प्लास्टिक में आंतरिक तनाव, मैक्रोमोलेक्यूलर श्रृंखलाओं के अभिविन्यास और शीतलन संकुचन जैसे कारकों के कारण पिघले हुए प्लास्टिक प्रसंस्करण के दौरान उत्पन्न अंतर्निहित तनाव को संदर्भित करता है।
आंतरिक तनाव का सार पिघला हुआ प्रसंस्करण के दौरान मैक्रोमोलेक्यूलर श्रृंखलाओं द्वारा गठित असंतुलित संरचना है। यह असंतुलित संरचना ठंडा होने और जमने पर तुरंत पर्यावरणीय परिस्थितियों के अनुकूल संतुलन संरचना में वापस नहीं आ सकती है। यह असंतुलित संरचना मूलतः एक प्रतिवर्ती, अत्यधिक लोचदार विकृति है। यह जमी हुई लोचदार विकृति आम तौर पर संभावित ऊर्जा के रूप में प्लास्टिक उत्पाद में संग्रहीत होती है। उपयुक्त परिस्थितियों में, यह मजबूर, अस्थिर संरचना एक स्वतंत्र, स्थिर संरचना में बदल जाएगी, और संभावित ऊर्जा गतिज ऊर्जा के रूप में जारी की जाएगी।
जब मैक्रोमोलेक्यूलर श्रृंखलाओं के बीच बल और उलझाव बल इस गतिज ऊर्जा का सामना नहीं कर सकते हैं, तो आंतरिक तनाव संतुलन बाधित हो जाता है, और प्लास्टिक उत्पाद तनाव क्रैकिंग और विकृत विरूपण प्रदर्शित करेगा।
I. प्लास्टिक में आंतरिक तनाव के कारण
1. अभिमुखीकरण आंतरिक तनाव
ओरिएंटेशन आंतरिक तनाव एक आंतरिक तनाव है जो तब उत्पन्न होता है जब पिघले हुए प्लास्टिक के प्रवाह, भरने और दबाव धारण प्रक्रियाओं के दौरान प्रवाह दिशा के साथ मैक्रोमोलेक्यूलर श्रृंखलाओं का अभिविन्यास जम जाता है।
ओरिएंटेशन स्ट्रेस जेनरेशन की विस्तृत प्रक्रिया इस प्रकार है: रनर दीवार के पास पिघल तेजी से ठंडा हो जाता है, जिससे बाहरी पिघल परत की चिपचिपाहट में वृद्धि होती है। इसके परिणामस्वरूप सतह परत की तुलना में मोल्ड गुहा की मूल परत में बहुत अधिक प्रवाह वेग होता है, जिससे आंतरिक परतों के बीच कतरनी तनाव होता है और परिणामस्वरूप प्रवाह दिशा के साथ अभिविन्यास होता है।
प्लास्टिक उत्पादों के भीतर उन्मुख मैक्रोमोलेक्युलर श्रृंखलाओं का अनफ्रीजिंग, अनरिलैक्स, रिवर्सिबल, अत्यधिक लोचदार विरूपण की उपस्थिति का प्रतीक है। इसलिए, अभिविन्यास तनाव एक आंतरिक बल है जो मैक्रोमोलेक्युलर श्रृंखलाओं को एक उन्मुख संरचना से एक गैर-{1}} उन्मुख संरचना में संक्रमण के लिए प्रेरित करता है। ताप उपचार प्लास्टिक उत्पादों के भीतर अभिविन्यास तनाव को कम या समाप्त कर सकता है।
प्लास्टिक उत्पादों में अभिविन्यास तनाव का वितरण सतह से आंतरिक परतों तक घटता है, जो एक परवलयिक परिवर्तन प्रदर्शित करता है।
2. तनाव को शांत करना
शीतलन तनाव प्लास्टिक उत्पादों में पिघला हुआ प्रसंस्करण के दौरान शीतलन और सेटिंग के दौरान असमान संकोचन के कारण उत्पन्न होने वाला आंतरिक तनाव है। विशेष रूप से मोटी दीवार वाले प्लास्टिक उत्पादों के लिए, बाहरी परत पहले ठंडी होती है और जम जाती है, सिकुड़ जाती है जबकि भीतरी परत अभी भी गर्म पिघली हुई हो सकती है। यह कोर परत सतह परत के संकोचन को सीमित करती है, जिसके परिणामस्वरूप कोर परत संपीड़न तनाव के तहत होती है और सतह परत तन्य तनाव के तहत होती है।
प्लास्टिक उत्पादों में शीतलन आंतरिक तनाव का वितरण सतह से आंतरिक परत तक बढ़ता है, जो एक परवलयिक परिवर्तन प्रदर्शित करता है।
इसके अलावा, धातु आवेषण वाले प्लास्टिक उत्पादों में धातु और प्लास्टिक के बीच थर्मल विस्तार गुणांक में महत्वपूर्ण अंतर के कारण असमान संकोचन आंतरिक तनाव का खतरा होता है।
ऊपर उल्लिखित आंतरिक तनाव के दो मुख्य प्रकारों के अलावा, कई अन्य प्रकार भी हैं: क्रिस्टलीय प्लास्टिक उत्पादों के लिए, उत्पाद के विभिन्न हिस्सों की क्रिस्टलीय संरचना और क्रिस्टलीयता में अंतर भी आंतरिक तनाव उत्पन्न करता है। संरचनात्मक तनाव और डिमोल्डिंग तनाव भी हैं, लेकिन उनका अनुपात आम तौर पर छोटा है।
द्वितीय. प्लास्टिक में आंतरिक तनाव की उत्पत्ति को प्रभावित करने वाले कारक
1. आणविक श्रृंखला कठोरता
आणविक श्रृंखला की कठोरता जितनी अधिक होगी, पिघली हुई चिपचिपाहट उतनी ही अधिक होगी, और बहुलक आणविक श्रृंखला की गतिशीलता उतनी ही कम होगी। इसलिए, प्रतिवर्ती लोचदार विरूपण से पुनर्प्राप्ति खराब है, जिससे आसानी से अवशिष्ट आंतरिक तनाव हो सकता है। उदाहरण के लिए, पीसी, पीपीओ और पीपीएस जैसी आणविक श्रृंखलाओं में बेंजीन रिंग वाले कुछ पॉलिमर में उच्च आंतरिक तनाव वाले संबंधित उत्पाद होते हैं।
2. आणविक श्रृंखला ध्रुवीयता
आणविक श्रृंखला की ध्रुवीयता जितनी अधिक होगी, अंतर-आणविक आकर्षण उतना ही मजबूत होगा, अंतर-आण्विक गति अधिक कठिन हो जाएगी और प्रतिवर्ती लोचदार विरूपण से पुनर्प्राप्ति की डिग्री कम हो जाएगी, जिसके परिणामस्वरूप उच्च अवशिष्ट आंतरिक तनाव होगा। उदाहरण के लिए, कुछ प्लास्टिक जिनमें ध्रुवीय समूह जैसे कार्बोनिल, एस्टर और नाइट्राइल समूह होते हैं, उनकी आणविक श्रृंखलाओं में उच्च आंतरिक तनाव वाले संबंधित उत्पाद होते हैं।
3. स्थानापन्न समूहों का स्थैतिक बाधा प्रभाव
मैक्रोमोलेक्यूल के पार्श्व समूहों पर प्रतिस्थापी समूहों का आयतन जितना बड़ा होता है, उतना ही यह मैक्रोमोलेक्यूलर श्रृंखला की मुक्त गति में बाधा उत्पन्न करता है, जिससे अवशिष्ट आंतरिक तनाव बढ़ जाता है। उदाहरण के लिए, पॉलीस्टाइनिन में फिनाइल समूह की मात्रा अधिक होती है, जिसके परिणामस्वरूप पॉलीस्टाइनिन उत्पादों में आंतरिक तनाव अधिक होता है।
तृतीय. इंजेक्शन मोल्डेड भागों में आंतरिक तनाव के परीक्षण के लिए तीन तरीके
1. विलायक विधि
▶ एसिटिक एसिड विसर्जन
उपयोग किया जाने वाला एसिटिक एसिड (CH3COOH) 95% या अधिक होना चाहिए, और बार-बार किए जाने वाले परीक्षणों की संख्या 10 से अधिक नहीं होनी चाहिए।
① सतही तनाव परीक्षण: एसिटिक एसिड (ग्लेशियल एसिटिक एसिड) को एक ग्लास कंटेनर में डालें और उत्पाद को 30 सेकंड के लिए एसिटिक एसिड में पूरी तरह से डुबो दें। 30 सेकंड के बाद, क्लैंप के साथ नमूना हटा दें और तुरंत इसे साफ पानी से धो लें (नल का पानी स्वीकार्य है)। सफेदी और दरारों के लिए नमूना सतह का निरीक्षण करें।
निर्णय: कोई दरार नहीं होनी चाहिए. सतह को थोड़ा सफेद करने की अनुमति है।
② आंतरिक तनाव परीक्षण: सतह तनाव परीक्षण पास कर चुके नमूने को सूखने के बाद, इसे 2 मिनट के लिए एसिटिक एसिड में पूरी तरह से डुबो दें। 2 मिनट के बाद, नमूना हटा दें और तुरंत साफ पानी से धो लें (नल का पानी स्वीकार्य है)। सफेदी और दरारों के लिए नमूने का निरीक्षण करें।
निर्णय: कोई टूट-फूट नहीं होनी चाहिए. डालने पर हल्की दरारें और सतह का सफेद होना स्वीकार्य है।
▶मिथाइल एथिल कीटोन (एमईके) + एसीटोन विसर्जन विधि
पूरी मशीन को 21 डिग्री पर एमईके और एसीटोन के 1:1 मिश्रण में डुबोएं। निकालें और तुरंत घुमाकर सुखा लें। ऊपर वर्णित अनुसार निरीक्षण करें।
सिद्धांत: मध्यम तनाव क्रैकिंग की घटना के आधार पर, विलायक अणु राल मैक्रोमोलेक्यूल्स के बीच प्रवेश करते हैं, जिससे अंतर-आणविक बल कम हो जाते हैं। उच्च आंतरिक तनाव वाले क्षेत्रों में विसर्जन से पहले ही अंतर-आणविक बल कमजोर हो गए हैं; विसर्जन के बाद ये कमज़ोर ताकतें और कम हो जाती हैं, जिससे दरारें पड़ जाती हैं। कम आंतरिक तनाव वाले क्षेत्र कम समय में नहीं फटेंगे।
इसलिए, चढ़ाए जाने वाले हिस्से में आंतरिक तनाव का परिमाण और स्थान सतह पर दरार के समय और सीमा से निर्धारित किया जा सकता है। यह निर्धारित करता है कि प्लास्टिक वाले हिस्से को इलेक्ट्रोप्लेटेड किया जाना चाहिए या नहीं।
2. वाद्य विधि
प्लास्टिक वाले हिस्से को ध्रुवीकृत प्रकाश से रोशन करें। रंगीन प्रकाश बैंड की मात्रा देखकर आंतरिक तनाव की ताकत का विश्लेषण करें। यह विधि केवल पारदर्शी भागों पर लागू होती है। ध्रुवीकृत प्रकाश विधि के लिए महंगे उपकरण की आवश्यकता होती है, इसे संचालित करना जटिल होता है और इसमें सटीकता कम होती है क्योंकि उपचार से पहले और बाद में भाग में परिवर्तन महत्वपूर्ण नहीं होते हैं। स्पेक्ट्रम पर दिखाई देने वाले प्रकाश बैंड आवश्यक रूप से आंतरिक तनाव के कारण नहीं हैं; उदाहरण के लिए, सतह की लहरें भी परीक्षण के परिणामों को प्रभावित कर सकती हैं।
इस विधि का भाग के कार्य पर कोई प्रभाव नहीं पड़ता है, जिससे यह एक गैर-विनाशकारी परीक्षण बन जाता है। जो हिस्से परीक्षण में उत्तीर्ण हो गए हैं, वे इलेक्ट्रोप्लेटिंग और उपयोग जारी रख सकते हैं।
3. तापमान अचानक परिवर्तन विधि
इस विधि में प्लास्टिक के हिस्से को बार-बार गर्म और ठंडा करना शामिल है, और दरारें दिखाई देने में लगने वाले समय के आधार पर आंतरिक तनाव की भयावहता का आकलन करना शामिल है। यह विभिन्न प्लास्टिक मोल्डेड भागों के लिए उपयुक्त है। तापमान में अचानक परिवर्तन विधि के लिए सरल उपकरण की आवश्यकता होती है, लेकिन परीक्षण का समय अपेक्षाकृत लंबा होता है।
निरीक्षण के बाद प्लास्टिक का हिस्सा क्षतिग्रस्त हो जाता है और दोबारा इस्तेमाल नहीं किया जा सकता।
चतुर्थ. आंतरिक तनाव का उन्मूलन
धातुओं की तरह, प्लास्टिक उत्पादों में भी धातुओं की तरह ही पोस्ट - मोल्डिंग "एनीलिंग" प्रक्रिया के माध्यम से कुछ तनाव को समाप्त किया जा सकता है। हालाँकि, यह केवल एक स्टॉपगैप उपाय है जब डिज़ाइन और विनिर्माण प्रक्रियाएं आवश्यकताओं को पूरा नहीं कर सकती हैं, और इसे नियमित विधि के रूप में अनुशंसित नहीं किया जाता है।
इस विधि की कई सीमाएँ हैं:
1. यह ग्लास फाइबर फिलर्स में दोषों को प्रभावी ढंग से समाप्त नहीं कर सकता है;
2. परीक्षणों से पता चलता है कि मोल्डिंग के बाद हीटिंग के दौरान, सामग्री की ताकत और रासायनिक प्रतिरोध कम हो जाता है, जिससे विफलता को रोकने के लिए नियंत्रित एनीलिंग समय की आवश्यकता होती है;
3. लंबे समय तक हीटिंग और एनीलिंग से अंतिम उत्पाद की लागत काफी बढ़ जाती है;
4. तेजी से तापमान परिवर्तन के कारण होने वाले थर्मल झटके से बचने के लिए एनीलिंग के दौरान स्थिर ताप और शीतलन महत्वपूर्ण है।
