Extrusionsmaschine

Kennen Sie alle Faktoren, die Eigenspannungen in Spritzgussprodukten erzeugen und beeinflussen?

1. Innere Spannungserzeugung
Bei Spritzgussprodukten ist der lokale Spannungszustand an jeder Stelle unterschiedlich, und der Verformungsgrad der Produkte wird durch die Spannungsverteilung bestimmt. Wird das Produkt abgekühlt, entsteht bei einem Temperaturgradienten diese Art von Spannung, die auch als „Formspannung“ bezeichnet wird.
Werfen wir einen Blick auf die Einführung vonExtrusionsmaschine.

Spritzgussprodukte weisen zwei Arten von Eigenspannungen auf: Formspannungen und Temperaturspannungen. Tritt die Schmelze bei niedriger Temperatur in die Form ein, kühlt sie in der Nähe der Hohlraumwand schnell ab und erstarrt, wodurch die Molekülkettensegmente „eingefroren“ werden. Aufgrund der schlechten Wärmeleitfähigkeit der erstarrten Polymerschicht entsteht ein starker Temperaturgradient in Produktdickenrichtung. Der Kern des Produkts erstarrt sehr langsam, sodass beim Schließen des Angusses die Schmelze in der Produktmitte noch nicht erstarrt ist und die Spritzgussmaschine die Abkühlungsschrumpfung nicht kompensieren kann.

Die innere Schrumpfung des Produkts erfolgt somit in die entgegengesetzte Richtung zur Wirkung der harten Hautschicht; der Kern steht unter statischer Spannung, während die Oberflächenschicht unter statischer Kompression steht.

Wenn die Schmelze die Form füllt und fließt, kommt es zusätzlich zum durch die Spannung verursachten Volumenschrumpfungseffekt zu Spannungen. Es entstehen auch Spannungen durch den Ausdehnungseffekt des Angusskanals und des Angussauslasses. Der erstgenannte Effekt verursacht Spannungen in Bezug auf die Fließrichtung der Schmelze, der zweite Effekt aufgrund des Ausdehnungseffekts des Auslasses führt zu Spannungen senkrecht zur Fließrichtung.

2.Prozessfaktoren, die Stress beeinflussen

(1) Aufgrund der Spannungseinwirkung bei schneller Abkühlung führt die Orientierung zur Bildung innerer Spannungen im Polymer. Aufgrund der hohen Viskosität der Polymerschmelze können diese inneren Spannungen nicht schnell abgebaut werden, was die physikalischen Eigenschaften und die Dimensionsstabilität des Produkts beeinträchtigt.

Einfluss verschiedener Parameter auf Orientierungsspannungen.

Schmelztemperatur, hohe Schmelztemperatur, niedrige Viskosität, geringere Scherspannung und reduzierte Orientierung; andererseits beschleunigt eine hohe Schmelztemperatur den Spannungsabbau und fördert die Fähigkeit, die Desorientierung zu verstärken.

Ohne Druckänderung der Spritzgussmaschine steigt jedoch der Forminnendruck und die starke Scherwirkung führt zu einer Erhöhung der Orientierungsspannung.

Eine Verlängerung der Haltezeit bis zum Schließen der Düse führt zu einer Erhöhung der Orientierungsspannung.

Eine Erhöhung des Einspritzdrucks oder des Nachdrucks führt zu einer Erhöhung der Orientierungsspannung.

Eine hohe Formtemperatur sorgt für eine langsame Abkühlung des Produktes und wirkt als Orientierungshilfe.

Erhöhen Sie die Dicke des Produkts, um die Orientierungsspannung zu verringern. Da dickwandige Produkte langsam abkühlen, steigt die Viskosität langsam an und der Spannungsabbau dauert lange, sodass die Orientierungsspannung gering ist.

(2) Die Auswirkung auf Temperaturstress

Wie oben erwähnt, muss aufgrund des Temperaturgradienten zwischen der Schmelze und der Wand beim Füllen der Form die äußere Schicht der Schmelze, die zuerst erstarrt, dazu beitragen, die Schrumpfung der inneren Schicht der Schmelze, die später erstarrt, zu stoppen, was zu Druckspannungen (Schrumpfspannungen) in der äußeren Schicht und Zugspannungen (Orientierungsspannungen) in der inneren Schicht führt.

Wird die Form gefüllt und anschließend längere Zeit unter Druck gehalten, gelangt die Polymerschmelze in den Formhohlraum und erhöht den Hohlraumdruck. Dies führt aufgrund ungleichmäßiger Temperaturen zu Veränderungen der inneren Spannungen. Bei kurzer Haltezeit und niedrigem Hohlraumdruck bleibt das Produkt jedoch im gleichen Spannungszustand wie beim Abkühlen.

Wenn der Formhohlraumdruck zu Beginn des Abkühlvorgangs nicht ausreicht, schrumpft die Außenschicht des Produkts aufgrund der Verfestigung und es bildet sich eine Vertiefung. Wenn der Formhohlraumdruck im späteren Stadium nicht ausreicht, wenn das Produkt eine kalte, harte Schicht gebildet hat, trennt sich die Innenschicht des Produkts aufgrund von Schrumpfung oder es bildet sich ein Hohlraum. Wenn der Formhohlraumdruck aufrechterhalten wird, bevor der Anguss geschlossen wird, trägt dies dazu bei, die Dichte des Produkts zu erhöhen und die Spannungen durch die Abkühlungstemperatur zu eliminieren. In der Nähe des Angusses entsteht jedoch eine große Spannungskonzentration.

Es scheint also so zu sein, dass die Haltezeit umso länger ist, je höher der Druck in der Form ist. Dies trägt dazu bei, die durch die Temperatur erzeugte Schrumpfspannung zu verringern und umgekehrt die Druckspannung zu erhöhen.

3. Die Beziehung zwischen innerem Stress und Produktqualität

Das Vorhandensein von Eigenspannungen im Produkt beeinträchtigt die mechanischen Eigenschaften und die Leistung erheblich. Aufgrund der ungleichmäßigen Verteilung der Eigenspannungen kann es im Gebrauch zu Rissen kommen. Bei Verwendung unterhalb der Glasübergangstemperatur kommt es häufig zu unregelmäßigen Verformungen oder Verwerfungen, die auch dazu führen können, dass die Oberfläche des Produkts „weiß“ und trüb wird und sich die optischen Eigenschaften verschlechtern.

Durch die Senkung der Temperatur am Anguss und die Verlängerung der Abkühlzeit können die Spannungsungleichmäßigkeiten im Produkt verbessert und die mechanischen Eigenschaften des Produkts homogenisiert werden.

Sowohl bei kristallinen als auch bei nichtkristallinen Polymeren ist die Zugfestigkeit anisotrop. Bei nichtkristallinen Polymeren variiert die Zugfestigkeit je nach Position des Angusses. Liegt der Anguss in Formfüllrichtung, nimmt die Zugfestigkeit mit steigender Schmelztemperatur ab. Liegt der Anguss senkrecht zur Formfüllrichtung, nimmt die Zugfestigkeit mit steigender Schmelztemperatur zu.

Der Anstieg der Schmelztemperatur führt zu einer Zunahme der Desorientierung und einer Abnahme der Zugfestigkeit aufgrund der abnehmenden Orientierung. Die Orientierung des Angusses beeinflusst die Orientierung durch Einfluss auf die Fließrichtung. Da amorphe Polymere anisotroper sind als kristalline Polymere, ist die Zugfestigkeit senkrecht zur Fließrichtung bei amorphen Polymeren höher als bei kristallinen. Das Einspritzen bei niedrigen Temperaturen weist eine höhere mechanische Anisotropie auf als das Einspritzen bei hohen Temperaturen. Beispielsweise beträgt das Festigkeitsverhältnis senkrecht zur Fließrichtung 1.7 bei hohen Einspritztemperaturen und 2 bei niedrigen Einspritztemperaturen.

Es scheint, dass eine Erhöhung der Schmelztemperatur, egal ob bei kristallinen oder nicht-kristallinen Polymeren, zu einer Verringerung der Zugfestigkeit führt, allerdings durch einen anderen Mechanismus; ersterer ist auf einen verringerten Effekt durch Orientierung zurückzuführen.