ความเค้นภายในของพลาสติกหมายถึงความเค้นโดยธรรมชาติที่เกิดขึ้นในระหว่างกระบวนการแปรรูปพลาสติกหลอมเหลว เนื่องจากปัจจัยต่างๆ เช่น การวางแนวของสายโซ่โมเลกุลขนาดใหญ่ และการหดตัวของการทำความเย็น
สาระสำคัญของความเครียดภายในคือโครงสร้างที่ไม่สมดุลซึ่งเกิดจากโซ่โมเลกุลขนาดใหญ่ระหว่างกระบวนการหลอมเหลว โครงสร้างที่ไม่สมดุลนี้ไม่สามารถกลับคืนสู่โครงสร้างสมดุลได้ทันทีที่ปรับให้เข้ากับสภาพแวดล้อมเมื่อมีการทำความเย็นและการแข็งตัว โครงสร้างที่ไม่สมดุลนี้เป็นการเปลี่ยนรูปแบบที่ยืดหยุ่นสูงและสามารถพลิกกลับได้ การเปลี่ยนรูปแบบยืดหยุ่นแบบเยือกแข็งนี้โดยปกติจะถูกเก็บไว้ในผลิตภัณฑ์พลาสติกเป็นพลังงานศักย์ ภายใต้สภาวะที่เหมาะสม โครงสร้างที่ถูกบังคับและไม่เสถียรนี้จะเปลี่ยนเป็นรูปแบบอิสระและเสถียร และพลังงานศักย์จะถูกปล่อยออกมาเป็นพลังงานจลน์
เมื่อแรงและแรงพันกันระหว่างสายโซ่โมเลกุลขนาดใหญ่ไม่สามารถต้านทานพลังงานจลน์นี้ได้ สมดุลความเค้นภายในจะหยุดชะงัก และผลิตภัณฑ์พลาสติกจะแสดงการแตกร้าวของความเค้นและการบิดงอ
I. สาเหตุของความเครียดภายในพลาสติก
1. การปฐมนิเทศความเครียดภายใน
ความเค้นภายในของการวางแนวคือความเครียดภายในที่เกิดขึ้นเมื่อการวางแนวของสายโซ่โมเลกุลขนาดใหญ่ตามทิศทางการไหลถูกแช่แข็งในระหว่างกระบวนการไหล การเติม และแรงกด-ของพลาสติกหลอมเหลว
กระบวนการโดยละเอียดของการสร้างความเครียดจากการปฐมนิเทศมีดังต่อไปนี้: สารหลอมที่อยู่ใกล้ผนังรันเนอร์จะเย็นตัวลงอย่างรวดเร็ว ส่งผลให้มีความหนืดของชั้นหลอมเหลวด้านนอกเพิ่มขึ้น ซึ่งส่งผลให้ความเร็วการไหลสูงขึ้นมากในชั้นแกนกลางของโพรงแม่พิมพ์เมื่อเปรียบเทียบกับชั้นพื้นผิว นำไปสู่ความเค้นเฉือนระหว่างชั้นภายใน และส่งผลให้เกิดการวางแนวตามทิศทางการไหล
การคลายตัวของสายโซ่โมเลกุลขนาดใหญ่ภายในผลิตภัณฑ์พลาสติก บ่งบอกถึงการมีอยู่ของการเสียรูปที่ไม่ผ่อนคลาย กลับด้านได้ และมีความยืดหยุ่นสูง ดังนั้น ความเครียดจากการปฐมนิเทศคือแรงภายในที่ผลักดันสายโซ่โมเลกุลขนาดใหญ่ให้เปลี่ยนจากโครงสร้างเชิงตัวไปเป็นโครงสร้างเชิงไม่- การอบชุบด้วยความร้อนสามารถลดหรือขจัดความเครียดในการวางแนวภายในผลิตภัณฑ์พลาสติกได้
การกระจายตัวของความเค้นในการวางแนวในผลิตภัณฑ์พลาสติกลดลงจากพื้นผิวไปยังชั้นใน ทำให้เกิดการเปลี่ยนแปลงพาราโบลา
2. ความเครียดจากการระบายความร้อน
ความเครียดจากการทำความเย็นคือความเครียดภายในที่เกิดขึ้นในผลิตภัณฑ์พลาสติกระหว่างกระบวนการหลอมเนื่องจากการหดตัวที่ไม่สม่ำเสมอระหว่างการทำความเย็นและการเซ็ตตัว โดยเฉพาะอย่างยิ่งสำหรับผลิตภัณฑ์พลาสติกที่มีผนังหนา- ชั้นนอกจะเย็นลงและแข็งตัวก่อน และหดตัวในขณะที่ชั้นในอาจยังละลายร้อนอยู่ ชั้นแกนกลางนี้จำกัดการหดตัวของชั้นพื้นผิว ส่งผลให้ชั้นแกนกลางอยู่ภายใต้ความเค้นอัดและชั้นผิวอยู่ภายใต้ความเค้นดึง
การกระจายตัวของความเครียดภายในในการทำความเย็นในผลิตภัณฑ์พลาสติกจะเพิ่มขึ้นจากพื้นผิวไปยังชั้นใน ซึ่งแสดงการเปลี่ยนแปลงพาราโบลา
นอกจากนี้ ผลิตภัณฑ์พลาสติกที่มีเม็ดมีดเป็นโลหะมีแนวโน้มที่จะเกิดความเครียดภายในการหดตัวไม่สม่ำเสมอ เนื่องจากค่าสัมประสิทธิ์การขยายตัวเนื่องจากความร้อนระหว่างโลหะและพลาสติกแตกต่างกันอย่างมีนัยสำคัญ
นอกจากความเครียดภายในสองประเภทหลักที่กล่าวถึงข้างต้น ยังมีประเภทอื่นๆ อีกหลายประเภท: สำหรับผลิตภัณฑ์พลาสติกที่เป็นผลึก ความแตกต่างในโครงสร้างผลึกและความเป็นผลึกของส่วนต่างๆ ของผลิตภัณฑ์ก็ทำให้เกิดความเครียดภายในเช่นกัน นอกจากนี้ยังมีความเค้นเชิงโครงสร้างและความเค้นในการรื้อถอน แต่สัดส่วนโดยทั่วไปจะน้อย
ครั้งที่สอง ปัจจัยที่ส่งผลต่อการสร้างความเครียดภายในพลาสติก
1. ความแข็งแกร่งของโซ่โมเลกุล
ยิ่งความแข็งแกร่งของสายโซ่โมเลกุลมากเท่าไร ความหนืดหลอมก็จะยิ่งสูงขึ้น และการเคลื่อนที่ของสายโซ่โมเลกุลโพลีเมอร์ก็จะยิ่งแย่ลงเท่านั้น ดังนั้นการฟื้นตัวจากการเสียรูปแบบยืดหยุ่นแบบพลิกกลับได้จึงทำได้ไม่ดี ส่งผลให้เกิดความเครียดตกค้างภายในได้ง่าย ตัวอย่างเช่น โพลีเมอร์บางชนิดที่มีวงแหวนเบนซีนอยู่ในสายโซ่โมเลกุล เช่น PC, PPO และ PPS มีผลิตภัณฑ์ที่สอดคล้องกันซึ่งมีความเครียดภายในสูงกว่า
2. ขั้วโซ่โมเลกุล
ยิ่งขั้วของสายโซ่โมเลกุลมีมากขึ้น แรงดึงดูดระหว่างโมเลกุลก็จะยิ่งแข็งแกร่งขึ้น ทำให้การเคลื่อนที่ระหว่างโมเลกุลยากขึ้น และลดระดับการฟื้นตัวจากการเสียรูปแบบยืดหยุ่นแบบพลิกกลับได้ ส่งผลให้ความเครียดภายในตกค้างสูงขึ้น ตัวอย่างเช่น พลาสติกบางชนิดที่มีหมู่ขั้ว เช่น หมู่คาร์บอนิล เอสเทอร์ และหมู่ไนไตรล์ในสายโซ่โมเลกุลจะมีผลิตภัณฑ์ที่สอดคล้องกันซึ่งมีความเครียดภายในสูงกว่า
3. ผลการขัดขวาง Steric ของกลุ่มทดแทน
ยิ่งปริมาตรของกลุ่มแทนที่ในกลุ่มด้านข้างของโมเลกุลขนาดใหญ่มากเท่าไรก็ยิ่งขัดขวางการเคลื่อนที่อย่างอิสระของสายโซ่โมเลกุลขนาดใหญ่มากขึ้นเท่านั้น นำไปสู่ความเครียดภายในที่ตกค้างเพิ่มขึ้น ตัวอย่างเช่น หมู่ฟีนิลในโพลีสไตรีนมีปริมาตรมากกว่า ส่งผลให้มีความเครียดภายในผลิตภัณฑ์โพลีสไตรีนสูงขึ้น
ที่สาม สามวิธีในการทดสอบความเค้นภายในในชิ้นส่วนฉีดขึ้นรูป
1. วิธีการใช้ตัวทำละลาย
▶ การแช่กรดอะซิติก
กรดอะซิติก (CH3COOH) ที่ใช้ต้องเป็น 95% ขึ้นไป และจำนวนการทดสอบซ้ำไม่ควรเกิน 10
1 การทดสอบความเค้นพื้นผิว: เทกรดอะซิติก (กรดอะซิติกน้ำแข็ง) ลงในภาชนะแก้วและจุ่มผลิตภัณฑ์ลงในกรดอะซิติกจนหมดเป็นเวลา 30 วินาที หลังจากผ่านไป 30 วินาที ให้ถอดตัวอย่างออกด้วยที่หนีบ แล้วล้างออกด้วยน้ำสะอาดทันที (สามารถใช้น้ำประปาได้) สังเกตพื้นผิวตัวอย่างเพื่อดูความขาวและรอยแตก
คำตัดสิน: ไม่ควรมีการแตกร้าว อนุญาตให้ฟอกสีพื้นผิวได้เล็กน้อย
2 การทดสอบความเค้นภายใน: หลังจากการอบแห้งตัวอย่างที่ผ่านการทดสอบความเค้นพื้นผิวแล้ว ให้จุ่มตัวอย่างลงในกรดอะซิติกเป็นเวลา 2 นาที หลังจากผ่านไป 2 นาที ให้นำตัวอย่างออกแล้วล้างออกด้วยน้ำสะอาดทันที (สามารถใช้น้ำประปาได้) สังเกตตัวอย่างการฟอกสีฟันและรอยแตก
คำตัดสิน: ไม่ควรมีการแตกหัก อนุญาตให้มีรอยแตกเล็กน้อยที่ส่วนแทรกและการฟอกสีฟันบนพื้นผิวได้
▶เมทิลเอทิลคีโตน (MEK) + วิธีการแช่อะซิโตน
จุ่มเครื่องทั้งหมดลงในส่วนผสม 1:1 ของ MEK และอะซิโตนที่อุณหภูมิ 21 องศา ถอดออกและปั่นแห้งทันที ตรวจสอบตามที่อธิบายไว้ข้างต้น
หลักการ: ขึ้นอยู่กับปรากฏการณ์ของการแตกร้าวด้วยความเครียดปานกลาง โมเลกุลของตัวทำละลายจะทะลุผ่านระหว่างโมเลกุลขนาดใหญ่ของเรซิน เพื่อลดแรงระหว่างโมเลกุล บริเวณที่มีความเครียดภายในสูงได้ทำให้แรงระหว่างโมเลกุลอ่อนลงก่อนที่จะถูกจุ่มลงไป แรงที่อ่อนแอเหล่านี้จะลดลงอีกหลังจากการแช่ ทำให้เกิดการแตกร้าว บริเวณที่มีความเค้นภายในต่ำจะไม่แตกร้าวในเวลาอันสั้น
ดังนั้นขนาดและตำแหน่งของความเค้นภายในชิ้นส่วนที่จะชุบจึงสามารถกำหนดได้ตามเวลาและขอบเขตของการแตกร้าวบนพื้นผิว สิ่งนี้จะกำหนดว่าชิ้นส่วนพลาสติกควรถูกชุบด้วยไฟฟ้าหรือไม่
2. วิธีการใช้เครื่องมือ
ส่องสว่างชิ้นส่วนพลาสติกด้วยแสงโพลาไรซ์ วิเคราะห์ความแรงของความเครียดภายในโดยการสังเกตปริมาณของแถบแสงสี วิธีการนี้ใช้ได้กับส่วนที่โปร่งใสเท่านั้น วิธีการใช้แสงโพลาไรซ์ต้องใช้อุปกรณ์ราคาแพง มีความซับซ้อนในการใช้งาน และมีความแม่นยำต่ำ เนื่องจากการเปลี่ยนแปลงในส่วนก่อนและหลังการบำบัดไม่มีนัยสำคัญ แถบแสงที่ปรากฏบนสเปกตรัมไม่จำเป็นต้องเกิดจากความเครียดภายใน ตัวอย่างเช่น ระลอกคลื่นที่พื้นผิวอาจส่งผลต่อผลการทดสอบด้วย
วิธีนี้ไม่มีผลกระทบต่อการทำงานของชิ้นส่วน ทำให้เป็นการทดสอบแบบไม่ทำลาย- ชิ้นส่วนที่ผ่านการทดสอบสามารถชุบและใช้งานต่อได้
3. วิธีเปลี่ยนอุณหภูมิกะทันหัน
วิธีนี้เกี่ยวข้องกับการให้ชิ้นส่วนพลาสติกโดนความร้อนและความเย็นซ้ำๆ และประเมินขนาดของความเค้นภายในตามเวลาที่ใช้ในการเกิดรอยแตกร้าว เหมาะสำหรับชิ้นส่วนขึ้นรูปพลาสติกต่างๆ วิธีการเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิอย่างกะทันหันต้องใช้อุปกรณ์ง่ายๆ แต่ใช้เวลาในการทดสอบค่อนข้างนาน
ชิ้นส่วนพลาสติกหลังการตรวจสอบชำรุดและไม่สามารถนำมาใช้ใหม่ได้
IV. การกำจัดความเครียดภายใน
เช่นเดียวกับโลหะ ผลิตภัณฑ์พลาสติกสามารถขจัดความเครียดบางส่วนได้ด้วยกระบวนการ "อบอ่อน" หลังการขึ้นรูป เช่นเดียวกับโลหะ อย่างไรก็ตาม นี่เป็นเพียงมาตรการชั่วคราวเมื่อการออกแบบและกระบวนการผลิตไม่สามารถตอบสนองความต้องการได้ และไม่แนะนำให้ใช้เป็นวิธีการปกติ
วิธีนี้มีข้อจำกัดหลายประการ:
1. ไม่สามารถกำจัดข้อบกพร่องในฟิลเลอร์ใยแก้วได้อย่างมีประสิทธิภาพ
2. การทดสอบแสดงให้เห็นว่าในระหว่างการให้ความร้อนหลังการขึ้นรูป- ความแข็งแรงของวัสดุและความต้านทานต่อสารเคมีลดลง ซึ่งจำเป็นต้องมีการควบคุมเวลาในการอบอ่อนเพื่อป้องกันความล้มเหลว
3. การทำความร้อนและการหลอมเป็นเวลานานจะทำให้ต้นทุนของผลิตภัณฑ์ขั้นสุดท้ายเพิ่มขึ้นอย่างมาก
4. การทำความร้อนและความเย็นที่เสถียรในระหว่างการหลอมเป็นสิ่งสำคัญเพื่อหลีกเลี่ยงการเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิอย่างรวดเร็วที่เกิดจากการเปลี่ยนแปลงของอุณหภูมิอย่างรวดเร็ว
