【文章內(nèi)容簡介】 抗張強度、抗彎強度等 ).在這種形態(tài)下 ,塑膠件可以被使用或進(jìn)行機械加工 (如 :切削、鉆孔、銑刨等 ). ? 一般非結(jié)晶形塑料 (如 :聚苯乙烯、有機玻璃、聚碳酸酯等 ),其玻璃化溫度高于室溫 ,我們可以將原料顆粒、定型了的制件視為玻璃態(tài) .至于聚乙烯、聚丙烯等“軟”性塑料 ,事實上也存在著“硬”性的玻璃態(tài) .這類塑料中的非結(jié)晶部分 ,玻璃態(tài)溫度比室溫低很多 (－ 123～ 85℃ ),在玻璃態(tài)度溫度以上處于高彈態(tài) ,表現(xiàn)為柔性 ,而結(jié)晶部分熔點又比室溫為高 (137℃ ),因晶格能的束縛 ,鏈段不能自由活動 ,表現(xiàn)為剛性 ,所以也能作為具有固定形狀的塑料使用 . ? 高彈態(tài) ? 處于高彈態(tài)下的塑料分子 ,動能增加 ,鏈段展開成網(wǎng)狀 ,但分子 的運動仍維持在小鏈段的旋轉(zhuǎn) ,鏈與鏈之間不發(fā)生位置移動 .受外力作用時可產(chǎn)生緩慢形變 ,當(dāng)外力除去后 ,又是慢慢恢復(fù)原狀 .在這種狀態(tài)下 ,塑料具有一種類似橡膠的彈性 ,所以又稱橡膠態(tài) .通常稱為彈性或橡膠體的高聚物 ,便函是在室溫下處于高彈態(tài)的高聚物 . ? 高彈態(tài)有兩個特點 : ? (1)在較小作用力下可產(chǎn)生較大變形 ,外力解除后能恢復(fù)原狀 . ? (2)高彈形變并非瞬間發(fā)生 ,而是隨時間逐漸發(fā)展 .與普通的彈性形變不同 ,在同樣外力作用下 ,形變要延遲一段時間才能完成 ,而且形變量大 ,松弛性也較明顯 . ? 塑料的高彈態(tài)其實只有在熱加工過程中才出現(xiàn) . ? 粘流性 ? 處于粘流態(tài)下的塑料分子 ,網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)已經(jīng)解體 ,大分子鏈與鏈之間 ,鏈段與鏈段之間都有能夠自由移動 .可以說 ,這是塑料的“液體”存在的形式 ,只是粘性大 ,物理構(gòu)成不同 ,力學(xué)性質(zhì)不同 .當(dāng)給予外力時 ,分子間很容易相互滑動 ,造成塑性體的變形 ,除去外力便不再恢復(fù)原狀 . ? 塑料熱成型過程可以這樣描述 :通過熱和力的作用 ,讓塑料從室溫的玻璃態(tài) ,經(jīng)歷程高彈態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)檎沉鲬B(tài) ,注射入具有一定形狀的封閉模腔 ,然后在模腔內(nèi)逐漸冷卻 ,從粘流態(tài)轉(zhuǎn)回玻璃態(tài) ,最后形成與模腔形狀一致的制品 . ? 塑料只能在粘流態(tài)下才能注射充填成型 ,即是說 ,塑料的加工溫度范圍只能是從粘流溫度 (或結(jié)晶型塑料的熔點 )到分解溫度之間 .如果這個范圍寬 ,加工將比較容易 ,如果這個范圍窄 ,可選擇的加工溫度限制就大 ,加工就較為困難 .前者以聚乙烯為代表 ,后者以聚氯乙烯為代表 .經(jīng)常應(yīng)用的聚苯乙烯、 ABS等亦屬于范圍寬的一類 ,所以在設(shè)定注塑機料筒溫度時 ,能夠比較隨意 。如果不需考慮色粉對高溫的敏感性 ,溫度調(diào)高些或調(diào)低些 ,對生產(chǎn)影響不大 . ? 塑料在加熱料筒中經(jīng)歷的熱力學(xué)變化如圖 C所示 : ? 從圖中可以看出 ,在熱的作用下 ,塑料是從玻璃態(tài)經(jīng)歷高彈態(tài)轉(zhuǎn)化為粘流態(tài) .正常的加工溫度應(yīng)保證這種轉(zhuǎn)化順利進(jìn)行 ,從進(jìn)料段往前到射嘴段 ,溫度逐漸遞增 ,如若破壞了這種遞增 ,將使操作不穩(wěn)定 .即使有時在實際生產(chǎn)中 ,調(diào)校的射嘴溫度比其前段料筒溫度略低 ,但前段料筒位置內(nèi)的料事實上已完全進(jìn)入粘流態(tài) ,稍低溫度的射嘴起著保溫及出料均勻的作用 . ? 塑料的粘流態(tài)溫度范圍有一定極限 ,超過了這種極限 ,即超過了分解溫度 ,塑料產(chǎn)生分解 ,會破壞原來的化學(xué)結(jié)構(gòu) ,成為低分子化合物 ,甚至碳化 .有時噴嘴對空注射發(fā)生爆鳴聲 ,就是由于氣態(tài)低分子生成物從料筒內(nèi)的高壓突然轉(zhuǎn)變?yōu)榈蛪哼M(jìn)入大氣 ,瞬間膨脹造成 .這種現(xiàn)象的出現(xiàn) ,說明料筒內(nèi)部分塑料不堪高溫或長時間受熱而發(fā)生了分解 . ? 正常生產(chǎn)過程中的塑料 ,不般不會超過分解溫度 ,但如果料筒內(nèi)壁或螺桿損傷后有死角 ,造成長時間停滯或受到劇烈的擠壓剪切 ,就有可能發(fā)生分解 ,注塑出來的制件 ,往往帶有焰火狀黃斑 . 三、塑料分子的取向 ? 塑料成型加工過程中 ,有一個取向現(xiàn)象值得注意 .我們先看一下塑料實際上是如何流入成型模具的 ,這將有助于了解塑膠表面和芯部方向性的產(chǎn) 生原因 .如下圖所示 : ? 非晶態(tài)高聚物的玻璃態(tài)、高彈態(tài)和粘流態(tài)以及結(jié)晶型高聚物的非晶態(tài)部分 ,在一定條件下 ,會存在分子取向 .當(dāng)液體狀態(tài)下的塑料在注塑機中受力的作用下 ,高速通過噴嘴及模具的流道時 ,長線形的高分子會順著流動方向作相互平行的排列 ,一旦這些排列在塑料冷卻固化之前來不及消除而留在了固態(tài)塑料制件之中 ,分子的取向及因此而形成的取向效應(yīng)便保持下來 . ? 一般來說 ,取向作用會使制件的整體性遭受削弱 ,表現(xiàn)為塑件內(nèi)部各處的物理機械性能不均衡 .由于分子排列的結(jié)果 ,與分子鏈相垂直的方向 ,強度將差于平行方向 .顯然 ,當(dāng)這種取向強烈時 ,制件很可能出現(xiàn)翹曲變形或開裂 . ? 下表列舉了幾種常用塑料分子取向后其橫、直兩個方向上的抗張強度及伸長率的比較 : 塑 料 抗張強度 (Mpa) 伸 長 率 (%) 橫 向 直 向 橫 向 直 向 聚苯乙烯 高沖擊聚苯乙烯 A B S 低壓聚乙烯 聚 碳 酸 酯 ─ ─ ? 塑料的取向作用在有些制品上是比較容易注意到的 .如圖 D中的透明聚苯乙烯圓形面蓋制品 ,粗的直澆口設(shè)在中央 ,由于注塑時起始射壓不高 ,后來的塑料在較大的壓力梯度下緩慢進(jìn)入模腔 ,造成分子輻射狀的取向排列 ,加上冷卻過程太快 ,定向作用便被保留下來 .結(jié)果 ,經(jīng)過一段不長時間的使用或靜置 ,機械強度的差異便以應(yīng)力破壞的方式暴露出來 ,從中央開始沿輻射方向出現(xiàn)眾多裂紋 . ? 圖 E是黑色的改性聚苯乙烯及聚苯乙烯共混料制件 ,在料流方向上出現(xiàn)一個彎曲位 A,由于通道突然收縮變窄 ,塑料充盈時壓力梯度大 ,分子取向作用大 ,當(dāng)注射接近結(jié)束發(fā)生輕微脹模時 ,熱熔料擠開基本冷固了的排列有序的分子鏈 ,于是出現(xiàn)了 A位置應(yīng)力發(fā)白的缺陷 . ? 1注塑機料筒 。 2樹脂注入模具 (實際上由主流道、澆口組成 )。 ? 3模具 (型腔內(nèi)部 )。 4中心處流速較快的部分 。 ? 5沿模腔壁面而流速極慢的部分 。 6取向而拉伸展開的樹脂分子 。 ? 7纏繞在一起的樹脂分子 ? 克服取向作用一個途徑是采用較充分的注射條件 (如 :加快注射速度 ,提高料溫和模溫 ),必要時讓制件在接近塑料軟化溫度下進(jìn)行“退火” ,但效果并不太理想 . ? 備注 :退火是在低于 Tm而高于 Tg的溫度下 (一般是在熱變形溫度以下20～ 30℃ )進(jìn)行的熱處理方法 . 四、熔體粘度 ? 熔體粘度是反映塑料熔體流動的難易程度的特性 ,是熔體流動阻力的度量 ,粘度越高 ,流動阻力越大 ,流動越困難 .聚乙烯的分子形狀及其分子量分布的不同 ,其熔體粘度將有不同的表現(xiàn) .當(dāng)熔融溫度或施加的壓力所引起速度變化時 ,將對加聚物或縮聚物的熔融粘度產(chǎn)生影響 .圖 11和圖12為各種樹脂的熔融粘度和溫度、壓力的關(guān)系 . ? 從圖 11可以看出 ,乙酸纖維素、聚苯乙烯、聚甲基丙烯甲酯、尼龍及聚碳酸酯等樹脂 ,它們都是隨著溫度的增加粘度急劇下降的 ,因此曲線的斜率較大 ,而聚乙烯及聚甲醛樹脂則對溫度不敏感 . ? 圖 12和圖 13表示測定時因加壓引起速度 (稱之為剪切速度 )變化時 ,各樹脂熔體粘度的變化情況 .從圖 12可知 ,聚苯乙烯及各種聚乙烯樹脂的熔體粘隨速度的增加表現(xiàn)出急劇下降的傾向 ,而尼龍、聚甲醛、聚甲基丙烯酸甲酯及聚碳酸酯的熔體粘度則對速度不敏感 .圖 13中把熱塑性聚酯和聚丙烯作了比較 ,如在 100cm/s的低速度區(qū)域 ,當(dāng)剪切速度改變時熱塑性聚酯的粘度幾乎不變 ,而聚丙烯樹脂的粘度則隨剪切速度的增加而急劇下降 . 一些塑料粘度受溫度的影響 序 號 塑 料 對溫度的敏感度 1 C A 最 高 2 P S 較 高 3 P P 稍 低 4 P E 一 般 5 P O M 差 ? 熱塑性樹脂存在這樣一種傾向 ,如果其熔體粘度對溫度敏感的話對剪切速度就表現(xiàn)得不敏感 。相反 ,對剪切速度敏感的話對溫度就不敏感 .唯一例外的樹脂是聚苯乙烯 ,它的熔體粘度不僅對溫度敏感而且對剪切速度也敏感 . 壓力對塑料熔體粘度的影響 (示例 ) 序號 名 稱 熔點溫度 (℃) 壓力變化范圍 /Mpa 粘度增大倍數(shù) 1 P S 131～ 165 0～ 134 2 A B S 130～ 160 14～ 100 3 P E 105～ 136 0～ 14 4 HDPE 105～ 137 14～ 5 LDPE 105～ 125 14～ 6 MDPE 110～ 120 14～ 7 P P 160～ 176 14～ ? 聚苯乙烯 (PS)之所以是最容易成型加工的樹脂 ,就是因為能簡單地通過提高熔融溫度 ,或通過提高熔融樹脂注入到模具時的速度 (注射速度 )的方法來降低其樹脂粘度 .象尼龍含有官能團的樹脂其最佳成型溫度 (實際的注射溫度 )都在熔融溫度附近 ,而且其溫度可調(diào)范圍較小 。由于活潑原子團組成的加聚物 ,其最佳成型