تحليل أسباب الإجهاد الداخلي في قولبة البلاستيك بالحقن

توليد الإجهاد الداخلي

تختلف حالة الإجهاد الموضعي من موضع إلى آخر في المنتجات المصنوعة بقالب الحقن، وتتحدد درجة تشوه المنتج وفق توزيع الإجهاد المتبقي. وإذا وُجد تدرج حراري أثناء تبريد المنتج، تطور هذا النوع من الإجهاد، ولذلك يسمى أيضًا «إجهاد القولبة».

يوجد نوعان من الإجهادات الداخلية في القطع المقولبة بالحقن: إجهاد القولبة في المنتجات المقولبة بالحقن، والإجهادات الحرارية المتبقية. عندما يدخل المصهور إلى القالب عند درجة حرارة منخفضة، يبرد المصهور القريب من جدار التجويف ويتصلب سريعًا، فتتجمد أجزاء السلاسل الجزيئية.

ونظرًا لضعف توصيل الإجهادات الحرارية المتبقية لطبقة البوليمر المتصلبة، يتولد تدرج كبير في درجة الحرارة في اتجاه سمك المنتج.

يتصلب قلب المنتج ببطء نسبيًا، ولذلك عند إغلاق البوابة لا تكون وحدة المصهور في مركز المنتج قد تصلبت بعد، ولا تستطيع ماكينة القولبة بالحقن تعويض انكماش التبريد في هذا الوقت.

وبالتالي، فإن الانكماش الداخلي للمنتج يكون في الاتجاه المعاكس لحركة طبقة الجلد الصلبة؛ فاللب في حالة توتر ساكن بينما الطبقة السطحية في حالة انضغاط ساكن.

في تدفق الملء بالذوبان، بالإضافة إلى تأثير الانكماش الحجمي الناجم عن الإجهاد. هناك أيضًا الضغوط الناجمة عن تأثير التمدد للعداء ومخرج البوابة؛ حيث يسبب التأثير الأول ضغوطًا مرتبطة باتجاه تدفق الذوبان، ويسبب الثاني ضغوطًا في الاتجاه العمودي على التدفق بسبب تأثير تمدد المخرج.

عوامل العملية التي تؤثر على الإجهاد

في ظروف التبريد السريع، سيؤدي التوجيه إلى تكوين إجهاد في البوليمر. وبسبب اللزوجة العالية لذوبان البوليمر، لا يمكن تخفيف الإجهاد الداخلي بسرعة، مما يؤثر على الخواص الفيزيائية وثبات أبعاد المنتج.

تأثير كل بارامتر على إجهاد التوجيه

(1) درجة حرارة الذوبان، وارتفاع درجة حرارة الذوبان، وانخفاض اللزوجة، وإجهاد القص يقلل من التوجيه، ومن ناحية أخرى، بسبب ارتفاع درجة حرارة الذوبان سيجعل استرخاء الإجهاد متسارعًا، مما يعزز القدرة على تقوية عدم التوجيه.

(2) في حالة عدم تغيير ضغط ماكينة القولبة بالحقن، سيزداد ضغط تجويف القالب، ويؤدي تأثير القص القوي إلى زيادة إجهاد التوجيه.

(3) سيؤدي تمديد وقت الإمساك قبل إغلاق الفوهة إلى زيادة إجهاد التوجيه.

(4) ستؤدي زيادة ضغط الحقن أو ضغط التثبيت إلى زيادة إجهاد التوجيه.

(5) يمكن أن تضمن درجة حرارة القالب العالية أن المنتج يبرد ببطء ويلعب دورًا في عدم التوجيه.

(6) زيادة سماكة المنتج لتقليل إجهاد التوجيه، لأن المنتجات ذات الجدران السميكة تبرد ببطء، وتزداد اللزوجة، وعملية استرخاء الإجهاد لفترة طويلة، وبالتالي فإن إجهاد التوجيه يكون صغيرًا.

التأثير على إجهاد درجة الحرارة

(1) كما ذُكر أعلاه، وبسبب التدرج الكبير في درجة الحرارة بين المصهور والجدار أثناء ملء قالب الحقن، يتعين على الطبقة الخارجية من المصهور التي تتصلب أولًا أن تساعد في إيقاف انكماش الطبقة السطحية الداخلية الرقيقة من المصهور التي تتصلب لاحقًا، ما يؤدي إلى إجهاد انضغاطي (إجهاد انكماش) في الطبقة الخارجية وإجهاد شد (إجهاد توجيه) في الطبقة الداخلية.

(2) إذا امتلأ القالب واستمر لفترة طويلة تحت تأثير ضغط الحفظ، يُضاف مصهور البوليمر إلى تجويف القالب، فتزداد ضغوط القولبة بالحقن في تجويف القالب، وسيغيّر هذا الضغط الإجهاد الداخلي بسبب عدم تجانس درجة الحرارة.

ومع ذلك، في حالة فترة الاحتفاظ القصيرة وضغط التجويف المنخفض، سيظل المنتج يحافظ على حالة الضغط الأصلية عند التبريد.

(3) إذا كان ضغط تجويف القالب غير كافٍ في المرحلة الأولى من تبريد المنتج، تتكون فجوة غائرة في طبقته الخارجية بسبب انكماش التصلب؛ وإذا أصبح ضغط تجويف قالب الحقن غير كافٍ في المرحلة اللاحقة بعد تكوّن طبقة باردة وصلبة، تنفصل الطبقة الداخلية للمنتج بفعل الانكماش أو تتكون فيها تجاويف.

(4) إذا تم الحفاظ على ضغط التجويف قبل إغلاق البوابة، فمن المفيد تحسين كثافة المنتج والتخلص من إجهاد درجة حرارة التبريد، ولكن سيتولد تركيز إجهاد كبير بالقرب من البوابة.

(5) وبالتالي، يبدو أنه كلما زاد الضغط في القالب كلما زاد زمن التماسك، مما يساعد على تقليل إجهاد الانكماش الناتج عن درجة الحرارة والعكس صحيح سيزيد من إجهاد الانضغاط.

العلاقة بين الإجهاد الداخلي وجودة المنتج

(1) سيؤثر وجود الإجهاد الداخلي في المنتج تأثيرًا خطيرًا على الخواص الميكانيكية للمنتج وأدائه؛ نظرًا لوجود الإجهاد الداخلي وتوزيعه غير المتكافئ، ستحدث تشققات في عملية استخدام المنتج.

في درجة حرارة التحول الزجاجي تحت الاستخدام، غالبًا ما يحدث تشوه غير منتظم أو تشوه في درجة حرارة الانتقال الزجاجي، ولكن أيضًا يتسبب في تدهور الخصائص البصرية لسطح المنتج “الأبيض” والغائم.

(2) محاولة تقليل درجة الحرارة عند البوابة، وزيادة وقت التبريد البطيء، مما يساعد على تحسين تفاوت الإجهاد المتبقي للمنتج، بحيث تكون الخواص الميكانيكية للمنتج موحدة.

(3) بغض النظر عن البوليمر البلوري أو البوليمر غير البلوري، تُظهر قوة الشد خصائص متباينة الخواص.

في البوليمرات غير المتبلورة، تختلف مقاومة الشد تبعًا لموضع البوابة؛ فعندما تكون البوابة في اتجاه ملء القالب نفسه، تنخفض مقاومة الشد مع ارتفاع حرارة المصهور، أما عندما تكون البوابة عمودية على اتجاه ملء قالب الحقن، فتزداد مقاومة الشد مع ارتفاع حرارة المصهور.

(4) تؤدي الزيادة في درجة حرارة الذوبان إلى تقوية تأثير إعادة التوجيه، بينما يؤدي ضعف تأثير التوجيه إلى تقليل قوة الشد.

ويؤثر اتجاه البوابة على الاتجاه من خلال التأثير على اتجاه تدفق المادة، وبما أن تباين الخواص في البوليمرات غير البلورية أقوى من البوليمرات البلورية، فإن قوة الشد في الاتجاه العمودي على اتجاه التدفق تكون أكبر في الأولى منها في الثانية.

تُظهر القولبة بالحقن عند درجة حرارة منخفضة تباينًا ميكانيكيًا أكبر من الحقن عند درجة حرارة مرتفعة؛ فمثلًا تبلغ نسبة المقاومة العمودية على اتجاه التدفق 1.7 عند حرارة الحقن المرتفعة و2 عند حرارته المنخفضة.

(5) وهكذا، يبدو أن الزيادة في درجة حرارة الذوبان تؤدي إلى انخفاض في قوة الشد لكل من البوليمرات البلورية وغير البلورية، ولكن الآلية مختلفة؛ فالأولى ترجع إلى تأثير الانخفاض من خلال التوجيه.

احصل على أسعار تنافسية وملاحظات DFM وجدول الإنتاج من فريق ZetarMold الهندسي.

اطلب عرض سعر مجانيًا ← واطّلع على دليلنا الشامل للقولبة بالحقن للحصول على نظرة متكاملة.