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一、聚(jù)合物的結晶如前所述,聚(jù)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域-結晶區,其結晶的程度和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。聚合物(wù)的結(jié)晶傾向不同,即(jí)使成型方(fāng)法相同,其具(jù)體(tǐ)的控製方法也不會一樣(yàng)。
聚合物由非晶態(tài)轉為晶態的過程就是結晶過程,已(yǐ)如前述,結晶過程隻能(néng)發生在玻璃化溫度(dù)0,以上和熔(róng)點0m以下這一溫度區間(jiān)內。同金(jīn)屬的結晶相類似,聚合物的結晶過(guò)程也由晶(jīng)核生(shēng)成和晶體(tǐ)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(liàn)段已(yǐ)成為有序排(pái)列,且其大小已能使晶體自發(fā)地生長,則該種(zhǒng)大小有序排列的微粒即稱為晶坯。晶坯在(zài)高於熔點0m時時結時散,處(chù)於一種動態平衡狀態。溫(wēn)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(yě)會長大(dà),以致達到(dào)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(zhè)時,沒有達到臨界尺寸的晶坯結多散少,有利於形成晶(jīng)核。Δ0繼續增大,分子鏈段的運動阻力會增大,因而晶核生成率(lǜ)又會降低,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,因此,晶坯的生長、晶(jīng)核的生成及晶體(tǐ)的生長都停止。這(zhè)樣,凡是(shì)尚未開始結晶的分(fèn)子均以無序狀態或非晶態保持在聚合物中,從而構成了(le)聚合物中的非晶(jīng)區(qū)。值得注意的是,在晶(jīng)核生成(chéng)的過程中,如(rú)果(guǒ)熔體中存有外來的(de)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(yī)溫度(dù)為很快,溫度下降時由於分子鏈(liàn)段活(huó)動阻(zǔ)力(lì)增大而(ér)使(shǐ)晶(jīng)體的生長速率隨之下降。顯然,聚合物結晶(jīng)的總速率,受晶核生成和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。
聚合物在(zài)雙色注塑成型過程中的物理和(hé)化學(xué)變化,綜上所述,具有結晶傾向(xiàng)的聚合物(wù),在成型的塑料製件中,會不會出現晶形(xíng)結構,需(xū)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(bù)分的(de)結晶情況(kuàng)是否一(yī)致,在很(hěn)大程度上取決於對冷卻控製的情況。由於結晶度能夠影響塑件的性能,因而工業上為了改(gǎi)變(biàn)由具有結晶傾向的聚合(hé)物(wù)所製的塑件性能,常采用熱處(chù)理方法以使其非晶(jīng)相轉變為晶相(xiàng),將不太穩定的晶形結構轉(zhuǎn)為穩定的晶形(xíng)結構,微小的晶粒轉為較大的晶粒等。但也必須注意,適當的熱處理(lǐ)可以提高(gāo)聚合(hé)物的性能,也會由於晶粒的過分粗大(dà),使聚合物變脆(cuì),性能反而變壞。
二、雙色注(zhù)塑成型過程(chéng)中的取向如(rú)前所述,聚合物熔體在導管內流動的速率,管壁(bì)處為零;在導管截麵(miàn)上各點的速度分布呈扁平的(de)拋物線形狀。在這(zhè)種流動情況下,熱固性和熱塑性塑(sù)料(liào)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(huì)順著(zhe)流動的方向作平行的排列,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(néng)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(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(cún)在於塑件中,則(zé)塑件就將出現各向(xiàng)異性。各向(xiàng)異性有時是塑件所(suǒ)需要(yào)的,如製造取向薄(báo)膜與單絲等,這樣就能使塑件(jiàn)沿拉伸方向的抗拉強度與光澤程度等(děng)有所增加。但在(zài)製造許多厚度較大的塑件時,又要力(lì)圖這種各向異性現象,因為塑件中存在的這(zhè)一現象不僅使取向(xiàng)不一致,而且各部分的取向程度也有差別,這(zhè)樣會(huì)使塑件在某些方向上(shàng)的(de)機械強度得到提高(gāo),而在另外一些方向上反而降低,甚至(zhì)產生翹曲或裂(liè)紋。
(1)注射、壓注成型塑件中纖(xiān)維狀(zhuàng)填料的取向(xiàng) 注射、壓注成型塑(sù)件中填料的取向方向與程度主要依賴於(yú)澆口(kǒu)的形狀(zhuàng)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(zǔ)斷力後,它的流動就改成與阻斷力成垂(chuí)直的(de)方向,並按此定形。測試表明,扇形試件在切(qiē)線方向上的力(lì)學強度總是大於(yú)徑向的,而在切線方向上的收縮率(lǜ)又往往小(xiǎo)於徑向的。這顯(xiǎn)然與填料在扇形試(shì)件中的取向有關,因此在設(shè)計模具時,澆(jiāo)口位置的開設與塑料(liào)製件在模具上位置的布置,應使(shǐ)其在使用(yòng)時的受(shòu)力方向與塑料在模內的流(liú)動方向相(xiàng)同,以保證填料的取向與受力方向一致。填料在熱固性塑(sù)料製件中的取向是無法在製品成型。
(2)注射、壓注成型塑件中聚合物分(fèn)子的取向一般情況下,聚合物在雙色注(zhù)塑(sù)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順著料流(liú)方向逐漸增加,達到值後又逐漸減弱。沿試件截麵越靠近中(zhōng)區域取向(xiàng)程度越小,取(qǔ)向程度較高的區域是(shì)在(zài)兩側而不到表層的一帶。上述現象是熔體流動過程中切應力和分子熱運動作用(yòng)的綜合結果。
聚合(hé)物在雙(shuāng)色注塑成型過程中的(de)物理和化學變化,通過實驗(yàn)分析可(kě)知,影響塑件中聚合物分子取向的原因有以下幾個方麵:隨(suí)著雙色注塑成型溫度、塑件高度(dù),以及塑料充(chōng)填(tián)時的(de)溫度(dù)等的增加,分子取向(xiàng)程(chéng)度即有減弱的趨勢。增(zēng)加(jiā)澆口長度、壓力(lì)和成(chéng)型時間,分子取向程度也隨之增加。分子取向(xiàng)程度與澆口開(kāi)設的位置和形狀有很大關係。為(wéi)減少分子取向程度,澆口設(shè)在型腔深(shēn)度(dù)較大的部(bù)位。塑料製件中如果存在分子取向(xiàng)現(xiàn)象,則順著分子取向方向上的(de)力學性能總是優於其他方向。如聚苯乙烯試件的縱向抗拉強度(dù)為45MPa,伸長率為1.6%;而橫(héng)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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