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一、聚合物(wù)的結(jié)晶如前所述,聚合物(wù)的聚集態結構有結晶型和無定形兩(liǎng)種。結(jié)晶型是指聚合物(wù)中具有分子作有規則緊密排列的區域(yù)-結晶區,其結晶的(de)程度和能力可用結晶區在聚合物中所占的重量(liàng)百分數,結晶度來度(dù)量。聚合物的結(jié)晶傾(qīng)向不同,即使成型方法相同(tóng),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(néng)發(fā)生在玻(bō)璃化溫度0,以上和熔點0m以下這一溫度區間內。同金屬的結晶相類似,聚(jù)合物的結晶過程也由晶(jīng)核生成和晶體生長兩步完(wán)成。在聚合物(wù)主體中,如(rú)果它的某一局部的(de)分子鏈段已成為有序排(pái)列,且其大(dà)小已能使晶體自發地生長,則該種大小有序排列的微粒即稱為晶(jīng)坯。晶坯在高於熔點0m時時結時散,處於一種動態平衡狀(zhuàng)態。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(pī)也會長大,以(yǐ)致達(dá)到臨界的穩定尺(chǐ)寸(cùn),即變成晶核(hé)。晶核生成的速率與溫(wēn)度密切相關,這時,沒有達到臨界尺寸(cùn)的晶坯結多(duō)散少,有利(lì)於形成晶核。Δ0繼續增大,分子(zǐ)鏈段的運動阻力會增大,因而晶核生成率又(yòu)會(huì)降低,直至接近於玻璃化溫度0,時又降為零。
此時,分子主鏈的運動停止(zhǐ),因此,晶坯的生長、晶(jīng)核的生成及晶(jīng)體的生(shēng)長都停止。這樣(yàng),凡是尚未開始結晶的分子均以無序狀態或非(fēi)晶態保持在聚合物中,從而構成了聚合物中的非晶區(qū)。值得注意的是,在晶(jīng)核生成的過程中,如果熔體中存(cún)有外來的物(wù)質,則會大大提高晶(jīng)核的生成速率。晶體的(de)生長(zhǎng)速率以恰(qià)在熔點0.以下的某(mǒu)一溫度為很快,溫度下降時由(yóu)於分子鏈段活動阻力(lì)增大而使晶體的生長速率隨之下(xià)降。顯(xiǎn)然,聚合物結晶的總速率,受晶核生(shēng)成和(hé)晶體生長速(sù)率的共同製約,一般(bān)變化規律為開始慢,很快達到極大值後逐漸減慢為零。
聚合物在雙色注塑成(chéng)型過程中的物理和化學變化(huà),綜上所述,具有結晶傾向的聚合物,在成型的塑料製件中,會不會出現晶形結構,需由雙色注塑成型時塑料製件的冷卻速率決定。至於出現品形結構後其結晶度有多大,各部分的結晶情況是否一致,在很大程度上取決於對冷卻控製的(de)情況。由(yóu)於結晶度能夠影響塑件的性能,因而工業上為了改變由具有結晶傾(qīng)向的聚合物所製的塑件性能,常采用熱處理方法以使(shǐ)其非晶相轉變(biàn)為(wéi)晶相(xiàng),將不太穩定的晶(jīng)形結構轉為穩定的晶形結構,微小的晶粒(lì)轉為較大的晶粒等。但也必須注意,適當的熱處理可以(yǐ)提高聚(jù)合物的性能,也會由於晶粒的過分粗大,使聚合物變脆,性(xìng)能反而變壞。
二、雙色注塑成型過程中的取(qǔ)向如前所述,聚(jù)合物熔體在導管(guǎn)內流動(dòng)的速率,管壁處為零;在導(dǎo)管截麵上各點的速度分布呈扁平的拋物線形狀。在這種流動情況下,熱固性和熱塑性塑料中各自存在的細而長的纖維狀填料和聚合物分子,在很大程度上,都會順著流動的方(fāng)向(xiàng)作平行的排列,這種排列常(cháng)稱為取(qǔ)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,這是不可能的。其次,由於(yú)同樣原(yuán)因,熱塑(sù)性塑料在其玻璃化(huà)溫度與黏(nián)流溫度之間進行拉(lā)伸(shēn)時(shí),也會發生取向作用。顯然這些取(qǔ)向(xiàng)單元如果(guǒ)繼續存在於塑件中,則塑件就將出現各向異性。各向異性有時是塑(sù)件所需要的,如製(zhì)造取向(xiàng)薄膜與(yǔ)單絲等,這樣就能使塑件沿拉伸方向的抗拉強度與光澤程度等有所增加。但在製造(zào)許多厚度較(jiào)大的塑件時,又要(yào)力圖這種各向異性現象,因為塑件中存在的這一(yī)現象不僅使取向不一致(zhì),而且各部(bù)分的取向程度也(yě)有差別,這樣(yàng)會使塑件在某些(xiē)方向上的機(jī)械強度得到提高,而在另外一些方向上反而降低,甚(shèn)至產生翹曲或裂紋。
(1)注射、壓注成型(xíng)塑(sù)件中纖維狀填料的取向 注射、壓注成型塑件中(zhōng)填料的取向方向與程度主要依賴於澆口的形狀與位置,在成(chéng)型扇形試件(jiàn)時,可以看出,填料排列的(de)方向主要順著(zhe)流(liú)動的方向,碰上阻斷力後,它的流動就改成與阻斷力成垂直的(de)方向,並按此定形。測試表明,扇形試(shì)件在切線方向上的(de)力學強度總是大於徑向的,而在切線(xiàn)方向(xiàng)上的收縮率又往往小於徑向的。這顯然與填料在(zài)扇形試件中的取向有關,因此在設(shè)計模具時(shí),澆口(kǒu)位(wèi)置的開設(shè)與塑料製件在模具上位置的布置,應使其(qí)在使用時的受(shòu)力方向與塑料在模內的(de)流動方向相同,以保證填料的取向與受力方向一致。填料(liào)在熱固性(xìng)塑料製件(jiàn)中(zhōng)的取向是(shì)無法在製(zhì)品成型。
(2)注射、壓注成型塑件中聚合物分子的取向一般情況(kuàng)下,聚合物在雙色注塑成型過程中隻要存在熔體的流動,就會有分子的取向。沿試件軸向的分子取向程度從澆口處(chù)順著料流方向逐漸增加,達到值後又逐漸減弱。沿試件截(jié)麵越靠(kào)近中區域取向程度越小,取向程度較高的(de)區域是在(zài)兩側而不到表層的一帶。上述現(xiàn)象是(shì)熔體流(liú)動(dòng)過程中切應力和分子熱運(yùn)動作(zuò)用的綜合結果。
聚合物在雙色注塑成型過(guò)程中的物理和化學變化,通過實驗分析可知,影(yǐng)響塑件中聚合物分子取向的原(yuán)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(wēn)度等(děng)的增加,分(fèn)子取向程度即有減弱的(de)趨勢。增加(jiā)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(shè)的位置和形狀有很大關係。為減少分子取(qǔ)向程度,澆口設在型腔深度較大(dà)的部位。塑料製件中如果存在分子取向(xiàng)現象(xiàng),則順著分(fèn)子取向方向上(shàng)的力學性(xìng)能總是優(yōu)於(yú)其他方向。如聚(jù)苯(běn)乙烯試件的縱向抗拉強度為(wéi)45MPa,伸長率為1.6%;而橫向的抗拉強度為20MPa,伸長率為0.9%.收縮率也是縱向大於橫向。
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