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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(xíng)是指聚合物中具有分子作有規則緊密排列的區域(yù)-結晶區,其結晶的程度和能力可用結晶區在聚合(hé)物中所占的重量百(bǎi)分數,結晶度來度量。聚(jù)合物的結晶傾向(xiàng)不同,即使成型方法相同,其具體的控製方法也不會一樣。
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(huà)溫度0,以上和熔點0m以下這一(yī)溫度區間內。同金(jīn)屬的結晶相類似,聚合(hé)物的結晶過程也由晶核生成和晶體生長兩步完成。在聚合物主體中(zhōng),如果它的某一局部的分子鏈段(duàn)已成為有序排列,且其大小已(yǐ)能使晶體(tǐ)自發地生長,則該(gāi)種大小有序排列(liè)的微粒即稱為晶(jīng)坯。晶坯在高於熔(róng)點(diǎn)0m時時(shí)結時(shí)散,處於一(yī)種動態平衡狀態。溫度接近0乃至剛剛冷至(zhì)0m以下時,晶(jīng)坯(pī)依(yī)然有時結時散的情況,但某些晶坯也會長大,以致達到臨界的穩定尺寸,即變成晶核(hé)。晶核生成的速率(lǜ)與溫度密切相關,這(zhè)時,沒(méi)有達到臨界尺寸的晶坯結多散少,有利於形成晶核。Δ0繼(jì)續增大,分子鏈段的運動阻(zǔ)力會增大,因(yīn)而晶核生成(chéng)率又會降(jiàng)低,直至接(jiē)近於玻璃化溫度0,時又降為零。
此時,分子主鏈的運動停止,因此,晶坯的生長、晶核的生成及晶體的生長(zhǎng)都停止。這樣,凡是(shì)尚(shàng)未開始結晶的分子均以無序(xù)狀態或非晶態保持(chí)在聚合物中,從而構成了聚合物中的非晶區。值得注意(yì)的是,在晶核生成的過程中,如果熔體中存有(yǒu)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晶體的生長速率隨之下降。顯然,聚合(hé)物結晶的總速率,受晶核生成和晶體生長速率的共同製(zhì)約,一般變化規律為開始(shǐ)慢(màn),很(hěn)快達到極大值後逐漸減慢為零。
聚合物在雙色注塑(sù)成型過程中的物理和化學變化,綜上(shàng)所述,具有結晶傾向的聚合物(wù),在成型的塑料製(zhì)件中,會不會出現晶(jīng)形結構,需由雙色注塑成型時塑料製件的冷卻速率決定。至於出現品形(xíng)結構後其結(jié)晶度有多大,各部(bù)分(fèn)的結晶情況(kuàng)是否(fǒu)一致(zhì),在很大程度上取決於對冷卻控製的情況。由(yóu)於結晶度能夠影響塑件(jiàn)的性能,因而工業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(cǎi)用熱處(chù)理方法以使其非晶相轉變為晶相,將不太穩定的晶形結構轉為穩定(dìng)的晶形結構(gòu),微小的晶粒(lì)轉為較大的晶粒等。但也(yě)必須注意,適當的熱處理(lǐ)可(kě)以提高聚(jù)合(hé)物的性能,也會由於(yú)晶粒的過分粗大,使聚合物變脆,性能反而變壞。
二、雙色注(zhù)塑成型(xíng)過程中的取向如前(qián)所(suǒ)述,聚合物熔體在(zài)導(dǎo)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(liào)和聚(jù)合物分子(zǐ),在很大程度上,都會順著流動的方向作(zuò)平行的排列,這種排列常(cháng)稱為取向作用。其原因是若不作這樣的排列,細而長的單元勢必以不同的速度運動,這是(shì)不可能的。其次,由於同樣原因,熱塑性塑料在其玻(bō)璃化溫度與黏流溫度之間進行(háng)拉伸時,也會發生取向作用。顯然這些取向單元如果繼續存在於塑(sù)件中,則塑件就將出現各向異性。各向異(yì)性有時是塑件所需要的,如製造取向薄膜與單絲等,這(zhè)樣就能使(shǐ)塑(sù)件沿拉伸方向的抗拉強度與(yǔ)光澤程(chéng)度等有所增加。但在製造許多厚度較(jiào)大的塑件時,又要力圖這種(zhǒng)各向異性現象,因為塑件(jiàn)中存在的這一現象不僅使取(qǔ)向(xiàng)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(xiè)強度得到提高,而在另外一些方向上反而降(jiàng)低(dī),甚(shèn)至產生翹曲或裂紋。
(1)注射、壓(yā)注成型塑件中纖維狀填料的取向 注射、壓(yā)注成(chéng)型塑件中填料(liào)的取向方向與程度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,填料排列的方向主要順著流動的方向,碰上阻斷(duàn)力後,它的(de)流動就改成與阻斷力成垂直的方向,並按此定(dìng)形(xíng)。測試表明(míng),扇形試件在切線方向(xiàng)上的力學強度總是大於徑向的,而在(zài)切線方向上的收縮率又往往小於徑向(xiàng)的。這顯然(rán)與填料在扇形試(shì)件中的取向有關,因此在設計模具時,澆口位置的開設與塑料製件(jiàn)在模具上位置的布置,應使其在使用時的受力方向與塑料在模內的流動方向相同,以保(bǎo)證填料的取向與受力方向一(yī)致。填(tián)料在熱固性塑料製件中的取向是無法在製(zhì)品(pǐn)成型。
(2)注射、壓注成型塑件中聚合物(wù)分子的取向一(yī)般情況下,聚合物在雙色注塑成型過程(chéng)中隻要存在(zài)熔體的流動,就會(huì)有分子的取向。沿試件軸向的分子取向程度(dù)從澆口處順(shùn)著料流方向逐漸增加(jiā),達到值後又逐漸減弱。沿試件截麵越靠(kào)近中區域取向程度(dù)越小,取向程度較高的區域是在兩側而不到表層的一帶。上述現象是熔體流動過程中切應(yīng)力和分子熱運動作用的綜合結果。
聚合物在雙色(sè)注塑成型過程中的物理和化學變化,通過實驗分析可知,影響塑件中聚合物分子(zǐ)取向的原因有以下幾個方麵:隨著(zhe)雙色注塑成型溫度(dù)、塑件(jiàn)高度,以(yǐ)及塑料充(chōng)填時的溫度等的增加,分子取向程度即有減弱的趨(qū)勢。增加澆口(kǒu)長度、壓力和成型時間,分子取向程度也隨之增加。分子取向程度與澆口開設的位置和形狀有很大關係。為減少分子取向程度,澆口設在型腔深(shēn)度較大的(de)部位。塑(sù)料製件(jiàn)中如果(guǒ)存(cún)在分子取向現象,則(zé)順著分子取向方向上的力學性能總是優(yōu)於其他方向。如聚(jù)苯乙烯試件(jiàn)的縱向抗拉強度為45MPa,伸長率為1.6%;而(ér)橫向(xiàng)的抗拉強度為20MPa,伸長率為0.9%.收縮率也是縱向大於橫向。
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