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一、聚合(hé)物的結晶如(rú)前所述,聚合物的聚集態結構有結晶型和無定(dìng)形兩種。結(jié)晶型(xíng)是指聚合物中具有分子(zǐ)作有(yǒu)規則緊(jǐn)密排(pái)列的區域-結晶區,其結晶的程度(dù)和能力可(kě)用結晶區在聚合物中所占的重量(liàng)百分數(shù),結晶度來度量。聚合物(wù)的結晶傾向不同,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(jīng)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(lí)化(huà)溫度0,以上(shàng)和熔點0m以(yǐ)下這一溫度區間內。同金屬的結晶相類似,聚合物的結晶過程也由晶核生成和晶體生長(zhǎng)兩步完成。在聚(jù)合物主體中,如果它的(de)某(mǒu)一局部的分子(zǐ)鏈(liàn)段已成為有序排列,且(qiě)其大(dà)小已能使晶體自發地(dì)生長,則該種(zhǒng)大小有序排列的微粒即稱為晶坯。晶坯(pī)在高於熔點0m時時結時散,處於一種動態平衡狀(zhuàng)態。溫(wēn)度接近(jìn)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(xiē)晶坯也會長大,以致達到臨界的穩定尺寸,即變成晶核。晶核生成的速率與溫度密切相關,這時,沒有達(dá)到臨(lín)界尺寸的晶坯結多散少(shǎo),有利於形成晶核。Δ0繼續增大,分子鏈段的運動阻力(lì)會增大,因而晶核(hé)生成率又會降低,直(zhí)至接近於玻璃化溫度0,時又降為零。
此時,分(fèn)子(zǐ)主鏈的運動停止,因此,晶坯的生長、晶核的(de)生成及晶體的生長都停止。這樣,凡是尚未開始結晶(jīng)的分(fèn)子均以無序狀(zhuàng)態或(huò)非晶態保持在聚(jù)合物中,從而構(gòu)成了聚合物(wù)中的非晶區。值得注意的是,在晶核生成的(de)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(chéng)速率。晶體的生(shēng)長速率以恰在(zài)熔點0.以下的某一溫度為很快,溫度下降時由(yóu)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(rán),聚合物結晶的總速率,受晶核生(shēng)成和(hé)晶體生長速率的共同製約,一般變化規律為開始慢,很快達到極大值後逐漸減慢為零。
聚(jù)合物在雙色注(zhù)塑成型過程中(zhōng)的物理(lǐ)和化學變化,綜上所述,具有結晶傾向的聚合物,在成型的塑(sù)料製件中,會不(bú)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(duō)大(dà),各部分的結晶情況是否一致,在很(hěn)大程度上取決於對冷卻控製的情(qíng)況。由於結晶度能夠影響塑件的性能,因(yīn)而工業上為了改變(biàn)由(yóu)具有結晶傾向的(de)聚合物所製的塑件性能,常采用(yòng)熱處理方(fāng)法以使其非晶相轉變為晶相,將不太穩定的(de)晶形結構轉(zhuǎn)為穩定的晶形結構,微小的晶粒轉為較大的(de)晶粒等。但也必須注意,適當的熱處理可(kě)以提高聚合物的性(xìng)能,也會由於晶粒的過分粗大,使聚合物變脆,性能反而變壞。
二、雙色注塑成型(xíng)過程中的取向如前所述,聚合物熔體在導管內流動的速率,管壁處為零;在導管截麵(miàn)上各點的速度分布呈扁平的拋物線形狀。在(zài)這種流動情況下,熱固性和熱塑性塑料中各自存在(zài)的細而長的纖維狀填料和聚合物分子,在很大程度上,都會順著流動的方向(xiàng)作平行(háng)的排列,這種排列常稱(chēng)為取向作用。其(qí)原因是若不作這樣的排(pái)列,細而長的單元(yuán)勢必以不同的速度運(yùn)動,這是不(bú)可能的。其次,由於同樣(yàng)原因,熱塑性塑料在其玻璃化溫度與黏流溫度之間進行拉伸時,也會發生取向作用。顯然這些取向(xiàng)單元如果(guǒ)繼續存在於塑件中,則(zé)塑件(jiàn)就將出現各向異性。各向異性有時是塑件所需要的,如製造取向薄膜與單絲等,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(zēng)加。但在製造(zào)許多厚度較大的塑件時,又要力圖這種各向異性現象,因為塑件中存在(zài)的這一現象不僅使取向不(bú)一(yī)致(zhì),而且各部(bù)分的取向程度也有差別(bié),這樣會使塑件在某些方(fāng)向上的機械強度得到提(tí)高(gāo),而(ér)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(xiàng) 注射、壓注成型塑件中填料的取(qǔ)向方向(xiàng)與程度主要依賴於澆口的形狀與位置,在成型扇形試件時(shí),可(kě)以看出,填料排列的方向(xiàng)主要(yào)順著流動的方向,碰上阻斷力後,它的流動(dòng)就改(gǎi)成(chéng)與阻斷力成垂直的方向,並(bìng)按此(cǐ)定形。測試(shì)表明,扇形試件在切線方向上的力(lì)學強度(dù)總是大於徑向的,而在切線方向上的收縮(suō)率又往(wǎng)往小於徑向的。這顯然與填(tián)料在扇形試件中的取向有關,因此在設計模具時,澆口位置的開設與塑料製件在模具上位(wèi)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(fāng)向相同,以保證填料的取向與受力方向一致。填料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(yī)般情況下,聚(jù)合物在(zài)雙色注塑(sù)成型過程中隻(zhī)要存在熔體的流動,就會(huì)有分子的取向。沿(yán)試件軸向的分子取向程度從澆口處順著料流方向逐漸增加,達(dá)到值(zhí)後(hòu)又逐漸減弱。沿試件截麵越靠近中(zhōng)區域取向程度越小,取向程度(dù)較高的(de)區域是在兩側(cè)而不到表層的一帶。上述現象是熔體流動過(guò)程中切應力和(hé)分子熱運動作用的綜合結果。
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,影響塑件中(zhōng)聚合物(wù)分子取向的原因有以下幾個方麵(miàn):隨著雙色注塑成型溫度、塑件(jiàn)高度,以(yǐ)及塑(sù)料(liào)充填時的溫度等的(de)增加,分子(zǐ)取向程度即有減弱的趨勢。增(zēng)加澆口長度(dù)、壓力和成型時間,分子取(qǔ)向程度也隨之增加。分子取向程度與(yǔ)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(shè)在型腔深度較大的部位。塑料製件中如果存在分子取(qǔ)向(xiàng)現象,則順著分子取向方向上的力學性能總是(shì)優(yōu)於其他方向。如(rú)聚苯乙烯試件的縱向(xiàng)抗拉強度為45MPa,伸長率為1.6%;而橫向(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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