Екструзійна машина

Чи знаєте ви всі фактори, що створюють та впливають на внутрішні напруження у виробах, отриманих методом лиття під тиском?

1. генерація внутрішнього напруження
У виробах, отриманих методом лиття під тиском, локальний напружений стан у кожному місці різний, а ступінь деформації виробів визначатиметься розподілом напружень. Якщо виріб охолоджується, якщо існує градієнт температури, цей вид напруження розвиватиметься, тому цей вид напруження також називають «литьовим напруженням».
Давайте розглянемо вступекструзійна машина.

Існує два типи внутрішніх напружень для виробів, отриманих методом лиття під тиском: один – це напруження формування, а інший – температурне напруження. Коли розплав потрапляє у форму при нижчій температурі, розплав поблизу стінки порожнини охолоджується та твердне з високою швидкістю, так що сегменти молекулярного ланцюга «замерзають». Через погану теплопровідність затверділого полімерного шару створюється великий градієнт температури в напрямку товщини виробу. Серце виробу твердне дуже повільно, тому, коли затвор закрито, блок розплаву в центрі виробу ще не затвердів, і машина для лиття під тиском не може компенсувати усадку при охолодженні.

Таким чином, внутрішнє усадження виробу відбувається у напрямку, протилежному дії твердого шару шкіри; серцевина знаходиться під статичним напруженням, тоді як поверхневий шар знаходиться під статичним стисканням.

Коли розплав заповнює форму та тече, окрім ефекту зменшення об'єму, спричиненого напруженням, також виникають напруження, спричинені ефектом розширення жолоба та вихідного отвору затвора; перший ефект викликає напруження, пов'язані з напрямком потоку розплаву, другий, через ефект розширення вихідного отвору, викликає напруження в напрямку, перпендикулярному до потоку.

2. Фактори процесу, що впливають на стрес

(1) Внаслідок впливу напруження в умовах швидкого охолодження, орієнтація призведе до утворення внутрішніх напружень у полімері. Через високу в'язкість розплаву полімеру, внутрішні напруження не можуть бути швидко зняті, що впливає на фізичні властивості та стабільність розмірів продукту.

Вплив різних параметрів на орієнтаційні напруження.

Температура розплаву, висока температура розплаву, низька в'язкість, нижча напруга зсуву та знижена орієнтація; з іншого боку, висока температура розплаву призведе до швидшої релаксації напруг та сприятиме здатності посилювати неорієнтацію.

Однак, без зміни тиску ливарної машини тиск у порожнині форми зростатиме, а сильний ефект зсуву призведе до збільшення орієнтаційного напруження.

Збільшення часу витримки до закриття сопла призведе до збільшення орієнтаційного напруження.

Збільшення тиску впорскування або тиску витримування збільшить орієнтаційне напруження.

Висока температура форми забезпечує повільне охолодження виробу та діє як засіб для усунення неорієнтації.

Збільште товщину виробу, щоб зменшити орієнтаційне напруження, оскільки товстостінні вироби охолоджуються повільно, в'язкість збільшується повільно, процес релаксації напружень триває довго, тому орієнтаційне напруження невелике.

(2) Вплив на температурний стрес

Як згадувалося вище, через градієнт температур між розплавом і стінкою під час заповнення форми, зовнішній шар розплаву, який твердне першим, повинен допомогти зупинити усадку внутрішнього шару розплаву, який твердне пізніше, що призводить до стискаючого напруження (напруження усадки) у зовнішньому шарі та розтягуючого напруження (орієнтаційного напруження) у внутрішньому шарі.

Якщо форму заповнити, а потім витримати під тиском протягом тривалого періоду часу, розплав полімеру додається в порожнину форми, збільшуючи тиск у порожнині, що змінює внутрішні напруження через нерівномірність температур. Однак, якщо час витримки короткий, а тиск у порожнині низький, виріб залишатиметься в тому ж напруженому стані, що й під час охолодження.

Якщо тиск у порожнині форми недостатній на початку процесу охолодження, зовнішній шар виробу стиснеться через затвердіння та утворить заглиблення; якщо тиск у порожнині форми недостатній на пізнішому етапі, коли виріб утворить холодний твердий шар, внутрішній шар виробу розділиться через усадку або утворить порожнину; якщо тиск у порожнині форми підтримуватиметься до закриття затвора, це допоможе збільшити щільність виробу та усунути температурне напруження охолодження, але поблизу затвора утворюватиметься велика концентрація напружень.

Таким чином, здається, що чим більший тиск у формі, тим довший час витримки, що допоможе зменшити усадочне напруження, що виникає під дією температури, і навпаки збільшити стискальне напруження.

3. Зв'язок між внутрішнім напруженням та якістю продукції

Наявність внутрішніх напружень у виробі серйозно вплине на механічні властивості та експлуатаційні характеристики виробу; через наявність та нерівномірний розподіл внутрішніх напружень виріб розтріскується під час використання. При використанні нижче температури склування часто виникає нерівномірна деформація або викривлення, що також може призвести до того, що поверхня виробу стане «білою» та помутнілою, а оптичні властивості погіршаться.

Зниження температури на затворі та збільшення часу охолодження допоможуть покращити нерівномірність напружень у виробі та зробити механічні властивості виробу однорідними.

Як для кристалічних, так і для некристалічних полімерів міцність на розтяг є анізотропною. Для некристалічних полімерів міцність на розтяг змінюється залежно від розташування затвора; коли затвор розташований у тому ж напрямку, що й заповнення форми, міцність на розтяг зменшується зі збільшенням температури розплаву; коли затвор перпендикулярний до напрямку заповнення форми, міцність на розтяг збільшується зі збільшенням температури розплаву.

Збільшення температури розплаву призводить до збільшення неорієнтації та зменшення міцності на розтяг через зменшення орієнтації. Орієнтація затвора впливає на орієнтацію, впливаючи на напрямок потоку, і оскільки аморфні полімери є більш анізотропними, ніж кристалічні полімери, міцність на розтяг у напрямку, перпендикулярному до потоку, більша для перших, ніж для других. Низькотемпературне впорскування має більшу механічну анізотропію, ніж високотемпературне впорскування, наприклад, коефіцієнт міцності у вертикальному напрямку до напрямку потоку становить 1.7 при високих температурах впорскування та 2 при низьких температурах впорскування.

Здається, що підвищення температури розплаву, як для кристалічних, так і для некристалічних полімерів, призводить до зниження міцності на розрив, але за іншим механізмом; перше зумовлене зменшенням ефекту орієнтації.