Екструзионна машина

Познавате ли всички фактори, които генерират и влияят на вътрешното напрежение в продуктите, формовани чрез шприцване?

1. генериране на вътрешно напрежение
При шприцваните продукти локалното състояние на напрежение е различно на всяко място и степента на деформация на продуктите ще се определя от разпределението на напрежението. Ако продуктът се охлади, ако има температурен градиент, ще се развие този вид напрежение, така че този вид напрежение се нарича още „напрежение при формоване“.
Нека да разгледаме въведението намашина за екструдиране.

Съществуват два вида вътрешни напрежения за шприцвани продукти: едното е напрежението при леене под налягане, а другото е температурното напрежение. Когато стопилката постъпи във формата при по-ниска температура, стопилката близо до стената на кухината се охлажда и втвърдява с бърза скорост, така че сегментите на молекулярната верига са „замръзнали“. Поради лошата топлопроводимост на втвърдения полимерен слой се създава голям температурен градиент в посока на дебелината на продукта. Сърцевината на продукта се втвърдява много бавно, така че когато капакът е затворен, стопилката в центъра на продукта все още не е втвърдена и машината за шприцване не е в състояние да компенсира свиването от охлаждане.

Вътрешното свиване на продукта по този начин е в обратна посока на действието на твърдия повърхностен слой; сърцевината е в статично напрежение, докато повърхностният слой е в статично налягане.

Когато стопилката запълва формата и тече, освен ефекта на свиване на обема, причинен от напрежението, има и напрежения, причинени от ефекта на разширение на канала и изхода на шибъра; първият ефект причинява напрежения, свързани с посоката на потока на стопилката, а вторият, поради ефекта на разширение на изхода, ще причини напрежения в посока, перпендикулярна на потока.

2. Процесни фактори, влияещи върху стреса

(1) В условията на бързо охлаждане, под въздействието на напрежение, ориентацията ще доведе до образуване на вътрешно напрежение в полимера. Поради високия вискозитет на полимерната стопилка, вътрешното напрежение не може бързо да се отпусне, което влияе върху физичните свойства и размерната стабилност на продукта.

Влияние на различни параметри върху ориентационните напрежения.

Температура на топене, висока температура на топене, нисък вискозитет, по-ниско напрежение на срязване и намалена ориентация; от друга страна, високата температура на топене ще ускори релаксацията на напрежението и ще насърчи способността за укрепване на неориентацията.

Въпреки това, без промяна на налягането на машината за шприцване, налягането в кухината на формата ще се увеличи и силният ефект на срязване ще доведе до увеличаване на ориентационното напрежение.

Удължаването на времето на задържане до затваряне на дюзата ще доведе до увеличаване на ориентационното напрежение.

Увеличаването на налягането на инжектиране или налягането на задържане ще увеличи напрежението при ориентация.

Високата температура на матрицата гарантира, че продуктът се охлажда бавно и действа като средство за деориентация.

Увеличете дебелината на продукта, за да намалите ориентационното напрежение, тъй като дебелостенните продукти се охлаждат бавно, вискозитетът се увеличава бавно, процесът на релаксация на напрежението е дълъг, така че ориентационното напрежение е малко.

(2) Влиянието върху температурния стрес

Както бе споменато по-горе, поради температурния градиент между стопилката и стената при пълнене на формата, външният слой на стопилката, който се втвърдява пръв, трябва да помогне за спиране на свиването на вътрешния слой на стопилката, който се втвърдява по-късно, което води до напрежение на натиск (напрежение на свиване) във външния слой и напрежение на опън (напрежение на ориентация) във вътрешния слой.

Ако формата се напълни и след това се държи под налягане за по-дълъг период от време, полимерната стопилка се добавя към кухината на формата, увеличавайки налягането в кухината, което променя вътрешните напрежения поради неравномерни температури. Ако обаче времето на задържане е кратко и налягането в кухината е ниско, продуктът ще остане в същото състояние на напрежение, както когато е бил охладен.

Ако налягането в кухината на формата не е достатъчно в началото на процеса на охлаждане, външният слой на продукта ще се свие поради втвърдяване и ще образува вдлъбнатина; ако налягането в кухината на формата не е достатъчно на по-късен етап, когато продуктът е образувал студен твърд слой, вътрешният слой на продукта ще се отдели поради свиване или ще образува кухина; ако налягането в кухината на формата се поддържа преди затваряне на затвора, това ще помогне за увеличаване на плътността на продукта и ще елиминира напрежението от температурата на охлаждане, но ще се генерира голяма концентрация на напрежение близо до затвора.

Следователно изглежда, че колкото по-голямо е налягането във формата, толкова по-дълго е времето на задържане, което ще помогне за намаляване на напрежението на свиване, генерирано от температурата, и обратно, ще увеличи напрежението на натиск.

3. Връзката между вътрешното напрежение и качеството на продукта

Наличието на вътрешно напрежение в продукта ще повлияе сериозно на механичните свойства и експлоатационните му характеристики; поради наличието и неравномерното разпределение на вътрешното напрежение, продуктът ще се напука по време на употреба. При употреба под температурата на встъкляване често се получава неравномерна деформация или изкривяване, което може да доведе до „бяла“ и помътняваща повърхност на продукта и влошаване на оптичните свойства.

Понижаването на температурата на входа и увеличаването на времето за охлаждане ще спомогнат за подобряване на неравномерността на напрежението в продукта и ще направят механичните свойства на продукта хомогенни.

Както за кристалните, така и за некристалните полимери, якостта на опън е анизотропна. При некристалните полимери якостта на опън варира в зависимост от местоположението на отвора; когато отворът е в същата посока като пълнежа на формата, якостта на опън намалява с повишаване на температурата на стопилката; когато отворът е перпендикулярен на посоката на пълнежа на формата, якостта на опън се увеличава с повишаване на температурата на стопилката.

Увеличаването на температурата на стопилката води до увеличаване на неориентацията и намаляване на якостта на опън поради намаляване на ориентацията. Ориентацията на затвора влияе върху ориентацията, като влияе върху посоката на потока, и тъй като аморфните полимери са по-анизотропни от кристалните полимери, якостта на опън в посока, перпендикулярна на потока, е по-голяма за първите, отколкото за вторите. Инжектирането при ниска температура има по-голяма механична анизотропия от инжектирането при висока температура, например съотношението на якостта във вертикалната посока към посоката на потока е 1.7 при високи температури на инжектиране и 2 при ниски температури на инжектиране.

Изглежда, че повишаването на температурата на топене, независимо дали става въпрос за кристални или некристални полимери, води до намаляване на якостта на опън, но по различен механизъм; първият се дължи на намален ефект чрез ориентация.