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一、聚合物的結晶如前所述,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(qū)域-結晶(jīng)區,其結晶的程度和(hé)能力可用結晶區在聚合物中所占的重量百分數,結晶度來度量(liàng)。聚合物的結晶傾向不同,即使成型方法相同,其具體(tǐ)的控製方(fāng)法也不會一樣(yàng)。
聚合物由非晶態轉為晶(jīng)態的過程就是結晶過程(chéng),已如前述,結(jié)晶過(guò)程隻能發生在(zài)玻璃化溫度0,以上和熔點0m以下這一溫度區(qū)間內。同(tóng)金(jīn)屬的結晶相類似,聚合(hé)物的結(jié)晶過程也由晶核生成和晶體生長(zhǎng)兩步完成(chéng)。在聚合物主體中,如果它的某一局部的分子鏈段已成為(wéi)有序排列,且其大(dà)小已能使晶體(tǐ)自發地生(shēng)長,則該種大小有序排列的微粒即稱為晶坯。晶坯在高於熔點0m時時結時散,處於一種動態平衡狀態(tài)。溫度接近0乃至剛剛冷至0m以下時,晶坯依然有時結時散的情況,但某些晶坯也會長大,以致達到臨界的(de)穩定尺寸,即變成晶核。晶核生成的速率與溫(wēn)度密切相關,這時,沒(méi)有達到臨界(jiè)尺寸的晶坯結多散少,有利於形成晶核。Δ0繼續增大(dà),分子鏈(liàn)段的運動阻力(lì)會增大,因而晶核生成率(lǜ)又會降低,直至接近於玻璃化溫(wēn)度0,時又降為零。
此時,分子主鏈的運動停止,因此,晶坯的(de)生長、晶核的生成及晶體(tǐ)的生長都停止。這樣(yàng),凡(fán)是尚未開始結晶的(de)分子均以無序狀態或非晶態保持在聚合物中,從(cóng)而構成了(le)聚(jù)合物中的非(fēi)晶區。值得注意的是,在晶核生(shēng)成(chéng)的過程中,如果熔體中存有外來的物質,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,溫度下降時由於分子鏈段活動阻力增大而使(shǐ)晶體的生長速率隨之下降。顯然,聚合物結晶的總速率,受晶核生成和晶體(tǐ)生長速率的共同製約,一般變化規(guī)律為開始慢,很快達到極大值後逐漸減慢為零。
聚合物在雙色注塑成型過(guò)程中的物理和(hé)化學變化,綜上所述,具有(yǒu)結晶傾(qīng)向的聚合物,在成型的塑料(liào)製件中,會不會出現晶形結構,需由雙(shuāng)色(sè)注塑成型時塑料製件的冷(lěng)卻速率決定。至於出現品(pǐn)形結構後其結晶度(dù)有多大,各部分的結晶(jīng)情(qíng)況是否一致,在很大程度上(shàng)取決於對冷卻控製(zhì)的情況。由於結晶度能夠影響塑件的(de)性能,因而工業(yè)上(shàng)為了改變由具有結晶傾向的聚合物所製的塑件性能(néng),常采用熱處理方法以使其非晶相轉變為晶相(xiàng),將不太穩定的(de)晶形結構轉為穩定的晶形結構,微小的晶(jīng)粒轉(zhuǎn)為較大的晶(jīng)粒等。但也必須注意,適當的熱(rè)處理(lǐ)可(kě)以提(tí)高(gāo)聚合物的性能,也會(huì)由於晶粒的過(guò)分粗大,使聚合(hé)物變脆,性能反而(ér)變壞。
二、雙色注塑成型過程中(zhōng)的取向如前所述,聚合物熔體在(zài)導(dǎo)管內流動(dòng)的速率,管壁處(chù)為零;在導管截麵上各點的速度分布呈扁平的(de)拋物線形狀。在這種流動情(qíng)況下,熱固性(xìng)和熱塑性塑料中(zhōng)各自存在(zài)的細而(ér)長的纖維狀填料和聚合物(wù)分子,在很大程度上,都會順(shùn)著流動(dòng)的方向作平行的(de)排列,這種排列常稱為取向(xiàng)作用。其原因是若不作這樣的排列,細而長的單元(yuán)勢必以不同的速度運動,這是不可能的。其次,由於同樣原因,熱塑性塑料在其玻璃化溫度與黏流溫度之間進行拉(lā)伸時,也會發生取向作用。顯(xiǎn)然這些取(qǔ)向單元如果繼續存(cún)在於塑件中,則塑(sù)件就(jiù)將出現各向異性。各向異性有時是塑件所需要的,如製造(zào)取向薄膜與單(dān)絲等,這樣就能使塑件沿拉(lā)伸方向的抗拉強度與光澤程度(dù)等有所增加。但在製造許(xǔ)多厚度(dù)較大的塑件(jiàn)時,又要力圖這(zhè)種各向異性現象,因為塑件中存在的這(zhè)一(yī)現象不僅使取向(xiàng)不一致,而且各部分的取向程度也有差別,這樣會使(shǐ)塑件在(zài)某(mǒu)些方向上的機械強度(dù)得到提高,而在另外一(yī)些方向上反而降低,甚至產生翹曲或裂紋。
(1)注射、壓注成型塑件中纖維狀填料的取向(xiàng) 注射、壓注成型塑件(jiàn)中填料(liào)的取向(xiàng)方向與程度主要依賴於澆口的形狀與位置,在成型扇(shàn)形(xíng)試件時,可以看出,填料排列的方(fāng)向主(zhǔ)要順(shùn)著流動的方向,碰上(shàng)阻斷力後,它的流動就(jiù)改成與阻斷力成垂(chuí)直的方向,並按此定形。測(cè)試表明,扇形試件在切線(xiàn)方向上的力學強度總是(shì)大於徑向的,而(ér)在切線方(fāng)向上的收縮率又(yòu)往(wǎng)往小於徑向的。這顯然與填料在扇形試件中的取向(xiàng)有關,因(yīn)此在設(shè)計模具時,澆口位置的開(kāi)設與塑料製件在模具(jù)上位置的布置,應使其在使用時(shí)的(de)受力方向與塑料在模內的流動方向相同,以保證填料的取向與受力方向一致。填料在熱固性(xìng)塑料製件中的(de)取向是(shì)無法在製品成(chéng)型。
(2)注射、壓注成型塑件中(zhōng)聚(jù)合物分子的取向(xiàng)一般情況下,聚合物在雙(shuāng)色(sè)注(zhù)塑成型過程中隻要存在熔體的流(liú)動,就會有分子的取向。沿試件軸向的分(fèn)子取向程度從澆(jiāo)口處順著料流方向逐(zhú)漸增加,達到值後又逐漸減弱。沿試件(jiàn)截麵越靠近中區域取向程度(dù)越小,取(qǔ)向程度較高的區域是(shì)在(zài)兩側(cè)而不(bú)到表層的一帶。上(shàng)述現象是熔體流動過程中(zhōng)切應力和分子熱(rè)運動作用的綜合結果。
聚合(hé)物在雙色注塑成型過程中的(de)物理和化學變化,通過實驗分析可(kě)知,影響塑件中聚(jù)合物(wù)分子取向(xiàng)的原因有以下幾個方麵:隨著雙色注塑成型溫度、塑件高度,以及塑料充填時的溫度等的增加,分子取向程度即有減弱的趨勢。增加(jiā)澆(jiāo)口長度、壓力和成型時間,分子取向程度也隨之(zhī)增加。分子取向程度與澆口開設的位置和(hé)形(xíng)狀有很大關係。為減少(shǎo)分子取向程度,澆口設在型(xíng)腔深度較大的部位。塑料製(zhì)件中如果存在(zài)分子取向現象,則順著(zhe)分子(zǐ)取向方向上的力(lì)學性能總是優於其他方向。如聚苯乙烯試件(jiàn)的縱(zòng)向抗拉強度(dù)為(wéi)45MPa,伸長率為1.6%;而橫向的抗拉強度(dù)為20MPa,伸長率為(wéi)0.9%.收縮率也是縱向大於橫向。
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