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聚合物在雙色注塑成型過程中的物理和化學變化

文章來源: 科(kē)翔模具 人氣:5128 發表時(shí)間:2023-05-05 09:53:30

一、聚(jù)合(hé)物的結晶如前所述,聚合物的聚集態結構有結晶型和無定(dìng)形兩(liǎng)種。結晶型是指聚合物中(zhōng)具有分子作有(yǒu)規則緊密(mì)排列的區域-結晶區,其結晶(jīng)的程度和能力可用結晶區(qū)在聚合物中所占的(de)重量百分數,結晶(jīng)度來度量。聚合物的結(jié)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(yóu)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溫度0,以上和熔點0m以下(xià)這一溫度區間內。同金屬的(de)結晶相類似,聚(jù)合物的結晶過程(chéng)也由晶核(hé)生成和晶體生長兩步完成。在聚合物主體中,如(rú)果它(tā)的某一局部的分子鏈段已成為有序排列,且其大小已能使晶體自發地生長,則(zé)該種大小有序排列(liè)的(de)微粒即稱(chēng)為晶坯。晶坯在高(gāo)於熔點0m時時結時散,處(chù)於一種(zhǒng)動態平衡狀態(tài)。溫度接近0乃至剛剛冷至0m以下時,晶坯依然有時結時散(sàn)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。晶核生成的速(sù)率(lǜ)與溫度密切相關,這時,沒有達到臨界尺寸的晶坯結多散(sàn)少,有利於形成晶核。Δ0繼續增大,分子鏈段的運動阻力會增大,因而晶核生(shēng)成率又會降低(dī),直(zhí)至接近於玻(bō)璃化溫度0,時又降為零。


此時,分子(zǐ)主鏈的運動(dòng)停止,因此,晶坯的生長、晶核的生成及晶體的生長都停止。這(zhè)樣,凡是尚未開始結晶(jīng)的分子均以無(wú)序狀態或非晶態保持在聚合物中(zhōng),從而構成了聚合物中的非晶區。值得注意的(de)是,在晶核生成的過(guò)程中(zhōng),如果熔體中存有外(wài)來的物質,則會大大提高晶核的生成速(sù)率。晶體的生長速率以恰在熔點0.以下的某(mǒu)一溫度為很快,溫度下降時由於分子(zǐ)鏈段活動阻力增大而使晶體的(de)生長(zhǎng)速率隨(suí)之下(xià)降。顯然,聚(jù)合物結晶的總速率,受晶核(hé)生成(chéng)和晶體生長速率的共同製(zhì)約,一般變化規律為開始慢,很快(kuài)達到極大值後逐漸減慢為零。


聚合物在雙色注塑成型過程中的(de)物理和化學變化,綜(zōng)上所述(shù),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(zhì)件的(de)冷卻(què)速率決定。至於出現品形結構後其結晶度有多(duō)大,各部分的結晶情況是否一(yī)致(zhì),在很大程度(dù)上取決於對冷卻控製的情況。由於結晶度能(néng)夠影響塑件的性能,因而工業上(shàng)為了改變由具有結晶傾向的聚合物所製的塑件性能,常采用熱處(chù)理方法以使其非(fēi)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,微小的晶粒轉為較(jiào)大的(de)晶粒等。但也必須注(zhù)意,適當的熱處(chù)理(lǐ)可以提高聚合物的性能(néng),也(yě)會由於晶粒(lì)的過分粗大,使聚合物變(biàn)脆,性能反而變壞。


二、雙色注塑成型過(guò)程中的(de)取向(xiàng)如前所述,聚合物熔體在導管內流(liú)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(zhuàng)。在這種(zhǒng)流動情況下,熱固性和熱塑性塑(sù)料中各自存在的細而長(zhǎng)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作平行的排列,這種排列常稱為取(qǔ)向作用。其原因是若不作這(zhè)樣的排(pái)列,細而長的單元勢必(bì)以不同的速度(dù)運動,這是不可能的。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(yú)塑(sù)件中(zhōng),則塑件就將出現各向異性。各向異性有(yǒu)時是(shì)塑件所需要的,如(rú)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加。但在製造許多厚度較大的塑件時,又要力圖這(zhè)種各向異性現象(xiàng),因為塑件中存在的(de)這一現象不僅使取向不一致,而且各部分的取(qǔ)向程度也(yě)有差別,這樣會使塑件在某些方向(xiàng)上的機械強度得到提高,而在(zài)另外(wài)一些(xiē)方向上反而降低,甚至(zhì)產生翹曲或(huò)裂紋。


(1)注射、壓注成型塑件(jiàn)中纖維狀填料的取(qǔ)向 注射、壓注成(chéng)型塑件中填料的取向方向與程度主要依賴於澆(jiāo)口的(de)形狀與位置,在成型扇形試件時,可以(yǐ)看出,填料排列的方向主(zhǔ)要順著流(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方向(xiàng),並按(àn)此定形。測試表明(míng),扇形試件在切線方向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(jìng)向的。這顯然(rán)與填料在扇形試件中的取向有關(guān),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置的(de)布(bù)置,應使其在使用時的(de)受力方向與塑料在模內的流動方向相同,以保證填料的取向(xiàng)與受力方向(xiàng)一致。填料在熱固性塑料(liào)製件中(zhōng)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子的(de)取向一般情況下,聚合物在雙色注塑成型過程中隻要存在熔體的(de)流動,就會有分子的取向。沿試件軸向的分(fèn)子取向程度(dù)從澆口處順著料流方向逐漸增加,達到值後又逐漸(jiàn)減弱。沿試件截麵越靠近中區域取向程度越小,取向程度(dù)較高的區(qū)域是在兩側而不到表層的一帶。上述現象是(shì)熔體(tǐ)流動(dòng)過程中切應力和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(de)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取向的原因有以下幾個方麵:隨著雙色注塑成型溫度、塑件高度,以及塑料充填時的溫度等的增(zēng)加(jiā),分子(zǐ)取向程度即有減弱的趨勢。增加澆口長度、壓力和成型時間,分子取向程度也隨(suí)之增加。分子取(qǔ)向程度與(yǔ)澆口開設的位置和形狀有(yǒu)很大關係。為減(jiǎn)少分子取向程度,澆(jiāo)口設(shè)在(zài)型腔深度較大的部位。塑料製件中如果存在分子取向現象,則順著分子取向(xiàng)方向上的(de)力學性能總是(shì)優於其(qí)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%;而橫向的抗拉強度為20MPa,伸長率為0.9%.收縮率也是縱向大(dà)於橫(héng)向。


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