플라스틱의 내부 응력은 고분자 사슬의 방향 및 냉각 수축과 같은 요인으로 인해 용융 플라스틱 가공 중에 발생하는 고유 응력을 의미합니다.
내부 응력의 본질은 용융 처리 중 거대분자 사슬에 의해 형성되는 불균형 형태입니다. 이러한 불균형 형태는 냉각 및 응고 시 환경 조건에 적합한 평형 형태로 즉시 돌아갈 수 없습니다. 이러한 불균형한 형태는 본질적으로 가역적이고 탄성이 높은 변형입니다. 이렇게 동결된 탄성 변형은 일반적으로 플라스틱 제품에 위치 에너지로 저장됩니다. 적절한 조건에서 이러한 강제되고 불안정한 형태는 자유롭고 안정적인 형태로 변환되고 위치 에너지는 운동 에너지로 방출됩니다.
고분자 사슬 사이의 힘과 얽힘 힘이 이 운동 에너지를 견딜 수 없으면 내부 응력 균형이 무너지고 플라스틱 제품에 응력 균열과 뒤틀림 변형이 나타납니다.
I. 플라스틱 내부 응력의 원인
1. 방향 내부 응력
배향 내부 응력은 용융 플라스틱의 흐름, 충전 및 압력 유지 과정에서 흐름 방향을 따라 고분자 사슬의 방향이 동결될 때 생성되는 내부 응력입니다.-
배향 응력 발생의 세부 과정은 다음과 같습니다. 런너 벽 근처의 용융물이 빠르게 냉각되어 외부 용융물 층의 점도가 증가합니다. 이로 인해 표면 레이어에 비해 금형 캐비티의 코어 레이어에서 훨씬 더 높은 유속이 발생하고 내부 레이어 사이에 전단 응력이 발생하여 흐름 방향을 따라 배향됩니다.
플라스틱 제품 내에서 방향성 거대분자 사슬이 동결 해제된다는 것은 이완되지 않고 가역적이며 높은 탄성 변형이 있음을 의미합니다. 따라서 방향 응력은 거대분자 사슬이 방향성 형태에서 비-방향성 형태로 전환되도록 유도하는 내부 힘입니다. 열처리는 플라스틱 제품 내의 방향 응력을 줄이거나 제거할 수 있습니다.
플라스틱 제품의 배향 응력 분포는 표면에서 내부 층으로 감소하여 포물선 변화를 나타냅니다.
2. 냉각 스트레스
냉각 응력은 냉각 및 경화 중 수축이 고르지 않아 용융 가공 중에 플라스틱 제품에 발생하는 내부 응력입니다. 특히 벽이 두꺼운-플라스틱 제품의 경우 외부 레이어가 먼저 냉각되어 응고된 후 수축되지만 내부 레이어는 여전히 뜨거운 용융 상태일 수 있습니다. 이 코어층은 표면층의 수축을 제한하여 코어층은 압축 응력을 받고 표면층은 인장 응력을 받게 됩니다.
플라스틱 제품의 냉각 내부 응력 분포는 표면에서 내부 층으로 증가하여 포물선 변화를 나타냅니다.
또한, 금속 인서트가 포함된 플라스틱 제품은 금속과 플라스틱 사이의 열팽창 계수의 상당한 차이로 인해 내부 응력이 고르지 않게 수축되는 경향이 있습니다.
위에 언급된 내부 응력의 두 가지 주요 유형 외에도 몇 가지 다른 유형이 있습니다. 결정질 플라스틱 제품의 경우 제품의 여러 부분의 결정 구조와 결정화도의 차이도 내부 응력을 생성합니다. 구조적 응력과 탈형 응력도 있지만 그 비율은 일반적으로 작습니다.
II. 플라스틱의 내부 응력 발생에 영향을 미치는 요인
1. 분자 사슬 강성
분자 사슬의 강성이 클수록 용융 점도가 높아지고 고분자 분자 사슬의 이동성이 낮아집니다. 따라서 가역적인 탄성 변형으로부터의 회복이 좋지 않아 잔류 내부 응력이 쉽게 발생합니다. 예를 들어, PC, PPO, PPS와 같이 분자 사슬에 벤젠 고리를 포함하는 일부 폴리머는 내부 응력이 더 높은 해당 제품을 갖습니다.
2. 분자 사슬 극성
분자 사슬의 극성이 클수록 분자간 인력이 강해져 분자간 운동이 어려워지고 가역적 탄성 변형으로부터 회복되는 정도가 감소하여 잔류 내부 응력이 높아집니다. 예를 들어, 분자 사슬에 카르보닐, 에스테르, 니트릴 그룹과 같은 극성 그룹을 포함하는 일부 플라스틱은 내부 응력이 더 높은 해당 제품을 갖습니다.
3. 치환기의 입체적 방해 효과
거대분자 측기에 있는 치환기의 부피가 클수록 거대분자 사슬의 자유로운 움직임을 방해하여 잔류 내부 응력이 증가합니다. 예를 들어, 폴리스티렌의 페닐 그룹은 부피가 더 크기 때문에 폴리스티렌 제품의 내부 응력이 더 높아집니다.
III. 사출 성형 부품의 내부 응력을 테스트하는 세 가지 방법
1. 용매법
▶ 아세트산 침지
사용하는 아세트산(CH3COOH)은 95% 이상이어야 하며, 반복시험 횟수는 10회를 초과하지 않아야 합니다.
① 표면응력시험 : 유리용기에 아세트산(빙초산)을 붓고 아세트산에 제품을 30초간 완전히 담근다. 30초 후, 클램프로 샘플을 제거하고 즉시 깨끗한 물로 헹구십시오(수돗물도 가능). 샘플 표면의 백화 및 균열을 관찰하십시오.
판정: 균열이 없어야 한다. 표면이 약간 희게 되는 것은 허용됩니다.
② 내부응력시험 : 표면응력시험을 통과한 시료를 건조시킨 후 아세트산에 2분간 완전히 담근다. 2분 후 샘플을 꺼내어 즉시 깨끗한 물(수돗물도 가능)로 헹굽니다. 샘플의 백화 및 균열을 관찰하십시오.
판정 : 파손이 없어야 한다. 인서트에 약간의 균열이 있거나 표면이 백화되는 것은 허용됩니다.
▶메틸에틸케톤(MEK) + 아세톤 침지법
MEK와 아세톤을 21도에서 1:1로 혼합한 용액에 기계 전체를 완전히 담급니다. 제거하고 즉시 탈수하십시오. 위에서 설명한 대로 검사합니다.
원리: 중간 응력 균열 현상을 기반으로 용매 분자가 수지 고분자 사이에 침투하여 분자간 힘을 감소시킵니다. 내부 응력이 높은 영역은 침수 전에 이미 분자간 힘이 약해졌습니다. 이러한 약해진 힘은 침수 후에 더욱 감소되어 균열이 발생합니다. 내부 응력이 낮은 부분은 단시간에 균열이 발생하지 않습니다.
따라서 도금할 부품의 내부 응력의 크기와 위치는 표면 균열의 시간과 정도에 따라 결정될 수 있습니다. 이는 플라스틱 부품을 전기도금해야 하는지 여부를 결정합니다.
2. 도구적 방법
편광으로 플라스틱 부분을 비춥니다. 색깔이 있는 빛의 띠의 양을 관찰하여 내부 응력의 강도를 분석합니다. 이 방법은 투명한 부품에만 적용할 수 있습니다. 편광 방식은 고가의 장비가 필요하고, 조작이 복잡하며, 처리 전후의 부품 변화가 크지 않아 정확도가 낮다. 스펙트럼에 나타나는 밝은 띠는 반드시 내부 응력으로 인한 것은 아닙니다. 예를 들어, 표면 잔물결도 테스트 결과에 영향을 미칠 수 있습니다.
이 방법은 부품의 기능에 영향을 미치지 않으므로 비파괴 테스트가 됩니다.- 테스트를 통과한 부품은 계속해서 전기도금을 하고 사용할 수 있습니다.
3. 온도 급변 방법
이 방법에는 플라스틱 부품을 반복적으로 가열 및 냉각하고 균열이 나타나는 데 걸리는 시간을 기준으로 내부 응력의 크기를 평가하는 작업이 포함됩니다. 다양한 플라스틱 성형 부품에 적합합니다. 온도 급격한 변화 방법은 간단한 장비가 필요하지만 테스트 시간이 상대적으로 깁니다.
점검 후 플라스틱 부분이 손상되어 다시 사용할 수 없습니다.
IV. 내부 스트레스 제거
금속과 마찬가지로 플라스틱 제품도 금속과 마찬가지로 성형 후 '어닐링' 공정을 통해 약간의 응력을 제거할 수 있습니다.{0}} 그러나 이는 설계 및 제조 프로세스가 요구 사항을 충족할 수 없는 경우 임시방편일 뿐 일반적인 방법으로 권장되지는 않습니다.
이 방법에는 몇 가지 제한 사항이 있습니다.
1. 유리섬유 필러의 결함을 효과적으로 제거할 수 없습니다.
2. 테스트 결과에 따르면 성형 후 가열 중에 재료의 강도와 내화학성이 감소하므로 실패를 방지하기 위해 어닐링 시간을 제어해야 합니다.
3. 장기간 가열 및 어닐링하면 최종 제품의 비용이 크게 증가합니다.
4. 급격한 온도 변화에 따른 열충격을 피하기 위해서는 어닐링 시 안정적인 가열 및 냉각이 중요합니다.
