在聚合物成型過程中,不僅經(jīng)歷加熱和冷卻過程,而且受到剪切應(yīng)力、拉伸應(yīng)力等作用。料制品也隨著發(fā)生一系列的物理和化學(xué)變化。這些變化主要包括結(jié)晶、取向、降解和交聯(lián)它們對塑料制品的質(zhì)量和性能有著決定性的影響。以下各節(jié)格分別加以討論。
塑料成型過程中熔體受到剪切應(yīng)力或拉伸應(yīng)力作用,產(chǎn)生流動、取向等,所以在成型過程中聚合物的結(jié)晶是動態(tài)結(jié)晶。同時,不僅制品中同一區(qū)域的熔體溫度隨時間延長而降低,而且同一時間不同區(qū)域的制品所處的溫度也不同,因此成型中聚合物結(jié)晶還是非等溫過程。結(jié)晶聚合物的形態(tài)結(jié)構(gòu)不僅與聚合物本身的分子結(jié)構(gòu)有關(guān),還與其結(jié)晶形成的歷史密切相關(guān)。
(1)應(yīng)力、應(yīng)變作用的影響
塑料在擠出、注射、壓延、模壓和薄膜拉伸等成型過程中,受到高流體靜壓力的作用而使聚合物的結(jié)晶作用加快。在拉伸和剪切應(yīng)力作用下,大分子沿應(yīng)力或應(yīng)變的方向伸宣并有序排列,有利于誘發(fā)晶核形成和晶體的生長,使結(jié)晶速率增加本文來自環(huán)球塑化網(wǎng)pvc123.com,片晶厚度增加。例如,在500MPa的壓力下,聚合物可能生成完全伸直鏈晶體。
聚合物熔體的結(jié)晶度隨著應(yīng)力的增加而增大,并且壓力能使熔體結(jié)晶溫度升高。
(2)冷卻速度的影響
溫度對聚合物結(jié)晶有著顯著的影響。在Tm—Tg的范圍內(nèi),結(jié)晶溫度稍有變化,即使變化1℃,也可使結(jié)晶速度相差幾倍到幾十倍。因此,在塑料成型過程中溫度從Tm降低到Tg以下時的冷卻速度,決定著制品是否能形成結(jié)晶以及結(jié)晶的速度、結(jié)晶度、晶體的形態(tài)和尺寸等。
冷卻速度慢,聚合物的結(jié)晶過程從均相成核作用開始,在制品中容易形成大的球晶。而大的球品結(jié)構(gòu)使制品發(fā)脆,力學(xué)性能下降。冷卻程度不夠容易使制品扭曲變形。
如果冷卻速度過快,聚合物熔體的過冷程度大,驟冷使聚合物來不及結(jié)晶而成為過冷液體的非品結(jié)構(gòu),以致制品體積松散。在厚制品的內(nèi)部由于冷卻溫度稍慢仍可形成微晶結(jié)構(gòu),使得制品內(nèi)外結(jié)晶程度不均勻,制品會產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力。同時,由于制品中的微品和過冷液體結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定,成型后的繼續(xù)結(jié)晶會改變制品的形狀尺寸和力學(xué)性能。
在塑料成型中常采用中等的冷卻速度,控制冷卻溫度在最大結(jié)晶溫度和rl之間。塑料制品表面層能在較快的時間內(nèi)冷卻成為硬殼。冷卻過程中接近表層的區(qū)域先結(jié)晶,內(nèi)層因在較長的時間內(nèi)處于Tg以上的溫度范圍,有利于晶體的生長。因此,制品的晶體結(jié)晶完整,結(jié)構(gòu)穩(wěn)定,外觀尺寸穩(wěn)定性好。
(3)退火
退火(熱處理)的方法能夠使結(jié)晶聚合物的結(jié)晶趨于完善(結(jié)晶度增加),將不穩(wěn)定結(jié)晶結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變?yōu)榉€(wěn)定的結(jié)晶結(jié)構(gòu),微小的晶粒轉(zhuǎn)變?yōu)檩^大的品粒等。退火可明顯使晶片厚度增加,熔點(diǎn)提高,但在某些性能提高的同時又可能導(dǎo)致制品“凹陷”或形成空洞及變脆。此外,退火也有利于大分子的解取向和消除注射成型等過程中制品的凍結(jié)應(yīng)力。