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一、聚合物(wù)的結(jié)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(mì)排列的區域-結晶區,其結晶的程度(dù)和能力可用結(jié)晶區在聚合物中所占的重量百分數,結晶度(dù)來度量。聚合物的結晶傾(qīng)向不同,即(jí)使(shǐ)成型方法相同,其(qí)具體(tǐ)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(chéng),已如前述,結(jié)晶過程隻能發(fā)生在玻(bō)璃化溫度0,以上和熔點0m以下這一溫度(dù)區間內。同金屬的結晶相類(lèi)似(sì),聚合物的結晶過(guò)程(chéng)也(yě)由晶(jīng)核生成和晶體生長兩步完成。在(zài)聚合物(wù)主體中,如果它的某一局部的分子鏈段已成為有(yǒu)序排列,且其大小已能使晶體自發地生長(zhǎng),則該種大小有序排列的(de)微粒即稱為晶坯。晶坯(pī)在高於熔點0m時時結時散,處於一(yī)種動態平衡狀態。溫度接近0乃至(zhì)剛剛冷至0m以下時,晶坯依然有時結(jié)時散的情況,但某些晶坯也會長(zhǎng)大,以致達到臨界的穩定尺寸,即變成晶核。晶核生成(chéng)的(de)速率與溫度(dù)密切相關,這時(shí),沒有達到臨界尺寸的晶坯結多散少,有利於形成晶核。Δ0繼續增大,分子鏈段(duàn)的運動阻力會增大,因而晶(jīng)核生成率又會降低,直至接近於玻璃化溫度0,時又降為(wéi)零。
此時,分子(zǐ)主鏈的運動停止,因此,晶坯的生長、晶核的生成及晶體的生(shēng)長都(dōu)停止。這樣,凡(fán)是尚未開始結晶的分子均以(yǐ)無序狀態(tài)或非晶態保持在(zài)聚合物中,從而構成(chéng)了聚合物中的非晶區。值得注意的是,在晶核生成的過程中(zhōng),如果熔(róng)體中存有外來的(de)物質,則(zé)會大大提高晶核的生成速率。晶(jīng)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(jīng)體的生長速率隨(suí)之下降。顯然,聚合物(wù)結晶的總速率(lǜ),受晶核生成和晶體生長速率的共同製約,一般變化規律為(wéi)開始慢,很快達到極大值後逐漸減慢為零。
聚合物(wù)在雙色注塑成型過程中的物理和化學變(biàn)化,綜上所(suǒ)述,具有結(jié)晶傾(qīng)向的聚合物,在(zài)成型的塑(sù)料製件中,會不會出現晶形(xíng)結(jié)構,需由雙色注塑成型時塑料製件的冷卻速率決(jué)定。至於出現(xiàn)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(zài)很大程度上取決於對冷卻控製的情(qíng)況。由於結晶度能夠(gòu)影響塑件的性能,因而工(gōng)業上為了改變(biàn)由具有結晶傾向(xiàng)的聚合物所製的塑件性能,常采用(yòng)熱處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的晶形結構,微小的晶粒轉為較大的晶粒等。但也必須注意,適當(dāng)的熱處理可以提(tí)高聚合物的(de)性能,也會(huì)由於晶粒的(de)過分粗大,使聚合物(wù)變(biàn)脆,性能反而變壞。
二、雙色注塑(sù)成型過程中的取向如前所(suǒ)述,聚合(hé)物熔(róng)體(tǐ)在導管內(nèi)流動的速率,管壁處為零;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(qíng)況下,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合物分(fèn)子,在很大程度上,都會順著流動的方向作平行的排列,這種排列常(cháng)稱為取向作用。其原因是若不作這樣的排(pái)列(liè),細而長的(de)單元勢必(bì)以不同的速度運動(dòng),這是不可能的。其次,由於同樣原因,熱塑(sù)性塑料在其玻璃化溫度與黏流溫度之間進行拉伸時,也會(huì)發生取向作用。顯(xiǎn)然(rán)這些取向(xiàng)單元如果繼續存(cún)在於塑件中(zhōng),則塑件就將出現各向異性。各向異性有時是塑件所需要的,如製造取(qǔ)向薄膜與單絲等,這樣就(jiù)能使塑件沿拉伸方向的抗拉強(qiáng)度與光澤程(chéng)度等有所增加。但(dàn)在製造許多厚度較(jiào)大的塑件時,又要力圖這種各向異(yì)性現象,因為塑件中存在(zài)的這一現象(xiàng)不僅使取向不一致,而且各部分的取向程度也有差(chà)別,這樣會使塑件在某些方向上的機械強度得到提(tí)高(gāo),而在另外一些方向上反而降低,甚至產生(shēng)翹曲或裂紋(wén)。
(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)塑件中填料的取向方向與程(chéng)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(liè)的方向主要順著(zhe)流動的(de)方向,碰上阻斷力(lì)後,它的流動就改成與阻斷力成垂直的方向,並按此定形。測試表明,扇形試件在切線方向上的力學強度總是大於徑向的,而(ér)在切(qiē)線方(fāng)向上的收(shōu)縮率又往往(wǎng)小於徑(jìng)向的。這顯然與填料在扇形試件中的取向有關,因此(cǐ)在設計模具(jù)時,澆口位置的開(kāi)設與(yǔ)塑料製件在模具上位置的布置(zhì),應使其(qí)在使(shǐ)用時的受力方向與塑料在模內的流動方向相同,以保證(zhèng)填料的取向與受力方向一致。填料(liào)在熱固性塑料製件中的取向(xiàng)是無法在製品成型。
(2)注射、壓注成型塑件中聚合物分子的取向一般情況下,聚合(hé)物在雙色注塑成型過程中隻要存在熔體的流(liú)動,就會有(yǒu)分子的取向。沿(yán)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(jiǎn)弱。沿(yán)試(shì)件截麵越靠近中區域取向程(chéng)度越小,取向程度較高的區域是在兩側而不到表(biǎo)層的一帶。上述現象是熔體流動過程中切應力和分(fèn)子熱運動(dòng)作用的綜合結果。
聚合物在雙色注塑成型過程中的物理和化學變化,通過實驗分析可知,影響(xiǎng)塑件中聚合物分子取向的原因有以下幾個(gè)方麵:隨著雙色注塑成型溫度、塑件(jiàn)高度,以(yǐ)及塑料充填時的溫度等的增加(jiā),分子取向程度即有減弱的趨勢。增加澆口長度、壓力和成型時間,分子取向程(chéng)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,澆口設在型腔深度較大的部位。塑料製件中如果(guǒ)存在分子取向現象,則順著分子取向方向上的力學性能總是優於其他方向。如(rú)聚苯乙烯試件的縱向抗拉強度為45MPa,伸長率為1.6%;而橫向(xiàng)的(de)抗拉強度為20MPa,伸長率為(wéi)0.9%.收縮率也是縱向(xiàng)大(dà)於橫向。
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