Vidinis įtempis plastikuose reiškia būdingą įtempį, susidarantį apdorojant išlydytą plastiką dėl tokių veiksnių kaip makromolekulinių grandinių orientacija ir aušinimo susitraukimas.
Vidinio įtempio esmė yra nesubalansuota konformacija, susidariusi iš stambiamolekulinių grandinių išlydyto apdorojimo metu. Ši nesubalansuota konformacija negali iš karto grįžti į pusiausvyros konformaciją, pritaikytą aplinkos sąlygoms po aušinimo ir kietėjimo. Ši nesubalansuota konformacija iš esmės yra grįžtama, labai elastinga deformacija. Ši sustingusi elastinga deformacija paprastai saugoma plastikiniame gaminyje kaip potenciali energija. Tinkamomis sąlygomis ši priverstinė, nestabili konformacija virs laisva, stabilia konformacija, o potenciali energija išsilaisvins kaip kinetinė energija.
Kai jėgos ir susipynimo jėgos tarp stambiamolekulinių grandinių negali atlaikyti šios kinetinės energijos, sutrinka vidinė įtempių pusiausvyra, o plastikinis gaminys įtrūks ir deformuosis.
I. Plastikų vidinio streso priežastys
1. Orientacija Vidinis stresas
Orientacijos vidinis įtempis yra vidinis įtempis, susidarantis, kai stambiamolekulinių grandinių orientacija išilgai srauto krypties sustingsta išlydyto plastiko tekėjimo, pripildymo ir slėgio{0}}laikymo procesuose.
Išsamus orientacinio įtempio susidarymo procesas yra toks: lydalas šalia bėgio sienelės greitai atvėsta, todėl padidėja išorinio lydalo sluoksnio klampumas. Tai lemia daug didesnį srauto greitį formos ertmės šerdies sluoksnyje, palyginti su paviršiniu sluoksniu, o tai lemia šlyties įtempį tarp vidinių sluoksnių ir orientuojasi pagal srauto kryptį.
Orientuotų makromolekulinių grandinių atšalimas plastikiniuose gaminiuose reiškia neatsipalaidavusią, grįžtamą, labai elastingą deformaciją. Todėl orientacinis įtempis yra vidinė jėga, skatinanti makromolekulines grandines pereiti nuo orientuotos konformacijos į ne-orientuotą konformaciją. Terminis apdorojimas gali sumažinti arba pašalinti plastikinių gaminių orientacinį įtampą.
Orientacinės įtampos pasiskirstymas plastikiniuose gaminiuose mažėja nuo paviršiaus iki vidinių sluoksnių, todėl pasikeičia parabolinis pokytis.
2. Aušinimo stresas
Aušinimo įtempis yra vidinis įtempis, susidarantis plastikiniuose gaminiuose lydalo apdorojimo metu dėl netolygaus susitraukimo aušinimo ir kietėjimo metu. Ypač storasienių plastikinių gaminių išorinis sluoksnis pirmiausia atvėsta ir sukietėja, susitraukia, o vidinis sluoksnis vis dar gali būti karštas lydalas. Šis šerdies sluoksnis riboja paviršinio sluoksnio susitraukimą, todėl šerdies sluoksnis patiria gniuždymo įtempį, o paviršinis sluoksnis – tempimo įtempį.
Aušinimo vidinio įtempio pasiskirstymas plastikiniuose gaminiuose didėja nuo paviršiaus iki vidinio sluoksnio, todėl pasikeičia parabolinis pokytis.
Be to, plastikiniai gaminiai su metaliniais įdėklais yra linkę į netolygų susitraukimo vidinį įtempį dėl didelio metalo ir plastiko šiluminio plėtimosi koeficientų skirtumo.
Be pirmiau minėtų dviejų pagrindinių vidinio įtempių tipų, yra ir keletas kitų tipų: Kristalinio plastiko gaminiams skirtumai tarp skirtingų gaminio dalių kristalinės struktūros ir kristališkumo taip pat sukuria vidinį įtempį. Taip pat yra struktūrinių įtempių ir įtempimų, tačiau jų dalis paprastai yra nedidelė.
II. Veiksniai, įtakojantys plastiko vidinio streso susidarymą
1. Molekulinės grandinės standumas
Kuo didesnis molekulinės grandinės standumas, tuo didesnis lydalo klampumas ir prastesnis polimero molekulinės grandinės mobilumas. Todėl atsigavimas po grįžtamosios elastinės deformacijos yra prastas, todėl lengvai susidaro liekamasis vidinis įtempis. Pavyzdžiui, kai kurie polimerai, kurių molekulinėse grandinėse yra benzeno žiedai, pvz., PC, PPO ir PPS, turi atitinkamus produktus, turinčius didesnį vidinį įtempį.
2. Molekulinės grandinės poliškumas
Kuo didesnis molekulinės grandinės poliškumas, tuo stipresnė tarpmolekulinė trauka, todėl tarpmolekulinis judėjimas tampa sunkesnis ir sumažėja atsigavimo po grįžtamosios elastinės deformacijos laipsnis, dėl kurio atsiranda didesnis liekamasis vidinis įtempis. Pavyzdžiui, kai kurių plastikų, kurių molekulinėse grandinėse yra polinių grupių, tokių kaip karbonilo, esterio ir nitrilo grupės, yra atitinkamų produktų, turinčių didesnį vidinį įtempį.
3. Pakaitinių grupių sterinis trukdantis poveikis
Kuo didesnis pakaitų grupių tūris šoninėse makromolekulės grupėse, tuo labiau jis trukdo laisvam makromolekulinės grandinės judėjimui, todėl padidėja liekamasis vidinis įtempis. Pavyzdžiui, polistireno fenilo grupė turi didesnį tūrį, todėl polistireno gaminiuose atsiranda didesnis vidinis įtempis.
III. Trys įpurškimo formos dalių vidinio įtempimo tikrinimo metodai
1. Tirpiklio metodas
▶ Panardinimas į acto rūgštį
Naudojama acto rūgštis (CH3COOH) turi būti 95% ar didesnė, o pakartotinių tyrimų skaičius neturi viršyti 10.
① Paviršiaus įtempių bandymas: Į stiklinį indą supilkite acto rūgštį (ledinę acto rūgštį) ir visiškai panardinkite gaminį į acto rūgštį 30 sekundžių. Po 30 sekundžių išimkite mėginį spaustukais ir nedelsdami nuplaukite švariu vandeniu (leistinas vanduo iš čiaupo). Stebėkite, ar mėginio paviršius nepabalo ir nėra įtrūkimų.
Nuosprendis: neturėtų būti įtrūkimų. Leidžiamas nedidelis paviršiaus balinimas.
② Vidinis įtempių bandymas: išdžiovinus bandinį, kuris išlaikė paviršiaus įtempių testą, visiškai panardinkite jį į acto rūgštį 2 minutėms. Po 2 minučių išimkite mėginį ir nedelsdami nuplaukite švariu vandeniu (vanduo iš čiaupo yra priimtinas). Stebėkite, ar mėginys nepabalo ir nėra įtrūkimų.
Nuosprendis: neturėtų būti lūžimo. Leidžiami nedideli įtrūkimai ties įdėklu ir paviršiaus balinimas.
▶Metilo etilketonas (MEK) + acetono panardinimo metodas
Visiškai panardinkite visą aparatą į 21 laipsnio MEK ir acetono mišinį santykiu 1:1. Išimkite ir nedelsdami išdžiovinkite. Patikrinkite, kaip aprašyta aukščiau.
Principas: Remiantis vidutinio įtempimo krekingo reiškiniu, tirpiklio molekulės prasiskverbia tarp dervos makromolekulių, sumažindamos tarpmolekulines jėgas. Sritys, kuriose yra didelis vidinis įtempis, prieš panardinant jau turi susilpnėjusias tarpmolekulines jėgas; šios susilpnėjusios jėgos po panardinimo dar labiau sumažėja, todėl susidaro įtrūkimai. Vietos, kuriose yra mažas vidinis įtempis, per trumpą laiką neįtrūks.
Todėl padengiamos dalies vidinio įtempio dydį ir vietą galima nustatyti pagal paviršiaus įtrūkimo laiką ir mastą. Tai lemia, ar plastikinė dalis turi būti galvanizuota.
2. Instrumentinis metodas
Apšvieskite plastikinę dalį poliarizuota šviesa. Išanalizuokite vidinio įtempio stiprumą, stebėdami spalvotų šviesos juostų kiekį. Šis metodas taikomas tik skaidrioms dalims. Poliarizuotos šviesos metodas reikalauja brangios įrangos, yra sudėtingas eksploatuoti ir mažas tikslumas, nes dalies pokyčiai prieš ir po apdorojimo nėra reikšmingi. Šviesos juostos, atsirandančios spektre, nebūtinai atsiranda dėl vidinio įtempio; pavyzdžiui, paviršiaus bangavimas taip pat gali turėti įtakos bandymo rezultatams.
Šis metodas neturi įtakos detalės funkcijai, todėl tai yra neardomasis bandymas. Testą išlaikiusias dalis galima toliau galvanizuoti ir naudoti.
3. Temperatūros staigių pokyčių metodas
Šis metodas apima pakartotinį plastikinės dalies kaitinimą ir aušinimą ir vidinio įtempio dydžio įvertinimą pagal laiką, per kurį atsiranda įtrūkimai. Jis tinka įvairioms plastikinėms dalims. Staigių temperatūros pokyčių metodui reikia paprastos įrangos, tačiau bandymo laikas yra gana ilgas.
Plastikinė dalis po apžiūros yra pažeista ir nebegalima naudoti.
IV. Vidinio streso pašalinimas
Panašiai kaip metalai, plastikiniai gaminiai, kaip ir metalai, taip pat gali turėti tam tikrą įtampą pašalinus po{0}}liejimo „atkaitinimo“ proceso. Tačiau tai tik sustabdymo priemonė, kai projektavimo ir gamybos procesai negali atitikti reikalavimų, ir tai nerekomenduojama kaip įprastas metodas.
Šis metodas turi keletą apribojimų:
1. Jis negali efektyviai pašalinti stiklo pluošto užpildų defektų;
2. Bandymai rodo, kad kaitinant po-formavimo, sumažėja medžiagos stiprumas ir cheminis atsparumas, todėl reikia kontroliuoti atkaitinimo laiką, kad būtų išvengta gedimo;
3. Ilgas kaitinimas ir atkaitinimas žymiai padidina galutinio produkto savikainą;
4. Stabilus šildymas ir vėsinimas atkaitinimo metu yra labai svarbūs norint išvengti terminio šoko, kurį sukelia greiti temperatūros pokyčiai.
