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一、聚合物的結晶如前(qián)所述,聚合物的聚集態結構有結晶型和無定形兩種。結晶型是指聚合物中具有分子作有規則緊密排列的區域-結晶區,其結晶的程度和能(néng)力可用結晶區在聚合物中所占的重量百(bǎi)分(fèn)數,結晶度來度量。聚合物的結(jié)晶傾向不同(tóng),即使成(chéng)型方法相同,其具體的控製方法也不(bú)會一樣。
聚合物由非晶態轉為晶態的過程就是結晶過程,已如前述,結晶過程隻能發生在玻璃化溫度0,以上和熔點0m以下這一溫度區間內。同(tóng)金屬的結晶相類似(sì),聚合物的結晶過程也由晶核生成和晶(jīng)體生長兩步完成。在聚合物主體(tǐ)中,如果它的某一局部的分子鏈段已成為有(yǒu)序排列,且其大(dà)小已能使晶體自發地生長,則(zé)該種大小有序排列的微粒即稱為晶坯。晶坯在高於熔點(diǎn)0m時時結時散,處於一種動態平衡狀態。溫度接近0乃至(zhì)剛剛冷至0m以下時,晶坯依然有時(shí)結時散的情況,但某些(xiē)晶坯也會長(zhǎng)大,以致達到臨界的穩定尺寸,即變(biàn)成(chéng)晶核。晶核生成的速率與(yǔ)溫度密切相關,這時,沒有達到臨界尺寸的晶坯結多散少,有利(lì)於形成晶核。Δ0繼續增大,分子鏈段的運(yùn)動阻力會增大,因而晶核生成率又會(huì)降低,直至接(jiē)近於玻璃化溫度0,時又降(jiàng)為零。
此時,分(fèn)子主鏈的(de)運動停止,因(yīn)此,晶坯的生長(zhǎng)、晶核的生成及晶體的(de)生長(zhǎng)都停止。這樣(yàng),凡是尚未開始結晶的分子均以無序狀態或非晶態保持在聚合物中(zhōng),從而構成了聚合(hé)物中的非晶區。值得注意的是(shì),在晶核生成的過(guò)程中,如果(guǒ)熔體中存(cún)有外來的物質,則會大大提高晶核的生成速率。晶體的生長速率以恰在熔點0.以下的某一溫度為很快(kuài),溫度下降時由於分(fèn)子鏈段活動阻力增大(dà)而使晶體的生長速率隨之下降。顯然(rán),聚合(hé)物(wù)結晶的總速率,受晶(jīng)核生(shēng)成和晶體生長速率的共同(tóng)製約,一般(bān)變化規律為開始慢(màn),很(hěn)快達(dá)到(dào)極大值後逐漸減慢為零。
聚合物在雙色注塑成型過程中(zhōng)的物理和化學變化,綜上所述,具(jù)有結晶傾向的聚合物,在成型(xíng)的塑料製件中(zhōng),會不(bú)會(huì)出現晶形結構,需由雙色注塑成型時塑料製件的冷卻速率決定。至於(yú)出現品形結構後其結晶度有多大,各部(bù)分的結晶情況是否一致,在很大程度上取決於對(duì)冷(lěng)卻控(kòng)製的情況(kuàng)。由於結晶度能夠影響塑件的性能,因而工業(yè)上為了改變由具有結晶傾向的聚合物所製的塑件性能,常采用熱處理方法以使其非晶相轉變(biàn)為(wéi)晶相,將不太穩定的晶形結構轉為穩定的晶形結構(gòu),微小(xiǎo)的晶(jīng)粒轉為較大的晶粒等。但也必須注意,適當的熱處理可以提高聚合物的性能,也會由於晶粒的過分粗大,使聚合(hé)物變脆,性能反而變壞。
二、雙色注塑(sù)成型過程中的取向如前所述,聚合物熔(róng)體在導管內流動的速率,管(guǎn)壁處為零;在導管截麵上各點的速度分布呈扁平的拋物線形狀。在這種流動情況(kuàng)下,熱固性和熱塑性塑料中各自存在的(de)細而長的纖維狀填料和聚(jù)合物分子,在很(hěn)大程度上,都會順(shùn)著流動的方向作平行(háng)的排列,這種排列常稱為取向作用。其原因是若不作這樣的排列,細(xì)而長(zhǎng)的單元勢(shì)必以不同的速度運動,這是不可能的。其次,由於同樣原因,熱塑性塑料在(zài)其玻璃化溫度與黏流溫(wēn)度之間進行拉伸時(shí),也會發生取向作用。顯然這些(xiē)取向單元如果(guǒ)繼續存在於塑件中,則塑件就將出(chū)現各(gè)向異性。各向異性(xìng)有時是塑件所需要的,如製造取向薄膜與單絲等,這樣就能使塑(sù)件沿拉伸方(fāng)向的抗拉強度(dù)與光澤程度等有所增加。但在製造許多厚(hòu)度較大的塑件(jiàn)時,又要力圖這種各向異(yì)性現象(xiàng),因為塑件中存(cún)在的這一現象不僅使取向不一致,而且各部分的取向程度也有差別,這樣會使塑件在某些方向上的機械強度得(dé)到提高,而在另外一(yī)些方向上反而降低,甚(shèn)至產生翹曲或(huò)裂紋。
(1)注射、壓注成型塑件中纖維狀填料的取向 注射、壓注成型(xíng)塑件中填料的取向(xiàng)方向與(yǔ)程度(dù)主要依賴於澆口的形狀與位置,在成型扇形試件時,可以看出,填料排列的方(fāng)向主要順著(zhe)流動的方向(xiàng),碰上阻斷(duàn)力後,它的流動就改成與(yǔ)阻斷力成垂直的方(fāng)向,並按(àn)此定形。測試表(biǎo)明,扇(shàn)形試(shì)件在切線方向上的力(lì)學強度總是大於徑向的,而在切線方向(xiàng)上的收縮率又往往小於徑向的。這(zhè)顯然與填料在扇形(xíng)試件中的(de)取向有關,因此(cǐ)在設計模具時,澆口位置的開(kāi)設與塑料製件在模具上位置的布置,應使其(qí)在使用時的受力方向與塑料在模內的流(liú)動方向相同,以保證填(tián)料的取向與受力方向一(yī)致(zhì)。填料在熱固性塑料製件中的取向是無法在(zài)製品(pǐn)成型。
(2)注射、壓注成型塑件(jiàn)中聚合物分子的取向一般情(qíng)況下,聚合(hé)物在雙色注塑(sù)成型過程中隻要存(cún)在熔體的流動,就會有分(fèn)子(zǐ)的取向。沿試件軸向的分子取向程度從澆口處順著(zhe)料流方向逐漸增加,達到值後又逐漸減弱。沿試件截麵越靠近中區域取向程度越(yuè)小,取向(xiàng)程度較高的區域是在兩側而(ér)不到表層的一帶。上述現象是熔體流動過(guò)程中切應力和分子(zǐ)熱運動(dòng)作用的綜合結果。
聚合物在雙色注塑成型過程中的(de)物理和化學變(biàn)化,通過(guò)實驗分(fèn)析可知(zhī),影響塑(sù)件中聚(jù)合物分子取向的(de)原因有(yǒu)以(yǐ)下幾個方(fāng)麵:隨著雙色注塑成型溫度(dù)、塑件高度(dù),以及(jí)塑料充填時的溫度等(děng)的增加,分子取向程度即有減弱的趨勢。增加澆(jiāo)口長度、壓力和成型時間,分子取向程度也隨之增加。分子取向程度(dù)與澆口開(kāi)設(shè)的位置和形狀有(yǒu)很大關係。為減少分子取向程度,澆口設在型腔深度(dù)較(jiào)大的(de)部位。塑料製件中(zhōng)如果存在分子取向現象(xiàng),則(zé)順(shùn)著分子取(qǔ)向方向上的力學性能總是優於(yú)其他方向。如聚苯乙烯試件的縱(zòng)向抗拉強度為(wéi)45MPa,伸長率為1.6%;而橫向的抗拉強度為20MPa,伸長率為0.9%.收縮率也(yě)是縱向大於橫向。
上一(yī)篇(piān): 什麽是塑膠模具加工,塑膠模具加工需要注意什(shí)麽?
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