Trong quá trình gia công và sử dụng, vật liệu nhựa chịu nhiều tác động của các dạng năng lượng như: nhiệt độ, áp lực, lực cơ học, trọng lực,… Các năng lượng trên tác động lên cấu trúc mạch nhựa làm thay đổi trạng thái cân bằng của chúng, làm thay đổi góc hóa trị của liên kết trong phân tử.
Khuynh hướng quay về trạng thái cân bằng ban đầu đã sinh ra các ứng lực bên trong sản phẩm. Nếu các ứng lực trên có tính định hướng chúng sẽ tập trung thành ứng suất nội bên trong sản phẩm.
Khi ứng suất nội đủ lớn chúng sẽ sinh ra những vấn đề rủi ro cho sản phẩm, như:
- Sản phẩm bị cong vênh, biến dạng; quá trình này có thể xảy ra ngay và nếu ở mức độ nhẹ thì chúng sẽ xảy ra sau một thời gian sau gia công.
- Khi ứng suất nội vượt qua khả năng chịu lực của vật liệu sẽ hình thành rạn nứt, đứt gãy
- Theo thời gian, vùng ứng suất cũng sớm bị thoái hoá gây ra vết rạn, vẫn đục
* Vậy chúng ta cần phải lưu ý những quá trình hình thành ứng suất bên trong của nhựa khi gia công, ta có thể liệt kê như sau:
1. Tạo ra dòng chảy định hướng đã là kéo căng mạch của nhựa theo chiều dòng chảy. Tốc độ càng lớn thì nguy cơ làm căng giãn mạch phân tử càng cao, nguy cơ hình thành ứng suất do hồi phục mạch càng lớn.
2. Trong gia công có các bước kéo căng để thu nhỏ hay làm mỏng kích thước của nhựa (như quá trình tạo cước, kéo chỉ dệt bao, thổi màng, thổi chai,...). Trong bước này các phân tử nhựa sẽ bị kéo căng và định hướng theo chiều lực.
3. Quá trình làm nguội là quá trình giảm thể tích, trong điều kiện lớp biên bao phủ ngoài đã khô cứng không thể thu nhỏ thì sẽ hình thành ra ứng suất. Mức độ ứng suất tuỳ thuộc vào thể tích cần thu nhỏ
Quá trình làm nguội cũng là bước chúng ta cưỡng bức làm ngăn quá trình hồi phục của mạch nhựa, đó chính là quá trình chúng ta cố lưu giữ các trạng thái biến dạng mạch phân tử đã hình thành trước đó. Nên quá trình làm nguội có tốc độ càng chậm, mạch nhựa càng có thời gian để hồi phục 1 phần biến dạng mạch trước đó, nên ứng suất bên trong sẽ thấp hơn so với giải nhiệt tốc độ nhanh.
4. Nhiệt độ gia công càng cao thể tích giãn nở nhiệt càng tăng, do khoảng cách các phân tử nhựa rung động bởi nhiệt (chuyển động Brown) cách nhau càng xa. Do vậy trong điều kiện ở cùng 1 áp suất, khi nhiệt độ gia công càng cao thì thể tích co giảm khi giải nhiệt tương ứng càng lớn, điều này đồng nghĩa với nguy cơ sinh ra ứng suất theo chiều co của thể tích cũng càng tăng.
Cần lưu ý rằng, sau điểm chảy của nhựa, cứ tăng thêm 20oC thì thể tích của nhựa tăng thêm khoảng 1%, ở điều kiện áp suất thông thường.
5. Tạo áp suất nén lên dòng nhựa khi đủ cao sẽ làm biến dạng góc cấu trúc của nhựa, sinh ra ứng lực. Tuy nhiên cần lưu ý là áp suất gây ra tác động lực theo đa phương (tức đồng thời theo các phương), nên ứng lực cũng theo đa hướng, vì thế ứng lực tập trung để hình thành ứng suất là không đáng kể (vì các phương lực ngược chiều triệt tiêu lẫn nhau).
- Nhưng cần lưu ý là sự sai lệch áp suất chính là động lực của dòng chảy, nên sai lệch áp suất càng lớn sinh ra dòng chảy càng nhanh, gián tiếp hình thành việc kéo căng mạch phân tử càng lớn.
- Áp suất có tác dụng nén ép mạch phân tử, làm giảm độ co thể tích của dòng nhựa lỏng khi giải nhiệt. Trong ép phun, những vùng áp suất thiếu sẽ tương ứng có độ co giảm thể tích nhiều hơn và vì thế ứng suất theo phương co giảm thể tích cũng lớn hơn (đặc biệt trong sản phẩm dày đến rất dày).
* Ngoài ra, sau quá trình gia công tạo sản phẩm thông qua quá trình tạo chảy nhựa, sản phẩm nhựa cũng có thể bị ứng suất do các bước gia công nguội sau đó, như:
- Lắp ghép gài ghép
- Uốn cong
- Bắt vít,....
Kết luận: Qua những vấn đề trình bày ở trên, ta cũng có thể thấy rằng ứng suất bên trong sản phẩm nhựa sau gia công gần như luôn có, điều quan trọng là ta phải giảm thiểu ứng suất tập trung vượt ngưỡng an toàn, để đảm bảo không có những tác động bất lợi cho sản phẩm.
Nên lưu ý:
- Nhiệt độ vừa đủ và phân bổ đều
- Áp suất vừa đủ và phải cân bằng đều
- Tốc độ vừa phải
- Giải nhiệt phải đảm bảo đồng nhất
Đối với ép phun, việc thiết kế khuôn quyết định rất lớn đến việc giải quyết những vấn đề nêu trên, kế tiếp mới là chế độ vận hành trong gia công sản phẩm.
Không có nhận xét nào:
Đăng nhận xét