【文章內(nèi)容簡介】 段之間的自由體積增加，鏈段與鏈段之間作用力減小，粘度下降。不同 的聚合物粘度對溫度的敏感性有所不同。 （ 5）壓力對粘度的影響 聚合物熔體在注塑時，無論是預(yù)塑階段，還是注射階段，熔體都要經(jīng)受結(jié)晶度提高會使體積減小，收縮加大，結(jié)晶型材料比非結(jié)晶型材料更易翹曲，這是因為制品在模結(jié)晶度提高會增加制品的致密性。使制品表面光澤度提高，但由于球晶的存在會引起光波的散射，而使透明度降低。 3影響結(jié)晶度的因素 （ 1）溫度及冷卻速度 結(jié)晶有一個熱歷程，必然與溫度有關(guān)，當(dāng)聚合物熔體溫度高于熔融溫度時大分子鏈的熱運動顯著增加，到大于分子的 b快速冷卻區(qū)，當(dāng)模具溫度低于結(jié)晶溫度時過 冷度增大，冷卻速度很快結(jié)晶在非等溫條件下進(jìn)行，大分子鏈段來不及折疊形成晶片，這時高分子松馳過程滯后于溫度變化的速度 ，于是分子鏈在驟冷下形成體積松散的來不及結(jié)晶的無定型區(qū)。例如：當(dāng)模具型腔表面溫度過低時，制品表層就會出現(xiàn)這種情況，而在制品心部由于溫度梯度的關(guān)系，過冷度小，冷卻速度慢就形成了具有微晶結(jié)構(gòu)的結(jié)晶區(qū)。 c 中速成冷卻區(qū)，如果把冷卻模溫控制在熔體最大結(jié)晶速度溫度與玻璃化溫度之間，這時接近表層的區(qū)域最早生成結(jié)晶，由于模具溫度較高，有利于制品內(nèi)部晶核生成和球晶長大。結(jié)晶的也比較完整。在這一溫度區(qū)來選擇模 溫對成型制品是有利的，因為這時結(jié)晶速率常數(shù)大，模溫較低，制品易脫模，具注塑周期短。例如 :PETP。建議模溫控制在（ 140~190度）， PA6, PA66,模溫控制在（ 70~120度），PP模溫控制在（ 30~80）這有助于結(jié)晶能力提高在注塑中模溫的選擇應(yīng)能使結(jié)晶度盡可能達(dá)到最接近于平衡位臵。過低過高都會使制品結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定，在后期會發(fā)生結(jié)晶過程在溫度升高時而發(fā)生變化，引起制品結(jié)構(gòu)的變化。 (2)熔體應(yīng)力作用，熔體壓力的提高，剪切作用的加強(qiáng)都會加速結(jié)晶過程。這是由于應(yīng)力作用會使鏈段沿受力方向而取向，形成有序區(qū)，容 易誘導(dǎo)出許多晶胚，使用權(quán)晶核數(shù)量增加，生成結(jié)晶時間縮短，加速了結(jié)晶作用。 壓力加大還會影響球晶的尺寸和形狀，低壓下容易生成大而完整的球晶，高壓下容易生成小而不規(guī)則的球晶。球晶大小和形狀除與大小有關(guān)還與力的形式有關(guān)。在均勻剪切作用下易生成均勻的微晶結(jié)構(gòu)，在直接的壓力作用下易生成直徑小而不均勻的球晶。螺桿式注塑機(jī)加工時，由于熔體受到很大的剪切力作用，大球晶被粉碎成微細(xì)的晶核，形成均勻微晶。而塞式注塑機(jī)相反。球晶的生成和發(fā)展與注塑工藝及設(shè)備條件有關(guān)。用溫度和剪切速率都能控制結(jié)晶能力。 在高剪切速率下得到的 PP制品冷卻后具有高結(jié)晶度的結(jié)構(gòu)，而且 PP受剪切作用生成球晶的時間比無剪切作用在靜態(tài)熔體中生成球晶的時間要減少一半。 對結(jié)晶型聚合物來說，結(jié)晶和取向作用密切相關(guān)，因此結(jié)晶和剪切應(yīng)力也就發(fā)生聯(lián)系；剪切作用將通過取向和結(jié)晶兩方面的途徑來影響熔體的粘度。從而也就影響了熔體在噴嘴，流道，澆口，型腔中的流動。根據(jù)聚合物取向作用可提前結(jié)晶的道貌岸然理，在注塑中提高注射壓力和注射速率而降低熔體粘度的辦法為結(jié)晶創(chuàng)造條件。當(dāng)然，應(yīng)以熔體不發(fā)生破裂為限。 在注塑模具中發(fā)生結(jié)晶過程的重要特點是它的非等溫性。熔體進(jìn)入模具時，接近表 面層先生成小球晶，而內(nèi)層生成大的球晶；澆口附近溫度高，受熱時間長結(jié)晶度高，而遠(yuǎn)離澆口處因冷卻快，結(jié)晶度低，所以造成制品性能上的不均勻性。 第二節(jié) 1取向機(jī)理 聚合物在加工過程中，在力的作用下，流動的大分子鏈段一定會取向，取向的性質(zhì)和程度根據(jù)取向條件有很大的區(qū)別。按熔體中大分子受力的形式誤作用的性質(zhì)可分為剪切應(yīng)力作用下的 “流動取向 ”和受拉伸取向效應(yīng) 作用下的 “拉伸取向 ”。 按取向結(jié)構(gòu)單元的取向方向，可分單軸和雙軸或平面取向。按熔體溫場的穩(wěn)定性可分等溫和非等溫流動取向。也可分結(jié)晶和非結(jié)晶取向 。 聚合物熔體在模腔中的流動是注塑的主要流動過程，熔體在型腔中取向過程，將直接影響制品的質(zhì)量。 欲理解注塑制品在型腔中成型的機(jī)理需了解無定型聚合物的取向機(jī)理。充模時，無定型聚合物熔體是沿型壁流動，熔體流入型腔首先同模壁接觸霰成來不及取向的凍結(jié)層外殼。而新料沿著不斷增長地凝固層內(nèi)壁向前流動。推動波前峰向前移動。 靠近凝固層的分子鏈，一端被固定凝固層上，而另一端被鄰層的分子鏈沿著流動方向而取向。由于靠近凝固層助力最大，速度最??；而中心外流動助力最小，速度最大，這樣在垂直于流動方向上形成速度梯度；凝固層 處的速度梯度最大，中心處的速度梯度最小，因此靠近凝固層的熔體流受剪切作用最強(qiáng)，取向程度最大，而在靠近中心層剪切作用最小，取向也最小，形成小取向?qū)訁^(qū)。 2 取向?qū)χ破沸阅艿挠绊? 由于非結(jié)晶型聚合物的取向是大分子鏈在應(yīng)力作用方向上的取向，所以在取向方向的力學(xué)性質(zhì)明顯增加，而垂直于取向方向的力學(xué)性質(zhì)卻又明顯地降低；在取向方向的拉伸強(qiáng)度，斷裂伸長率，隨取向度增加而提高。 雙軸取向的制品其力學(xué)性質(zhì)具有各異性并與兩個方向拉伸倍數(shù)有關(guān)。雙軸取向改變了單軸取向的力學(xué)性質(zhì)。在通常注塑條件下，注塑制品在流動方向上的拉伸強(qiáng) 度大約是垂直方向的確良 1~，而沖擊強(qiáng)度為 1~10倍，說明垂直于流動 方向上的沖擊強(qiáng)度降低很多。 注塑制品的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度隨取向度提高而上升。有的隨取向度高和結(jié)晶度的提高，其聚合物的玻璃化溫度值可升高 ~25度。 由于在制品中存在有一定的高彈形秋，一定溫度下已取向的分子鏈段要產(chǎn)生松馳作用：非結(jié)晶型聚合物的分子鏈要重新蜷曲，結(jié)晶率與取向度成正比。所以收縮程度是取向程度的反映。線膨脹系數(shù)也將隨取向度而變化；在垂直于流動方向線膨脹系數(shù)比取向方向約大 3倍。取向后的大分子被拉長，分子之間的作用力增加，發(fā)生 “應(yīng) 力硬化 ”現(xiàn)象，表現(xiàn)了注塑制品模量提高的現(xiàn)象。 “凍結(jié)取向 ”越大，則越容易發(fā)生應(yīng)力松馳，制品收縮也越大。所以制品收縮反映了取向的程度。 3 影響制品取向的因素 在注塑加工中，聚合物熔體的取向過程可分兩個階段進(jìn)行。第一階段是充模階段，這時流動的特點是：熔體壓力低，剪切速率大，模壁處的物料在快速冷卻條件丐進(jìn)行。這一階段聚合物熔體的粘度主要是溫度和剪切速率的函數(shù)。第二階段是保壓階段。其特點是剪切速率低，壓力高，溫度逐漸下降。 聚合物熔體的粘度主要依賴于溫度和注射壓力，但對取向影響主要是熔體加工溫度。對結(jié)晶影響主 要是模具溫度。 取向即與剪切或拉伸作用有關(guān)，也與大分子鏈的自由能有關(guān)。根據(jù)這種機(jī)理，控制取向的條件有以下因素。 （ 1）物料溫度和模具溫度增高都會使取向效自學(xué)成才降低。因為熔體升高時粘度會降低。 如果熔體加工溫度高它和凝固溫度之間的溫度域加寬，松馳時間加長，容易解取向。非結(jié)晶型聚合物的松馳時間是從加工溫度降至玻璃化溫度的時間，而對結(jié)晶型聚合物是加工溫度至熔化溫度的時間，由于熔點溫度高于玻璃化溫度，顯然非結(jié)晶型聚合物松馳時間要長于結(jié)晶型聚合物。因此加工結(jié)晶型聚合物冷卻速度大，松馳過程短。容易產(chǎn)生凍結(jié)取向。 而非結(jié)晶型聚合物冷卻速度慢，松馳過程長容易解取向，取向效果將減小。 （ 2）注射壓力增加可提高熔體的剪切自學(xué)成才力和剪切速率，有助于加速高分子的取向效應(yīng)。因此，注射壓力與保壓壓力的提高都會使結(jié)晶與取向作用加強(qiáng)，制品的密度將隨保壓壓力的升高而訊速增長。 （ 3）澆口封閉時間會影響取向效應(yīng)。如果熔體流動停止后，大分子的熱運動仍較強(qiáng)烈，會使已取向的單元又發(fā)生松馳，產(chǎn)生解取向的效應(yīng)。采用大的澆口由于冷卻得慢，封閉時間延長，熔體流動時間延長增加了取向效果，尤其在澆口處的取向更為明顯，所以直澆口比點澆口更容易維持取向效 應(yīng)。 （ 4）模具溫度較低時，凍結(jié)取向效應(yīng)提高。而解取向作用減小。 （ 5）關(guān)于充模速度對制品取向的影響?？焖俪淠鸨砻娌课坏母叨热∠?，但內(nèi)部取向小，因為在一定溫度條件下，快速充模會維持其制品心部在較高的溫度下冷卻，使冷卻時間加長，高分子松馳時間延長使解取向能力加強(qiáng)，所以心部取向程度反而比表層的小。在注射溫度相同條件下，慢速充模會延長流動時間，實際熔體溫度要降低，剪切力要增加。這時熔體的實際溫度與玻璃化溫度或熔點的區(qū)間要比快速充模區(qū)間小，則應(yīng)力松馳時間也短，所以解取向作用?。涣硪环矫媛俪淠Ｈ垠w的溫 度比快速充模時來得低些，解取向作用減小，而取向作用會增加。就制品心部的結(jié)構(gòu)形態(tài)而言，快速充模會引起較小的取向，而慢速充模反而會引起大的取向。 綜上所述，影響聚合物結(jié)晶與取向的因素有以下幾個方面： 1 溫度： a 熔體溫度。 b 熔體加工過程的溫度。 c 模具溫度。 d 聚合物熔點。 e聚合物玻璃化溫度。 f熔體最大結(jié)晶速率溫度。 2 時間： a 聚合物加熱時間。 b 充模時間。 c 保壓時間。 d 澆口封閉時間。 e 冷卻時間。 3 壓力： a充模壓力。 b保壓壓力。 4 速度： a充模速度。 b塑化速度。 第三節(jié) 內(nèi)應(yīng)力 1 內(nèi)應(yīng)力產(chǎn)生 在注塑制品中，各處局部應(yīng)力狀態(tài)是不同的，制品變形程度將決定于應(yīng)力分布。如果制品在冷卻時。存在溫度梯度，則這類應(yīng)力會發(fā)展，所以這類應(yīng)力又稱為 “成型應(yīng)力 ”。 注塑制品的內(nèi)應(yīng)力包兩種：一種是注塑制品成型應(yīng)力，另一種是溫度應(yīng)力。當(dāng)熔體進(jìn)入溫度較低的模具時，靠近模腔壁的熔體訊速地冷卻而固化，于是分子鏈段被 “凍結(jié) ”。由于凝固的聚合物層，導(dǎo)熱性很差，在制品厚度方向上產(chǎn)生較大的溫度梯度。制品心部凝固相當(dāng)緩慢，以致于當(dāng)澆口封閉時，制品中心的熔體單元還未凝固，這時注塑機(jī)又無法對冷卻收縮進(jìn)行補(bǔ)料。這樣制品內(nèi)部收縮作用與硬皮層 作用方向是相反的；心部處于靜態(tài)拉伸而表層則處于靜態(tài)壓縮。 在熔體充模流動時，除了有體積收縮效應(yīng)引起的應(yīng)力外。還有因流道，澆口出口的膨脹效應(yīng)而引起的應(yīng)力；前一種效應(yīng)引起的應(yīng)力與熔體流動方向有關(guān)，后者由于出口膨脹效應(yīng)將引起在垂直于流動方向應(yīng)力作用。 2 影響愉應(yīng)力的工藝因素 （ 1）向應(yīng)力的影響在速冷條件下，取向會導(dǎo)致聚合物內(nèi)應(yīng)力的形成。由于聚合物熔體的粘度高，內(nèi)應(yīng)力不能很快松馳，影響制品的物理性能和尺寸穩(wěn)定性。 各參數(shù)對取向應(yīng)力的影響 a 熔體溫度，熔體溫度高，粘度低，剪切應(yīng)力降低取向度減??；另一方面由 于熔體溫度高會使應(yīng)力松馳加快，促使解取向能力加強(qiáng)。 可是在不改變注塑機(jī)壓力的情況下，模腔壓力會增大，強(qiáng)剪切作用又導(dǎo)致取向應(yīng)力的提高。 b在噴嘴封閉以前，延長保壓時間，會導(dǎo)致取向應(yīng)力增加。 c提高注射壓力或保壓壓力，會增大取向應(yīng)力， d模具溫度高可保證制品緩慢冷卻，起到解取向作用。 e 增加制品厚度使取向應(yīng)力降低，因為厚壁制品冷卻時慢，粘度提高慢，應(yīng)力松馳過程的時間長，所以取向應(yīng)力小。 （ 2）對溫度應(yīng)力的影響 如上所述由于在充模時熔體和型壁之間溫度梯度很大，先凝固 的外層熔體要助止后凝固的內(nèi)層熔體 的收縮，結(jié)果在外層產(chǎn)生壓應(yīng)力（收縮應(yīng)力），內(nèi)層產(chǎn)生拉應(yīng)力（取向應(yīng)力）。 如果充模后又在保壓壓力的作用下持續(xù)較長時間，聚合物熔體又補(bǔ)入模腔中，使模腔壓力提高，此壓力會改變由于溫度不均而產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力。但在保壓時間短，模腔壓力又較低的情況下，制品內(nèi)部仍會保持原來冷卻時的應(yīng)力狀態(tài)。 如果在制品冷卻初期模腔壓力不足時，制品的外層會因凝固收縮而形成凹陷；如果在制品已形成冷硬層的后期模腔壓力不足時，制品的內(nèi)層會因收縮而分離，或形成空穴；如果在澆口封閉前維