Interne spanningsopwekking
In door spuitgieten vervaardigde producten verschilt de plaatselijke spanning van punt tot punt. De mate van vervorming wordt bepaald door de verdeling van de restspanning. Als tijdens het afkoelen een temperatuurgradiënt aanwezig is, ontwikkelt deze spanning zich verder; daarom wordt ze ook ‘vormspanning’ genoemd.
In spuitgegoten onderdelen komen twee soorten inwendige spanning voor: vormspanning en thermische restspanning. Wanneer de smelt bij een lagere temperatuur de matrijs binnenstroomt, koelt het materiaal bij de caviteitswand snel af en stolt het, waardoor de moleculaire ketensegmenten worden ‘bevroren’.
Door de slechte thermische restspanningsgeleiding van de gestolde polymeerlaag wordt een grote temperatuurgradiënt gegenereerd in de dikterichting van het product.
De kern van het product stolt vrij langzaam. Wanneer de aanspuiting sluit, is de smeltmassa in het midden van het product daardoor nog niet gestold en kan de spuitgietmachine de afkoelkrimp op dat moment niet compenseren.
De interne krimp van het product is dus in de tegenovergestelde richting van de werking van de harde huidlaag; de kern staat onder statische spanning terwijl de oppervlaktelaag onder statische compressie staat.
In de smeltvulstroom wordt naast het volumekrimpeffect veroorzaakt door de spanning. Er zijn ook spanningen die worden veroorzaakt door het expansie-effect van de runner en de poortuitlaat; het eerste effect veroorzaakt spanningen die verband houden met de richting van de smeltstroom en het laatste zal spanningen veroorzaken in de richting loodrecht op de stroom als gevolg van het expansie-effect van de uitlaat.
De procesfactoren die de stress beïnvloeden
Bij snelle afkoeling leidt oriëntatie tot spanningsvorming in het polymeer. Door de hoge viscositeit van de polymeermelt kan de interne spanning niet snel afnemen, wat de fysische eigenschappen en de dimensionale stabiliteit van het product beïnvloedt.
Invloed van elke parameter op oriëntatiespanning
(1) Smelttemperatuur, hoge smelttemperatuur, lage viscositeit, en schuifspanning afname oriëntatie, aan de andere kant, vanwege de hoge smelttemperatuur zal de spanning ontspanning versneld, waardoor het vermogen om de unoriëntatie te versterken.
(2) Als de druk van de spuitgietmachine niet verandert, zal de druk in de matrijsholte toenemen en het sterke afschuifeffect leidt tot een toename van de oriëntatiespanning.
(3) Als de wachttijd voordat de spuitmond wordt gesloten wordt verlengd, neemt de oriëntatiespanning toe.
(4) Door de injectiedruk of de houddruk te verhogen, neemt de oriëntatiespanning toe.
(5) Een hoge matrijstemperatuur kan ervoor zorgen dat het product langzaam afkoelt en speelt een rol bij de desoriëntatie.
(6) Verhoog de dikte van het product om de oriëntatiespanning te verminderen, omdat de dikwandige producten langzaam afkoelen, de viscositeit toeneemt en het spanningsrelaxatieproces lang duurt, zodat de oriëntatiespanning klein is.
Effect op temperatuurstress
(1) Zoals hierboven vermeld, moet door de grote temperatuurgradiënt tussen de smelt en de wand tijdens het vullen van de spuitgietmatrijs de buitenste smeltlaag, die als eerste stolt, de krimp van de binnenste dunne oppervlaktelaag die later stolt helpen tegenhouden. Hierdoor ontstaat drukspanning (krimpspanning) in de buitenlaag en trekspanning (oriëntatiespanning) in de binnenlaag.
(2) Als de matrijs gevuld is en lange tijd onder invloed van de nadruk blijft, wordt polymeersmelt aan de vormholte toegevoegd, waardoor de spuitgietdruk in de vormholte toeneemt. Deze druk verandert de interne spanning als gevolg van de ongelijkmatige temperatuur.
In het geval van een korte wachttijd en een lage holtedruk zal het product echter nog steeds de oorspronkelijke spanningstoestand behouden tijdens het afkoelen.
(3) Als de caviteitsdruk vroeg tijdens het afkoelen van het product onvoldoende is, vormt de buitenlaag door stollingskrimp een indeuking. Als de caviteitsdruk van de spuitgietmatrijs onvoldoende is in een later stadium, wanneer het product al een koude, harde laag heeft gevormd, laat de binnenlaag door krimp los of ontstaan er holten.
(4) Als de holtedruk wordt gehandhaafd voordat de poort wordt gesloten, is het gunstig om de dichtheid van het product te verbeteren en de koeltemperatuurspanning te elimineren, maar er zal een grote spanningsconcentratie worden gegenereerd in de buurt van de poort.
(5) Het lijkt er dus op dat hoe groter de druk in de mal, hoe langer de wachttijd, wat helpt om de krimpspanning te verminderen die door de temperatuur wordt gegenereerd en omgekeerd de drukspanning zal verhogen.
De relatie tussen interne stress en productkwaliteit
(1) Inwendige spanning in het product heeft ernstige gevolgen voor de mechanische eigenschappen en prestaties van het product; door de aanwezigheid en ongelijkmatige verdeling van inwendige spanning ontstaan scheuren tijdens het gebruik van het product.
In de glasovergangstemperatuur onder het gebruik, vaak onregelmatige vervorming of warpage optreden, maar ook het oppervlak van het product “witte”, troebele, optische eigenschappen verslechtering veroorzaken.
(2) Probeer de temperatuur aan de poort te verlagen en de langzame afkoeltijd te verhogen, wat bevorderlijk is voor het verbeteren van de ongelijkmatigheid van de restspanning van het product, zodat de mechanische eigenschappen van het product uniform zijn.
(3) Of het nu gaat om kristallijn polymeer of niet-kristallijn polymeer, de treksterkte vertoont anisotrope kenmerken.
Bij niet-kristallijne polymeren varieert de treksterkte afhankelijk van de plaats van de aanspuiting. Als de aanspuiting in dezelfde richting ligt als de vulling van de matrijs, neemt de treksterkte af naarmate de smelttemperatuur stijgt. Als de aanspuiting loodrecht op de vulrichting van de spuitgietmatrijs staat, neemt de treksterkte juist toe naarmate de smelttemperatuur stijgt.
(4) De verhoging van de smelttemperatuur leidt tot de versterking van het reoriëntatie-effect, terwijl de verzwakking van het oriëntatie-effect de treksterkte vermindert.
De oriëntatie van de poort beïnvloedt de oriëntatie door de stroomrichting van het materiaal te beïnvloeden, en aangezien de anisotropie van niet-kristallijne polymeren sterker is dan die van kristallijne polymeren, is de treksterkte in de richting loodrecht op de stroomrichting groter voor de eerstgenoemde dan voor de laatstgenoemde.
Bij lage temperatuur veroorzaakt spuitgieten een grotere mechanische anisotropie dan inspuiten bij hoge temperatuur. Zo bedraagt de sterkteverhouding loodrecht op de vloeirichting 1.7 bij een hoge inspuittemperatuur en 2 bij een lage inspuittemperatuur.
(5) Het blijkt dus dat een verhoging van de smelttemperatuur leidt tot een vermindering van de treksterkte voor zowel kristallijne als niet-kristallijne polymeren, maar het mechanisme is verschillend; het eerste is te wijten aan het effect van vermindering door oriëntatie.
Een offerte nodig voor uw spuitgietproject?Ontvang concurrerende prijzen, DFM-feedback en een productieplanning van het engineeringteam van ZetarMold.
Vraag een gratis offerte aan → Bekijk voor een volledig overzicht onze complete gids over spuitgieten.
