涨姿势 | 塑料分子的取向

浮亦

塑料成型加工过程中,有一个取向现象值得注意.
我们先看一下塑料实际上是如何流入成型模具的,这将有助于了解塑胶表面和芯部方向性的产生原因.如下图所示：





非晶态高聚物的玻璃态、高弹态和粘流态以及结晶型高聚物的非晶态部分,在一定条件下,会存在分子取向.当液体状态下的塑料在注塑机中受力的作用下,高速通过喷嘴及模具的流道时,长线形的高分子会顺着流动方向作相互平行的排列,一旦这些排列在塑料冷却固化之前来不及消除而留在了固态塑料制件之中,分子的取向及因此而形成的取向效应便保持下来.

一般来说,取向作用会使制件的整体性遭受削弱,表现为塑件内部各处的物理机械性能不均衡.由于分子排列的结果,与分子链相垂直的方向,强度将差于平行方向.显然,当这种取向强烈时,制件很可能出现翘曲变形或开裂.

下表列举了几种常用塑料分子取向后其横、直两个方向上的抗张强度及伸长率的比较:





塑料的取向作用在有些制品上是比较容易注意到的.

如图D中的透明聚苯乙烯圆形面盖制品,粗的直浇口设在中央,由于注塑时起始射压不高,后来的塑料在较大的压力梯度下缓慢进入模腔,造成分子辐射状的取向排列,加上冷却过程太快,定向作用便被保留下来.结果,经过一段不长时间的使用或静置,机械强度的差异便以应力破坏的方式暴露出来,从中央开始沿辐射方向出现众多裂纹.






图E是黑色的改性聚苯乙烯及聚苯乙烯共混料制件,在料流方向上出现一个弯曲位A,由于通道突然收缩变窄,塑料充盈时压力梯度大,分子取向作用大,当注射接近结束发生轻微胀模时,热熔料挤开基本冷固了的排列有序的分子链,于是出现了A位置应力发白的缺陷.





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1-注塑机料筒;

2-树脂注入模具(实际上由主流道、浇口组成);

3-模具(型腔内部);

4-中心处流速较快的部分;

5-沿模腔壁面而流速极慢的部分;

6-取向而拉伸展开的树脂分子;

7-缠绕在一起的树脂分子

克服取向作用一个途径是采用较充分的注射条件(如:加快注射速度,提高料温和模温),必要时让制件在接近塑料软化温度下进行“退火”,但效果并不太理想.

备注:退火是在低于Tm而高于Tg的温度下(一般是在热变形温度以下20～30℃)进行的热处理方法.



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