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聚合物在双色注塑成型过程中的物理和化学变化

文章来源: 科翔模具 人气:3792 发表时间:2023-05-05 09:53:30

[导读]:聚合物在双色注塑成型过程中的物理和化学变化,在成型双色注塑加工过程中,聚合物会发生物理和化学变化,例如在某些条件下,聚合物能够结晶或改变结晶度,能借外力作用产生分子取向;当聚合物分子键中存在薄弱环节或有活性反应基团时,还能发生降解或交联反应。双色注塑加工过程出现的这些物理和化学变化,不仅能引起聚合物出现如力学、光学、热性能及其他性质的变化,而且影响了双色注塑加工工艺条件。

一、聚合物的结晶如前所述,聚合物的聚集态结构有结晶型和无定形两种。结晶型是指聚合物中具有分子作有规则紧密排列的区域-结晶区,其结晶的程度和能力可用结晶区在聚合物中所占的重量百分数,结晶度来度量。聚合物的结晶倾向不同,即使成型方法相同,其具体的控制方法也不会一样。


聚合物由非晶态转为晶态的过程就是结晶过程,已如前述,结晶过程只能发生在玻璃化温度0,以上和熔点0m以下这一温度区间内。同金属的结晶相类似,聚合物的结晶过程也由晶核生成和晶体生长两步完成。在聚合物主体中,如果它的某一局部的分子链段已成为有序排列,且其大小已能使晶体自发地生长,则该种大小有序排列的微粒即称为晶坯。晶坯在高于熔点0m时时结时散,处于一种动态平衡状态。温度接近0乃至刚刚冷至0m以下时,晶坯依然有时结时散的情况,但某些晶坯也会长大,以致达到临界的稳定尺寸,即变成晶核。晶核生成的速率与温度密切相关,这时,没有达到临界尺寸的晶坯结多散少,有利于形成晶核。Δ0继续增大,分子链段的运动阻力会增大,因而晶核生成率又会降低,直至接近于玻璃化温度0,时又降为零。


此时,分子主链的运动停止,因此,晶坯的生长、晶核的生成及晶体的生长都停止。这样,凡是尚未开始结晶的分子均以无序状态或非晶态保持在聚合物中,从而构成了聚合物中的非晶区。值得注意的是,在晶核生成的过程中,如果熔体中存有外来的物质,则会大大提高晶核的生成速率。晶体的生长速率以恰在熔点0.以下的某一温度为很快,温度下降时由于分子链段活动阻力增大而使晶体的生长速率随之下降。显然,聚合物结晶的总速率,受晶核生成和晶体生长速率的共同制约,一般变化规律为开始慢,很快达到极大值后逐渐减慢为零。


聚合物在双色注塑成型过程中的物理和化学变化,综上所述,具有结晶倾向的聚合物,在成型的塑料制件中,会不会出现晶形结构,需由双色注塑成型时塑料制件的冷却速率决定。至于出现品形结构后其结晶度有多大,各部分的结晶情况是否一致,在很大程度上取决于对冷却控制的情况。由于结晶度能够影响塑件的性能,因而工业上为了改变由具有结晶倾向的聚合物所制的塑件性能,常采用热处理方法以使其非晶相转变为晶相,将不太稳定的晶形结构转为稳定的晶形结构,微小的晶粒转为较大的晶粒等。但也必须注意,适当的热处理可以提高聚合物的性能,也会由于晶粒的过分粗大,使聚合物变脆,性能反而变坏。


二、双色注塑成型过程中的取向如前所述,聚合物熔体在导管内流动的速率,管壁处为零;在导管截面上各点的速度分布呈扁平的抛物线形状。在这种流动情况下,热固性和热塑性塑料中各自存在的细而长的纤维状填料和聚合物分子,在很大程度上,都会顺着流动的方向作平行的排列,这种排列常称为取向作用。其原因是若不作这样的排列,细而长的单元势必以不同的速度运动,这是不可能的。其次,由于同样原因,热塑性塑料在其玻璃化温度与黏流温度之间进行拉伸时,也会发生取向作用。显然这些取向单元如果继续存在于塑件中,则塑件就将出现各向异性。各向异性有时是塑件所需要的,如制造取向薄膜与单丝等,这样就能使塑件沿拉伸方向的抗拉强度与光泽程度等有所增加。但在制造许多厚度较大的塑件时,又要力图这种各向异性现象,因为塑件中存在的这一现象不仅使取向不一致,而且各部分的取向程度也有差别,这样会使塑件在某些方向上的机械强度得到提高,而在另外一些方向上反而降低,甚至产生翘曲或裂纹。


(1)注射、压注成型塑件中纤维状填料的取向 注射、压注成型塑件中填料的取向方向与程度主要依赖于浇口的形状与位置,在成型扇形试件时,可以看出,填料排列的方向主要顺着流动的方向,碰上阻断力后,它的流动就改成与阻断力成垂直的方向,并按此定形。测试表明,扇形试件在切线方向上的力学强度总是大于径向的,而在切线方向上的收缩率又往往小于径向的。这显然与填料在扇形试件中的取向有关,因此在设计模具时,浇口位置的开设与塑料制件在模具上位置的布置,应使其在使用时的受力方向与塑料在模内的流动方向相同,以保证填料的取向与受力方向一致。填料在热固性塑料制件中的取向是无法在制品成型。


(2)注射、压注成型塑件中聚合物分子的取向一般情况下,聚合物在双色注塑成型过程中只要存在熔体的流动,就会有分子的取向。沿试件轴向的分子取向程度从浇口处顺着料流方向逐渐增加,达到值后又逐渐减弱。沿试件截面越靠近中区域取向程度越小,取向程度较高的区域是在两侧而不到表层的一带。上述现象是熔体流动过程中切应力和分子热运动作用的综合结果。


聚合物在双色注塑成型过程中的物理和化学变化,通过实验分析可知,影响塑件中聚合物分子取向的原因有以下几个方面:随着双色注塑成型温度、塑件高度,以及塑料充填时的温度等的增加,分子取向程度即有减弱的趋势。增加浇口长度、压力和成型时间,分子取向程度也随之增加。分子取向程度与浇口开设的位置和形状有很大关系。为减少分子取向程度,浇口设在型腔深度较大的部位。塑料制件中如果存在分子取向现象,则顺着分子取向方向上的力学性能总是优于其他方向。如聚苯乙烯试件的纵向抗拉强度为45MPa,伸长率为1.6%;而横向的抗拉强度为20MPa,伸长率为0.9%.收缩率也是纵向大于横向。


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文章关键词:聚合物在双色注塑成型过程中的物理和化学变化,注塑模具
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