【正文】 切換到半自動(dòng)模式注射樣品：關(guān)安全門 → 主畫面上顯示機(jī)器的操作狀態(tài) → 待樣條頂出后，開安全門。 ⑨ 檢查注射制品外觀，根據(jù)充模情況修改射出參數(shù)。 ⑩ 開合安全門一次，自動(dòng)進(jìn)行下一輪注射操作。 (2) 剪切試樣 操作過程： ① 按照被剪材料的厚度，調(diào)整刀片的間隙 。 ② 剪板機(jī)操作前先作 13 次空行程，正常后才可實(shí)施剪切工作 。 上海工程技術(shù)大學(xué)畢業(yè)論文 注塑成型過程中聚合物結(jié)晶機(jī)制及力學(xué)行為的研究 23 ③ 將試樣要剪斷的位置與刀口對齊，在 在樣品中間部位取 1010mm 的小片樣品 。 (3) 打磨試樣 操作過程： ① 將 10 10mm 的小片樣品 鑲嵌在夾套中。 ② 在研磨機(jī)上對試樣進(jìn)行 打磨 。 ③ 在拋光機(jī)上對 試樣進(jìn)行拋光。 (4) X 射線衍射儀 操作過程： ① 將制備好的樣品 平放 在操作臺(tái)上 ，關(guān)閉安全門。 ② 通過計(jì)算機(jī)設(shè)置必要的參數(shù)值。 ③ 記錄圖譜和測量值。 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù) 與結(jié) 果 通過不斷調(diào)試注射工藝參數(shù)以及聚丙烯的廠家材料參數(shù)，選擇了最優(yōu)的注射工藝參數(shù)為： 注射時(shí)間 3s，冷卻時(shí)間 20s，保壓時(shí)間 5s，保壓力24MPa，注射壓力 30MPa， 又通過調(diào)整機(jī)筒溫度、模具溫度、注射速度，來反映 不同注射工藝參數(shù)下的結(jié)晶度 如表 ，其衍射圖為 圖 ~圖。表 中反映了不同機(jī)筒溫度、模具溫度、注射速度 的注射 工藝 參數(shù)下，試樣不同位置的結(jié)晶度。圖 ~圖 反映了 試樣在 X 射線衍射儀測試下生成在計(jì)算機(jī)上的衍射圖譜， 從圖譜中可知， 結(jié)晶完整的晶體，晶粒較大，內(nèi)部質(zhì)點(diǎn)的排列比較規(guī)則，衍射 峰 強(qiáng)、尖銳 ；反之， 結(jié)晶度差的晶體，往往是晶粒過于細(xì)小，晶體中有位錯(cuò)等缺陷，使衍射線峰形寬而彌散 ，因此 結(jié)晶度越差，衍射能力越弱，衍射峰越寬，直到消失在背景之中 。圖譜中五強(qiáng)峰的均值為 晶相散射強(qiáng)度，五強(qiáng)峰之間的最低點(diǎn)為非晶相彌散強(qiáng)度。 上海工程技術(shù)大學(xué)畢業(yè)論文 注塑成型過程中聚合物結(jié)晶機(jī)制及力學(xué)行為的研究 24 表 不同注射工藝參數(shù)下的結(jié)晶度 試樣 機(jī)筒溫度（℃） 模具溫度（℃） 注射速度（ mm s1） 位置 晶相散射強(qiáng)度（ %） 非晶相彌散強(qiáng)度（ %） 結(jié)晶度（ %） 1 190 50 45 中心處 2 195 50 45 中心處 3 210 50 45 中心處 4 195 40 45 中心處 5 195 50 45 遠(yuǎn)澆處 6 195 60 45 中心處 7 195 50 25 中心處 8 195 50 35 中心處 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 2505000100001500020210250003000035000 Intensity(counts)2 ? ( ? ) 圖 試樣 1的 X射線衍射圖 上海工程技術(shù)大學(xué)畢業(yè)論文 注塑成型過程中聚合物結(jié)晶機(jī)制及力學(xué)行為的研究 25 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 2505000100001500020210250003000035000 Intensity(counts)2 ? ( ? ) 圖 試樣 2的 X射線衍射圖 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 250500010000150002021025000300003500040000 Intensity(counts)2 ? ( ? ) 圖 試樣 3的 X射線衍射圖 上海工程技術(shù)大學(xué)畢業(yè)論文 注塑成型過程中聚合物結(jié)晶機(jī)制及力學(xué)行為的研究 26 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25050001000015000202102500030000 Intensity(counts)2 ? ( ? ) 圖 試樣 4的 X射線衍射圖 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 2505000100001500020210250003000035000 Intensity(counts)2 ? ( ? ) 圖 試樣 5的 X射線衍射圖 上海工程技術(shù)大學(xué)畢業(yè)論文 注塑成型過程中聚合物結(jié)晶機(jī)制及力學(xué)行為的研究 27 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 250202140006000800010000 Intensity(counts)?? ( ? ) 圖 試樣 6的 X射線衍射圖 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 2505000100001500020210250003000035000 Intensity(counts)2 ? ( ? ) 圖 試樣 7的 X射線衍射圖 上海工程技術(shù)大學(xué)畢業(yè)論文 注塑成型過程中聚合物結(jié)晶機(jī)制及力學(xué)行為的研究 28 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 2505000100001500020210250003000035000 Intensity(counts)?? ( ? ) 圖 試樣 8的 X射線衍射圖 實(shí)驗(yàn)結(jié)論與分析 在 注射時(shí)間 3s，冷卻時(shí)間 20s，保壓時(shí)間 5s，保壓力 24MPa，注射壓力 30MPa 的條件下，分別對機(jī)筒溫度、 模具溫度、注射速度進(jìn)行 變量分析，得到注射工藝參數(shù)對結(jié)晶度的影響如下： 比較試樣 1,2,3，可以得到 機(jī)筒溫度對結(jié)晶度的影響，如圖 。在模具溫度為 50℃，注 射速度為 45 mm s1 的條件下，結(jié)晶度隨機(jī)筒溫度的增加而 減少 ， 原因在于機(jī)筒溫度 會(huì)影響熔體中殘存的微小有序區(qū)域或晶核的數(shù)量。晶核存在與否及晶核的大小對聚合物結(jié)晶 度 有很大影響。 如果機(jī)筒溫度越低 ，則熔體中就可能殘存較多的晶核；反之，殘存的晶核較少 。因此在較低的機(jī)筒溫度時(shí)， 體系中存在的晶核將起異相成核作用，結(jié)晶速率快，晶體尺寸小而均勻 ，從而導(dǎo)致結(jié)晶度越好。 同時(shí)，還可以發(fā)現(xiàn)機(jī)筒溫度越高，其結(jié)晶度 減少 的趨勢越緩慢 ，這是由于熔體中殘余的晶核在高溫下能溶解的數(shù)量越來越少，直至全部溶解，那么溫度再高也不會(huì)再影響上海工程技術(shù)大學(xué)畢業(yè)論文 注塑成型過程中聚合物結(jié)晶機(jī)制及力學(xué)行為的研究 29 結(jié)晶度。 190 195 200 205 2108 0 .88 1 .08 1 .28 1 .48 1 .68 1 .88 2 .08 2 .2 結(jié) 晶度 (%)機(jī) 筒 溫 度 ( ? C ) 圖 在模具溫度、注射速度恒定時(shí)，機(jī)筒溫度和結(jié)晶度的關(guān)系 比較試樣 2,4,6，可以得到 模具溫度對結(jié)晶度的影響，如圖 。在 機(jī)筒 溫度為 195℃，注射速度為 45 mm s1的條件下，結(jié)晶度隨模具溫度的增加而 減少 ，原因在 于 模具溫度與機(jī)筒溫度相差越 小 ，其過冷度也就越 小 ，過冷度越 小 會(huì)導(dǎo)致 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(shí)大分子鏈松弛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)晶的無定形區(qū) ，因此其結(jié)晶度也就越 差。 同時(shí)，還可以發(fā)現(xiàn)當(dāng) 模具溫度與機(jī)筒溫度相差越 小 ，其結(jié)晶度 減少 的趨勢越劇烈 ， 無定形 區(qū)越來也多， 從而 導(dǎo) 致 聚合物的 結(jié)晶度迅速降低。 而在過冷度較大時(shí)，因?yàn)?有利于 試樣 內(nèi)部晶核生長和球晶長大， 因而 結(jié)晶也較為規(guī)整 ，結(jié)晶度也較好。 相較于機(jī)筒溫度，模具溫度的變化對結(jié)晶度的影響更為顯著。 上海工程技術(shù)大學(xué)畢業(yè)論文 注塑成型過程中聚合物結(jié)晶機(jī)制及力學(xué)行為的研究 30 40 45 50 55 6075767778798081828384 結(jié) 晶度 (%)模 具 溫 度 ( ? C ) 圖 在機(jī)筒溫度、注射速度恒定時(shí)，模具溫度和結(jié)晶度的關(guān)系 比較試樣 2,7,8，可以得到 注射速度 對結(jié)晶度的影響，如圖 。在 機(jī)筒 溫度為 195℃， 模具溫度 為 50℃ 的條件下，結(jié)晶 度隨 注射速度 的增加而 增加 ，原因在 于當(dāng)注射速率越大時(shí)，剪切對結(jié)晶度的影響越大， 剪切會(huì)顯著影響聚丙烯的結(jié)晶動(dòng)力學(xué) ，如 增加球晶的生長速率，縮短結(jié)晶誘導(dǎo)時(shí)間，增加活化晶核密度 ， 因此其結(jié)晶度 隨剪切影響的增大而增大 。 同時(shí)，還可以發(fā)現(xiàn)當(dāng) 剪切速率 越大 時(shí) ，其結(jié)晶度 增加 的趨勢越劇烈，這是由于 球晶的生長速率 的增加， 結(jié)晶誘導(dǎo)時(shí)間 的減少， 活化晶核密度 的增加均 趨向于無窮大的， 結(jié)晶 區(qū)越來也多，因?yàn)閷?dǎo)致聚合物的結(jié)晶度 的增加 。 但相較于溫度對結(jié)晶度的影響，剪切對結(jié)晶度的影響較小，剪切的影響幾乎是在微觀的基礎(chǔ)上，而溫度的影響是在宏觀的基礎(chǔ)上。 上海工程技術(shù)大學(xué)畢業(yè)論文 注塑成型過程中聚合物結(jié)晶機(jī)制及力學(xué)行為的研究 31 25 30 35 40 458 1 .4 28 1 .4 48 1 .4 68 1 .4 88 1 .5 08 1 .5 28 1 .5 4 結(jié) 晶度 (%)注 射 速 度 (mm/s) 圖 在機(jī)筒溫度、模具溫度恒定時(shí)，注射速度和結(jié)晶度的關(guān)系 3 結(jié)晶度對力學(xué)性能 的影響 結(jié)晶度對制品力學(xué)行為的影響主要有 [38]： (1) 密度：結(jié)晶度高，分子鏈排列有序而緊密，分子間作用力強(qiáng)，所以密度隨結(jié)晶度的提高而增大。如 70%結(jié)晶度聚丙烯的密度為 。當(dāng)結(jié)晶度增至 95%時(shí)，密度增加到 。 (2) 拉伸強(qiáng)度：結(jié)晶度高，拉伸強(qiáng)度高。如結(jié)晶度為 70%時(shí)，聚丙烯拉伸強(qiáng)度為 ；當(dāng)結(jié)晶度增至 95%時(shí)。拉伸強(qiáng) 度可提高到 42MPa。 (3) 彈性模量：彈性模量隨結(jié)晶度的增加而增大。如聚四氟乙烯，當(dāng)結(jié)晶度從 60%增至 80%時(shí)，其彈性模量從 5600kg/cm2增至 11200 kg/cm2 [41]。 (4) 沖擊強(qiáng)度：沖擊強(qiáng)度隨結(jié)晶度的提高而減小。如聚丙烯，結(jié)晶度由 70%增至 95%時(shí)，其缺口沖擊強(qiáng)度由 。 上海工程技術(shù)大學(xué)畢業(yè)論文 注塑成型過程中聚合物結(jié)晶機(jī)制及力學(xué)行為的研究 32 分析 影響聚合物沖擊強(qiáng)度的因素 [4246]： ① 結(jié)構(gòu)（內(nèi)因）：分子鏈的支化程度增加，分子之間的距離增加，作用力減小，沖擊強(qiáng)度降低。適度的交聯(lián)可以有效地增加 分子鏈間的聯(lián)系，使分子鏈不易發(fā)生相對滑移。隨交聯(lián)度的增加，往往不易發(fā)生大的形變，材料沖擊強(qiáng)度提高。但是在交聯(lián)過程中，往往會(huì)使聚合物的結(jié)晶度下降或結(jié)晶傾向減小，因而過分的交聯(lián)反而使強(qiáng)度下降。對于不結(jié)晶的聚合物，交聯(lián)密度過大強(qiáng)度下降的原因可能是交聯(lián)度高時(shí)，網(wǎng)鏈不能均勻承載，易集中應(yīng)力于局部網(wǎng)鏈上，使有效網(wǎng)鏈數(shù)減小。這種承載的不均勻性隨交聯(lián)度提高而加劇，沖擊強(qiáng)度隨之下降。② 溫度（外因）：低溫和高應(yīng)變速率條件下，聚合物傾向于發(fā)生脆性斷裂。 (5) 熱能性：結(jié)晶度增加有利于提高軟化溫度和熱變形溫度。如聚丙烯，結(jié)晶度 由 70%增至 95%時(shí)，熱變形溫度由 ℃ 增至為 ℃ 。 (6) 翹曲：結(jié)晶度提高會(huì)使體積變小，收縮率加大。結(jié)晶型材料比非結(jié)晶型材料更易翹曲，主要原因是制品在模內(nèi)冷卻時(shí)，由于溫度的差異引起結(jié)晶度的差異，致使密度不均，收縮不等，從而產(chǎn)生較大的內(nèi)應(yīng)力而引起翹曲。 (7) 光澤度：結(jié)晶度提高會(huì)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(huì)引起光波的散射，而使透明度降低。以尼龍為例，采用低溫模具冷卻時(shí)，制品在模腔內(nèi)急速冷卻，由于結(jié)晶度低而變得透明；若采用高溫模具成型，則由于進(jìn)一步結(jié)晶而變得半透 明或呈乳白色 [47]。 拉伸 強(qiáng)度影響 的實(shí)驗(yàn)研究 實(shí)驗(yàn)原料 X 射線衍射中的 8 個(gè)試樣 —— 聚丙烯啞鈴片 上海工程技術(shù)大學(xué)畢業(yè)論文 注塑成型過程中聚合物結(jié)晶機(jī)制及力學(xué)行為的研究 33 圖 聚丙烯啞鈴片試樣 實(shí)驗(yàn) 儀器 微機(jī)控制電子萬能試驗(yàn)機(jī)（ 4204）深圳市新三思材料檢測有限公司 圖 微機(jī)控制電子萬能試驗(yàn)機(jī) 上海工程技術(shù)大學(xué)畢業(yè)論文 注塑成型過程中聚合物結(jié)晶機(jī)制及力學(xué)行為的研究