En synder i problemer med krympning og skævvridning

Restspænding er en procesinduceret spænding, der er fastfrosset i en støbt del. Den kan enten være flowinduceret eller termisk induceret. Restspændinger påvirker en del på samme måde som eksternt påførte spændinger. Hvis de er stærke nok til at overvinde emnets strukturelle integritet, vil emnet vride sig ved udstødning eller senere revne, når det udsættes for ekstern belastning. Restspændinger er hovedårsagen til emnets krympning og forvridning. De procesbetingelser og designelementer, der reducerer forskydningsspændingen under fyldning af hulrummet, vil hjælpe med at reducere flowinduceret restspænding. Ligeledes vil de, der fremmer tilstrækkelig pakning og ensartet formkøling, reducere termisk induceret restspænding. For fiberfyldte materialer vil de procesbetingelser, der fremmer ensartede mekaniske egenskaber, reducere varmeinduceret restspænding. Leverandør af skimmelsvamp i Kina

Flow-induceret restspænding

Ubelastede, langkædede polymermolekyler har en tendens til at tilpasse sig en ligevægtstilstand med tilfældige spoler ved temperaturer, der er højere end smeltetemperaturen (dvs. i smeltet tilstand). Under bearbejdningen orienterer molekylerne sig i strømningsretningen, når polymeren forskydes og forlænges. Hvis størkningen sker, før polymermolekylerne er helt afslappede til deres ligevægtstilstand, er molekylær orientering låst inden for
støbte del. Denne type fastfrosset spændingstilstand kaldes ofte for flowinduceret restspænding. På grund af den strakte molekylære orientering i strømningsretningen introducerer den anisotropisk, uensartet svind og mekaniske egenskaber i retningerne parallelt og vinkelret på strømningsretningen.

Indfrosset molekylær orientering

På grund af en kombination af høj forskydningsspænding og en høj afkølingshastighed ved siden af formvæggen er der et stærkt orienteret lag, der er frosset umiddelbart under emnets overflade. Dette er illustreret i figur 1. Når et emne med høje reststrømningsspændinger (eller fastfrosset orientering) efterfølgende udsættes for høj temperatur, kan nogle af spændingerne slippe op. Dette resulterer typisk i krympning og skævvridning af emnet. På grund af de frosne lags varmeisolerende effekt kan polymersmelten i den varme kerne slappe af i højere grad, hvilket fører til en zone med lav molekylær orientering. Leverandør af skimmelsvamp i Kina

FIGUR 1. Udviklingen af reststrømningsspændinger på grund af fastfrosset molekylær orientering under påfyldnings- og pakningsfaserne.
(1) Høj køle-, forskydnings- og orienteringszone (2) Lav køle-, forskydnings- og orienteringszone

Reduktion af flow-induceret restspænding

Procesbetingelser, der reducerer forskydningsspændingen i smelten, vil reducere niveauet af flowinducerede restspændinger. Generelt er flowinduceret restspænding en størrelsesorden mindre end den termisk inducerede restspænding. Leverandør af skimmelsvamp i Kina

• højere smeltetemperatur
• højere temperatur på formvæggen
• længere fyldetid (lavere smeltehastighed)
• nedsat pakningstryk
• kortere flowvej.

 Termisk induceret restspænding

Termisk induceret restspænding opstår af følgende årsager:

• Materialet krymper, når temperaturen falder fra procesindstillingerne til de omgivende forhold, der opnås, når processen er færdig.
• Materialeelementerne oplever forskellige termisk-mekaniske forløb (f.eks. forskellige kølehastigheder og pakningstryk), når materialet størkner fra formvæggen til midten.
• Ændret tryk, temperatur og molekylær- og fiberorientering resulterer i varierende tæthed og mekaniske egenskaber.
• Visse formbegrænsninger forhindrer den støbte del i at krympe i de plane retninger.

Eksempel på fri slukning

Materialekrympning under sprøjtestøbning kan nemt demonstreres med et eksempel på fri slukning, hvor en del med ensartet temperatur pludselig bliver klemt inde mellem kolde formvægge. I de tidlige afkølingsfaser, når de ydre overfladelag afkøles og begynder at krympe, er størstedelen af polymeren i den varme kerne stadig smeltet og kan frit trække sig sammen. Men når den indre kerne afkøles, begrænses den lokale termiske sammentrækning af de allerede stive ydre lag. Det resulterer i en typisk spændingsfordeling med spænding i kernen afbalanceret af kompression i de ydre lag, som illustreret i figur 2 nedenfor.

FIGUR 2. Udviklingen af termisk restspænding i en "frihærdende" del på grund af variationer i afkøling på tværs af den støbte del og materialets reaktion på temperaturforløbet.