Vytlačovací stroj

Znáte všechny faktory, které vytvářejí a ovlivňují vnitřní pnutí ve vstřikovaných výrobcích?

1. vznik vnitřního napětí
U vstřikovaných výrobků je lokální stav napětí v každém místě jiný a stupeň deformace výrobků bude určen rozložením napětí. Pokud je výrobek ochlazen, dochází k teplotnímu gradientu, a proto se tento druh napětí nazývá také „tvarovací napětí“.
Pojďme se podívat na úvodvytlačovací stroj.

U vstřikovaných výrobků existují dva typy vnitřních pnutí: jedním je lisovací napětí a druhým je teplotní napětí. Když tavenina vstupuje do formy při nižší teplotě, tavenina v blízkosti stěny dutiny se rychle ochladí a tuhne, takže segmenty molekulárního řetězce jsou „zmrzlé“. V důsledku špatné tepelné vodivosti ztuhlé polymerní vrstvy vzniká velký teplotní gradient ve směru tloušťky výrobku. Jádro výrobku tuhne velmi pomalu, takže když je uzávěr uzavřen, jednotka taveniny ve středu výrobku ještě neztuhla a vstřikovací lis pak není schopen kompenzovat smrštění způsobené ochlazováním.

Vnitřní smrštění výrobku je tedy v opačném směru než působení tvrdé povrchové vrstvy; jádro je ve statickém napětí, zatímco povrchová vrstva je ve statickém stlačení.

Když tavenina plní formu a proudí, kromě zmenšování objemu způsobeného napětím existují také napětí způsobená roztažným účinkem žlabu a výstupu z uzávěru; první z nich způsobuje napětí související se směrem toku taveniny, druhý v důsledku roztažného účinku výstupu způsobí napětí ve směru kolmém k proudění.

2. Procesní faktory ovlivňující stres

(1) V důsledku působení napětí za podmínek rychlého ochlazování vede orientace k tvorbě vnitřního napětí v polymeru. Vzhledem k vysoké viskozitě polymerní taveniny nelze vnitřní napětí rychle uvolnit, což ovlivňuje fyzikální vlastnosti a rozměrovou stabilitu produktu.

Vliv různých parametrů na orientační napětí.

Teplota taveniny, vysoká teplota taveniny, nízká viskozita, nižší smykové napětí a snížená orientace; na druhou stranu vysoká teplota taveniny urychlí relaxaci napětí a podpoří schopnost posílit neorientaci.

Beze změny tlaku vstřikovacího stroje se však tlak v dutině formy zvýší a silný smykový účinek povede ke zvýšení orientačního napětí.

Prodloužení doby výdrže až do uzavření trysky povede ke zvýšení orientačního napětí.

Zvýšení vstřikovacího tlaku nebo přídržného tlaku zvýší orientační napětí.

Vysoká teplota formy zajišťuje pomalé ochlazování produktu a působí jako deorientace.

Zvětšením tloušťky výrobku se sníží orientační napětí, protože silnostěnné výrobky chladnou pomalu, viskozita se zvyšuje pomalu a proces relaxace napětí trvá dlouho, takže orientační napětí je malé.

(2) Vliv na teplotní stres

Jak již bylo zmíněno výše, v důsledku teplotního gradientu mezi taveninou a stěnou při plnění formy musí vnější vrstva taveniny, která tuhne jako první, pomáhat zastavit smršťování vnitřní vrstvy taveniny, která tuhne později, což má za následek tlakové napětí (smršťovací napětí) ve vnější vrstvě a tahové napětí (orientační napětí) ve vnitřní vrstvě.

Pokud je forma naplněna a poté delší dobu držena pod tlakem, polymerní tavenina se přidá do dutiny formy, čímž se zvýší tlak v dutině, což mění vnitřní napětí v důsledku nerovnoměrných teplot. Pokud je však doba výdrže krátká a tlak v dutině nízký, výrobek zůstane ve stejném napjatém stavu jako při ochlazování.

Pokud tlak v dutině formy není na začátku procesu chlazení dostatečný, vnější vrstva výrobku se v důsledku tuhnutí smrští a vytvoří prohlubeň; pokud tlak v dutině formy není dostatečný v pozdější fázi, kdy výrobek vytvoří studenou tvrdou vrstvu, vnitřní vrstva výrobku se v důsledku smrštění oddělí nebo vytvoří dutinu; pokud je tlak v dutině formy udržován před uzavřením vrat, pomůže to zvýšit hustotu výrobku a eliminovat napětí způsobené teplotou chlazení, ale v blízkosti vrat se vytvoří velká koncentrace napětí.

Zdá se tedy, že čím vyšší je tlak ve formě, tím delší je doba výdrže, což pomůže snížit smršťovací napětí generované teplotou a naopak zvýšit tlakové napětí.

3. Vztah mezi vnitřním napětím a kvalitou produktu

Existence vnitřního napětí ve výrobku vážně ovlivní mechanické vlastnosti a výkon výrobku; v důsledku existence a nerovnoměrného rozložení vnitřního napětí výrobek během používání praská. Při použití pod teplotou skelného přechodu často dochází k nerovnoměrné deformaci nebo deformaci, což může také způsobit, že povrch výrobku zbělá a zakalí se a zhorší se optické vlastnosti.

Snížení teploty u vtoku a prodloužení doby chlazení pomůže zlepšit nerovnoměrnost napětí v produktu a zhomogenizovat mechanické vlastnosti produktu.

U krystalických i nekrystalických polymerů je pevnost v tahu anizotropní. U nekrystalických polymerů se pevnost v tahu mění v závislosti na umístění vtoku; pokud je vtok ve stejném směru jako náplň formy, pevnost v tahu se snižuje s rostoucí teplotou taveniny; pokud je vtok kolmý ke směru náplně formy, pevnost v tahu se s rostoucí teplotou taveniny zvyšuje.

Zvýšení teploty taveniny vede ke zvýšení neorientovanosti a snížení pevnosti v tahu v důsledku snížení orientace. Orientace vtoku ovlivňuje orientaci tím, že ovlivňuje směr proudění, a protože amorfní polymery jsou anizotropnější než krystalické polymery, je pevnost v tahu ve směru kolmém k proudění větší u prvních než u druhých. Vstřikování za nízkých teplot má větší mechanickou anizotropii než vstřikování za vysokých teplot, např. poměr pevnosti ve svislém směru ke směru proudění je 1.7 při vysokých teplotách vstřikování a 2 při nízkých teplotách vstřikování.

Zdá se, že zvýšení teploty taveniny, ať už u krystalických nebo nekrystalických polymerů, vede ke snížení pevnosti v tahu, ale jiným mechanismem; první je způsoben sníženým účinkem orientace.