt nào trên bề mặt mẫu hay không.
Đánh giá: Không được có vết nứt và bề mặt được phép có màu hơi trắng.
②Kiểm tra ứng suất bên trong: Sau khi làm khô các mẫu vượt qua bài kiểm tra ứng suất bề mặt, chúng được ngâm hoàn toàn trong axit axetic trong 2 phút. Sau 2 phút, lấy mẫu ra và rửa ngay bằng nước sạch (nước máy là đủ), đồng thời kiểm tra độ trắng và vết nứt của mẫu.
Đánh giá: Không được có vết nứt, và cho phép có các vết nứt nhẹ và làm trắng bề mặt trên hạt dao.
▶Phương pháp ngâm metyl etyl xeton cộng với axeton
Nhúng hoàn toàn toàn bộ máy vào hỗn hợp metyl etyl xeton cộng với axeton theo tỷ lệ 1:1 ở 21 độ C, lấy ra và làm khô ngay, đồng thời kiểm tra theo phương pháp trên.
Nguyên tắc: Theo hiện tượng nứt ứng suất trung bình, nghĩa là sau khi các phân tử dung môi xâm nhập vào các đại phân tử của nhựa, lực tương hỗ giữa các phân tử bị giảm. Nơi có ứng suất bên trong lớn, lực giữa các phân tử bị suy yếu trước khi ngâm, những nơi bị suy yếu này càng bị suy yếu sau khi ngâm, gây nứt, nơi có ứng suất bên trong nhỏ sẽ không bị nứt trong thời gian ngắn.
Do đó, kích thước và vị trí của ứng suất bên trong của miếng mạ có thể được xác định từ thời gian và mức độ nứt trên bề mặt của miếng được mạ. Để xác định xem các bộ phận bằng nhựa có được mạ điện hay không.
2. Phương pháp dụng cụ
Chiếu sáng các bộ phận bằng nhựa bằng ánh sáng phân cực và phân tích cường độ của ứng suất bên trong tùy thuộc vào lượng dải sáng màu. Nó chỉ thích hợp cho các bộ phận trong suốt. Các dụng cụ cần thiết cho phương pháp ánh sáng phân cực đắt tiền, thao tác phức tạp và độ chính xác không cao, vì phôi không thay đổi đáng kể trước và sau khi xử lý, và các dải ánh sáng xuất hiện trên dải quang phổ không nhất thiết là ảnh hưởng của ứng suất bên trong, chẳng hạn như các gợn sóng trên bề mặt phôi. ảnh hưởng đến kết quả kiểm tra.
Phương pháp này không ảnh hưởng đến hiệu suất của các bộ phận. Đây là một thử nghiệm không phá hủy và các bộ phận đã được thử nghiệm có thể tiếp tục được mạ điện và sử dụng.
3. Phương pháp thay đổi nhiệt độ đột ngột
Phương pháp này là làm mát và làm nóng các bộ phận bằng nhựa được mạ nhiều lần và đánh giá kích thước của ứng suất bên trong theo thời gian xuất hiện vết nứt. Nó phù hợp cho các bộ phận đúc nhựa khác nhau. Thiết bị cần thiết cho phương pháp thay đổi nhiệt độ đột ngột rất đơn giản nhưng thời gian thử nghiệm lâu hơn.
Các bộ phận nhựa đại tu đã bị hư hỏng và không thể sử dụng liên tục.
Thứ tư, loại bỏ căng thẳng bên trong
Tương tự như kim loại, sản phẩm nhựa cũng có thể giảm bớt một phần ứng suất thông qua quá trình “ủ” sau khi thành hình giống như kim loại. Đây chỉ là một biện pháp khắc phục tình trạng không thể đáp ứng được quy trình thiết kế và các khía cạnh khác, và nó không được khuyến nghị như một phương pháp thông thường.
Cách tiếp cận này có một số hạn chế:
1. Đối với vật liệu làm đầy sợi thủy tinh, nó không thể được loại bỏ tốt;
2. Thử nghiệm cho thấy do độ bền của vật liệu giảm và khả năng kháng hóa chất của vật liệu giảm trong quá trình gia nhiệt sau khi tạo hình nên cần kiểm soát thời gian ủ để tránh hỏng hóc;
3. Gia nhiệt và ủ lâu dài sẽ làm tăng đáng kể giá thành của sản phẩm cuối cùng;
4. Trong quá trình ủ, quá trình gia nhiệt và làm mát được đảm bảo ổn định để tránh sốc nhiệt do làm lạnh nhanh và nóng nhanh.
