什么是结晶性塑料?及结晶对性能和加工性能的影响 |
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一、什么是结晶性塑料? 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(或称为“无定型区”),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、聚对苯二甲酸乙二酯PET、聚对苯二甲酸乙二酯PBT等。 韧普利技术工程师注:结晶度大于80%称为结晶塑料,这一说法存疑,通常均聚聚丙烯的结晶度在50%左右,高结晶的也就达到60%多,而抗冲聚丙烯的结晶度大约在40%左右,有些分子量大的无规共聚PPR的结晶度才20%多。 塑料的这种结晶与非结晶共存的特性,正好可以人为的控制结晶区域,比如POE,可以控制乙烯和辛烯的比例,结晶的乙烯作为硬段,而无定型的辛烯作为软段,如果乙烯多了,POE就结晶塑料,如果辛烯多了,POE就接近弹性体。 二、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),韧性也较差,延展性较差,尤其是球晶尺寸偏大的情况。 (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。但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)。这里解释了为什么结晶≠不透明! (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)以下。 (4)耐溶剂性,渗透性等得到提高,因为结晶使聚合物分子之间排列更加紧密。 三、影响结晶的因素有哪些? (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)成核剂,由于低温有利于快速成核,但却减慢了晶粒的成长,因此为了消除这一矛盾,在成型材料中加入成核剂,这样使得塑料能在高模温下快速结晶,并且成核剂的加入,通常使结晶细化。这个解释,可以理解成核剂的真正作用。 四、结晶性塑料对注塑机和模具有什么要求? (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。尤其是熔点比较高的材料,比如加玻纤的尼龙双6,如果射咀(喷嘴)不加单独的加热圈,很容易冻住射嘴孔。 (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。 五、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。 六、附表 6.1 结晶性塑料与非结晶性塑料物性差异 物性 结晶非结晶性物性结晶非结晶性比重较 高较低耐磨耗性较佳较低拉伸强度较 高较低抗潜变性(Creep)较佳较低拉伸模数较 高较低硬度较硬较低延展性或伸长率较 低较高透明性较低较高耐冲击性较 低较高加玻纤补强效果较高较低最高使用温度较 高较低尺寸安定性较差较佳脆性较 脆——翘曲性较易——收缩率较 高较低着色性较难较易流动性(MI)较 佳较低耐热性较高较低耐化学药品性较 高较低折动性较佳较差 6.2 结晶性塑料与非结晶性塑料例表 结晶性塑料非结晶性塑料泛用 塑 料 聚乙烯(Polyethylene,PE) 聚丙烯 (Ploypropylene,PP) 聚氯乙烯(Polyvinyl Chloride,PVC) 丙烯腈—丁二烯—苯乙烯共聚合物 (Geneeeral purpose polystyrene,GPPS) 亚克力(亚加力) (Acrylic Resin,PMMA) 泛用 工 程 塑 料 尼龙(Polyamide,PA-6,PA-66,PA-46,PA-11,PA-12) 聚对苯二甲酸乙酯 (Polyethylenephthalate,PET) 聚对苯二甲酸丁酯 (Polybutylenephthalate,PBT) 聚甲醛(赛刚料) (Polyacetal,Polyoxy Methylene,POM) 聚苯醚 (Polyphenyl ether,PPE) 聚碳酸酯(Polycarbonate,PC) 改性聚苯醚 (Polyphenylene Oxide,PPO) 特殊 工 程 塑 料 聚苯硫醚(Polyphenylene Sulfide,PPS) 液晶 (Liquid Crystal Polymer,LCP) 聚二醚酮 (Polyether Ether Ketone,PEEK) 氟碳树脂 (Polytetrafluorcethylene ,PTFE) 聚氧苯甲酯 (Polyoxybenzylene,POB) 聚醚(Polyphenylene Sulfide,PES) 聚砜 (Polysulfone,PSF) 聚芳香酯 (Polyarylate,U-Polymer,PAR) 聚醚酰亚胺 (Polyetherimide,PEI) 聚酰胺酰亚胺 (Polyamideimide,PAI)
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