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结晶对塑料性能的影响

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结晶性塑料有明显的熔点,固体时分子呈规则排列。规则排列区域称为晶区,无序排列区域称为非晶区,晶区所占的百分比称为结晶度,通常结晶度在80%以上的聚合物称为结晶性塑料。常见的结晶性塑料有:聚乙烯PE、聚丙烯PP、聚甲醛POM、聚酰胺PA6、聚酰胺PA66、PET、PBT等。


一、结晶对塑料性能的影响


1)力学性能


结晶使塑料变脆(耐冲击强度下降),韧性较强,延展性较差。


2)光学性能


结晶使塑料不透明,因为晶区与非晶区的界面会发生光散射。减小球晶尺寸到一定程式度,不仅提高了塑料的强度(减小了晶间缺陷)而且提高了透明度,(当球晶尺寸小于光波长时不会产生散射)。


3)热性能


结晶性塑料在温度升高时不出现高弹态,温度升高至熔融温度TM时,呈现粘流态。因此结晶性塑料的使用温度从Tg(玻璃化温度)提高到TM(熔融温度)。


4)耐溶剂性,渗透性等得到提高,因为结晶分排列更加紧密。


二、影响结晶的因素


1)高分子链结构。对称性好、无支链或支链很少或侧基体积小的、大分子间作用力大的高分子容易相互靠紧,容易发生结晶。


2)温度。高分子从无序的卷团移动到正在生长的晶体的表面,模温较高时提高了高分子的活动性从而加快了结晶。


3)压力。在冷却过程中如果有外力作用,也能促进聚合物的结晶,故生产中可调高射出压力和保压压力来控制结晶性塑料的结晶度。


4)形核剂。由于低温有利于快速形核,但却减慢了晶粒的成长,因此为了消除这一矛盾,在成型材料中加入形核剂,这样使得塑料能在高模温下快速结晶。


三、结晶性塑料对注塑机和模具的要求


1)结晶性塑料熔解时需要较多的能量来摧毁晶格,所以由固体转化为熔融的熔体时需要输入较多的热量,所以注塑机的塑化能力要大,最大注射量也要相应提高。


2)结晶性塑料熔点范围窄,为防止射咀温度降低时胶料结晶堵塞射咀,射咀孔径应适当加大,并加装能单独控制射咀温度的发热圈。


3)由于模具温度对结晶度有重要影响,所以模具水路应尽可能多,保证成型时模具温度均匀。


4)结晶性在结晶过程中发生较大的体积收缩,引起较大的成型收缩率,因此在模具设计中要认真考虑其成型收缩率


5)由于各向异性显著,内应力大,在模具设计中要注意浇口的位置和大小,加强筋和位置与大小,否则容易发生翘曲变形,而后要靠成型工艺去改善是相当困难的。


6)结晶度与塑件壁厚有关,壁厚冷却慢结晶度高,收缩大,易发生缩孔、气孔,因此模具设计中要注意控制塑件壁厚的控制。


四、结晶性塑料的成型工艺


1)冷却时释放出的热量大,要充分冷却,高模温成型时注意冷却时间的控制。


2)熔态与固态时的比重差大,成型收缩大,易发生缩孔、气孔,要注意保压压力的设定。


3)模温低时,冷却快,结晶度低,收缩小,透明度高。结晶度与塑件壁厚有关,塑件壁厚大时冷却慢结晶度高,收缩大,物性好,所以结晶性塑料应按要求必须控制模温。


4)各向异性显著,内应力大,脱模后未结晶折分子有继续结晶化的倾向,处于能量不平衡状态,易发生变形、翘曲,应适当提高料温和模具温度,中等的注射压力和注射速度。

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