آلة البثق

هل تعرف جميع العوامل التي تولد وتؤثر على الإجهاد الداخلي في المنتجات المصنعة بالحقن؟

1. توليد الإجهاد الداخلي
في المنتجات المصبوبة بالحقن، تختلف حالة الإجهاد الموضعي من مكان لآخر، وتتحدد درجة تشوه المنتج بتوزيع الإجهاد. عند تبريد المنتج، وفي حال وجود تدرج حراري، يتولد هذا النوع من الإجهاد، ولذلك يُطلق عليه أيضًا اسم "إجهاد التشكيل".
دعونا نلقي نظرة على مقدمةآلة البثق.

يوجد نوعان من الإجهادات الداخلية في المنتجات المصبوبة بالحقن: إجهاد التشكيل وإجهاد درجة الحرارة. عندما يدخل المصهور إلى القالب عند درجة حرارة منخفضة، يبرد ويتصلب بسرعة بالقرب من جدار التجويف، مما يؤدي إلى "تجميد" أجزاء السلسلة الجزيئية. ونظرًا لضعف التوصيل الحراري لطبقة البوليمر المتصلبة، ينشأ تدرج حراري كبير باتجاه سُمك المنتج. يتصلب قلب المنتج ببطء شديد، بحيث لا تتصلب وحدة المصهور في مركز المنتج عند إغلاق البوابة، وبالتالي تعجز آلة التشكيل بالحقن عن تعويض انكماش التبريد.

وبالتالي فإن الانكماش الداخلي للمنتج يكون في الاتجاه المعاكس لعمل طبقة الجلد الصلبة؛ فاللب يكون في حالة شد ثابت بينما تكون الطبقة السطحية في حالة ضغط ثابت.

عندما يملأ المصهور القالب ويتدفق، فإنه بالإضافة إلى تأثير انكماش الحجم الناتج عن الإجهاد، توجد أيضًا إجهادات ناتجة عن تأثير تمدد قناة التوزيع وبوابة المخرج؛ يتسبب التأثير الأول في إجهادات مرتبطة باتجاه تدفق المصهور، بينما يتسبب التأثير الثاني الناتج عن تمدد المخرج في إجهادات في الاتجاه العمودي على التدفق.

2. عوامل العملية المؤثرة على الإجهاد

(1) نتيجةً لتأثير الإجهاد في ظروف التبريد السريع، يؤدي التوجيه إلى تكوّن إجهاد داخلي في البوليمر. ونظرًا للزوجة العالية لمصهور البوليمر، لا يمكن تخفيف الإجهاد الداخلي بسرعة، مما يؤثر على الخصائص الفيزيائية والاستقرار البُعدي للمنتج.

تأثير المعايير المختلفة على إجهادات التوجيه.

درجة حرارة الانصهار، درجة حرارة انصهار عالية، لزوجة منخفضة، إجهاد قص منخفض، وتوجيه منخفض؛ من ناحية أخرى، ستؤدي درجة حرارة الانصهار العالية إلى تسريع استرخاء الإجهاد وتعزيز القدرة على تقوية عدم التوجيه.

ومع ذلك، فبدون تغيير ضغط آلة قولبة الحقن، سيزداد ضغط تجويف القالب وسيؤدي تأثير القص القوي إلى زيادة في إجهاد التوجيه.

إن إطالة وقت الانتظار حتى إغلاق الفوهة سيؤدي إلى زيادة في إجهاد التوجيه.

زيادة ضغط الحقن أو ضغط التثبيت ستزيد من إجهاد التوجيه.

تضمن درجة حرارة القالب العالية تبريد المنتج ببطء وتعمل كعامل مساعد على عدم التوجيه.

زيادة سمك المنتج لتقليل إجهاد التوجيه، لأن المنتجات ذات الجدران السميكة تبرد ببطء، وتزداد لزوجتها ببطء، وتستغرق عملية استرخاء الإجهاد وقتًا طويلاً، لذلك يكون إجهاد التوجيه صغيرًا.

(2) تأثير الإجهاد الحراري

كما ذكر أعلاه، بسبب تدرج درجة الحرارة بين المصهور والجدار عند ملء القالب، يجب أن تساعد الطبقة الخارجية من المصهور التي تتصلب أولاً في إيقاف انكماش الطبقة الداخلية من المصهور التي تتصلب لاحقًا، مما يؤدي إلى إجهاد ضغط (إجهاد انكماش) ​​في الطبقة الخارجية وإجهاد شد (إجهاد توجيه) في الطبقة الداخلية.

إذا مُلئ القالب ثم وُضع تحت ضغط لفترة طويلة، يُضاف البوليمر المنصهر إلى تجويف القالب، مما يزيد الضغط داخله، وبالتالي تتغير الإجهادات الداخلية نتيجةً لاختلاف درجات الحرارة. أما إذا كانت مدة الضغط قصيرة والضغط داخل التجويف منخفضًا، فسيظل المنتج في نفس حالة الإجهاد التي كان عليها عند تبريده.

إذا لم يكن ضغط تجويف القالب كافياً في بداية عملية التبريد، فإن الطبقة الخارجية للمنتج ستنكمش بسبب التصلب وتشكل تجويفاً؛ وإذا لم يكن ضغط تجويف القالب كافياً في المرحلة اللاحقة عندما يشكل المنتج طبقة صلبة باردة، فإن الطبقة الداخلية للمنتج ستنفصل بسبب الانكماش أو تشكل تجويفاً؛ وإذا تم الحفاظ على ضغط تجويف القالب قبل إغلاق البوابة، فسيساعد ذلك على زيادة كثافة المنتج والقضاء على إجهاد درجة حرارة التبريد، ولكن سيتولد تركيز كبير للإجهاد بالقرب من البوابة.

وهكذا يبدو أنه كلما زاد الضغط في القالب زادت مدة التثبيت، مما سيساعد على تقليل إجهاد الانكماش الناتج عن درجة الحرارة، وعلى العكس من ذلك زيادة إجهاد الضغط.

3. العلاقة بين الإجهاد الداخلي وجودة المنتج

يؤثر وجود الإجهاد الداخلي في المنتج بشكل كبير على خصائصه الميكانيكية وأدائه؛ فبسبب وجود هذا الإجهاد وتوزيعه غير المتساوي، قد يتشقق المنتج أثناء الاستخدام. وعند استخدامه تحت درجة حرارة التحول الزجاجي، غالباً ما يحدث تشوه أو التواء غير منتظم، مما قد يؤدي أيضاً إلى تحول سطح المنتج إلى اللون الأبيض المعتم، وتدهور خصائصه البصرية.

إن خفض درجة الحرارة عند البوابة وزيادة وقت التبريد سيساعدان على تحسين عدم انتظام الإجهاد في المنتج وجعل الخصائص الميكانيكية للمنتج متجانسة.

بالنسبة للبوليمرات البلورية وغير البلورية على حد سواء، فإن قوة الشد غير متجانسة. بالنسبة للبوليمرات غير البلورية، تختلف قوة الشد تبعًا لموقع البوابة؛ فعندما تكون البوابة في نفس اتجاه ملء القالب، تنخفض قوة الشد مع ارتفاع درجة حرارة الانصهار؛ وعندما تكون البوابة عمودية على اتجاه ملء القالب، تزداد قوة الشد مع ارتفاع درجة حرارة الانصهار.

تؤدي زيادة درجة حرارة الانصهار إلى زيادة عدم التوجيه وانخفاض قوة الشد نتيجةً لانخفاض التوجيه. يؤثر توجيه البوابة على التوجيه من خلال التأثير على اتجاه التدفق، ولأن البوليمرات غير المتبلورة أكثر تباينًا في الخواص من البوليمرات المتبلورة، فإن قوة الشد في الاتجاه العمودي على التدفق تكون أكبر في الحالة الأولى منها في الحالة الثانية. يتميز الحقن عند درجات حرارة منخفضة بتباين ميكانيكي أكبر من الحقن عند درجات حرارة عالية، فعلى سبيل المثال، تبلغ نسبة القوة في الاتجاه العمودي على التدفق 1.7 عند درجات حرارة الحقن العالية و2 عند درجات حرارة الحقن المنخفضة.

يبدو أن زيادة درجة حرارة الانصهار، سواء للبوليمرات البلورية أو غير البلورية، تؤدي إلى انخفاض في قوة الشد، ولكن بآلية مختلفة؛ الأولى ناتجة عن انخفاض التأثير من خلال التوجيه.