五大工程塑料,除了PC之外,其他的四样PA,PBT和PET,POM,PPO都是半结晶材料,所以很有必要了解一下结晶对性能的影响。
众所周知,塑料的组成是由许多线状、细长之高分子化合物组成的集合体。依分子成正规排列的程度,称为结晶化程度(结晶度),而结晶化程度可用x线的反射来量测。
a、结晶性塑料有明显熔点(Tm),固体时分子呈规则排列,强度较强,拉力也较强。熔解时比容积变化大,固化后较易收缩,内应力不易释放出来,成品不透明,成形中散热慢,冷模生产之日后收缩较大,热模生产之日后收缩较小。
b、另有一种为非结晶性塑料,我们也称之为无定形塑料,其无明显熔点,固体时分子呈不规则排列。
控制塑料结晶的含义
控制塑料结晶有两方面含义:一方面是控制结晶度的大小,一方面为控制结晶质量,这两方面都会对塑料性能产生很大影响。
聚合物的结晶度愈高,熔融温度和耐热性也增高,弹性模量、硬度、拉伸、弯曲等强度皆提高,韧性下降。
以PP(聚丙烯)为例,在同一结晶度下,如果其制品中含有粗大的球晶,其制品透光性差,外观缺乏美感;球晶之间有明显的界面,在界面处易产生应力集中,则其韧性不好,而对刚性及硬度有利;微晶的数目增多,球晶数目减少,晶体尺寸变细,从而改善其物理性能,改善光泽和增加透明度。
如果含有β晶型的小球晶,则韧性好,改善冲击强度、屈服强度。而拉伸形成的串晶,可以改善其制品韧性,并大幅度提高拉伸强度、光泽度、硬度、阻隔能力等性能。
苏州维本工程塑料Wintone Z33耐磨降噪滑轮专用料,在各类门窗滑轮的应用上,与传统的POM和尼龙材料相比,Z33材料在保持了良好的承重力的同时,具有更好的耐磨性、吸振性和静音性能,使滑轮滚动更顺滑,能有效降低滑轮的分贝噪音和滚动时的杂音。
另外,Z33材料具有优异的抗形变能力、回弹性和抗冲击性,可以帮助解决POM滑轮跳轨的问题以及传统的滑轮材料受到强力冲击时易碎裂的问题。Z33材料的吸水率只有尼龙66的六分之一,注塑完不用水处理就具备强韧的力学性能,水份对Z33材料制造的滑轮的机械性能和尺寸的影响很小。同时,Z33材料具有优异的耐腐蚀性,Z33材料耐冷水、耐热水、耐盐、耐酸碱等各类化学介质。
Z33材料在门窗滑轮上的应用特点是:承重、顺滑、耐磨、静音、耐腐蚀、防脱轨、防爆抗冲击、强韧且不受水份影响。
控制结晶的方法
常用可控制结晶的方法有以下几种:
1.温度控制法
a、熔融温度熔融温度越低,越有利于均相成核的晶核形成,增加晶体生长点,既可以提高结晶度,又可以使晶体尺寸减小。所以在具体加工过程中在保证塑化成型前提下,熔融温度稍低一点,对结晶有利。
b、冷却温度冷却温度对结晶度及结晶质量影响最大,是控制结晶的最有效方缓慢冷却,可使塑料在结晶区内停留时间加长,从而使结晶度升高,但缓慢冷却却容易产生粗大的球晶,对韧性不利而对刚性及硬度有利。
快速冷却,一方面使塑料迅速经过结晶区域,从而降低结晶度;另一方而由于晶体生长时间短,也使结晶尺寸变细,有利于透明性及韧性的改善。
在实际应用中,采取缓冷还是快冷,视产品性能需要而定。如果要求产品的透明度高,则需快速冷却;如果要求产品刚性及硬度高,则需缓慢冷却。
2.成核剂控制法
成核剂的加入主要是促进异相成核,增加晶体生长点,使结晶度提高,并使晶体颗粒变细、从而改善冲击强度、屈服强度及光泽等。
成核剂有无机类、有机类及高分子三类:
a、无机成核剂无机成核剂以滑石粉为主,同时包括:CaCO3、云母、无机颜料等。这类成核剂对塑料透明性有影响,因而应限制其在透明制品中的用量。
b、有机成核剂有机成核剂主要有:钠、镁、铝、钛等金属芳香羧酸盐,有机磷酸盐、山梨酵糖类等。
c、有机高分子成核剂有机高分子成核剂为一些高熔点的聚合物,如乙烯基环烷烃可只于PP等。
值得注意的是,近来发现,成核剂不仅可以使晶体尺寸变细,还可以决定具体的晶型种类。以PP为例,在其制品成型过程中加入的β型成核剂,可以促进口品列的生成,最高可使β晶型含量达到85%"95%。常用的β型成核剂有:喹叮啶酮染料、水久红E3B、DACP(有机羧酸盐与金属盐复合成核剂)等。
3.拉伸控制法
对已经结晶的塑料薄膜及片材类制品进行拉伸,可以使晶体破碎而形成尺寸细小的晶体,并沿拉伸方向形成串晶,从而可以改善其制品韧性,并大幅度提高拉伸强度、光泽度、硬度、阻隔能力等性能。拉伸方法即可以改变塑料结晶质量,也可以提高其结晶度。
4.热处理控制法
热处理一方面可进一步促进结晶而增大结晶度;另一方面可完善结晶质量,使匆忙结晶而留下的结晶缺陷得到充分的修补。
热处理还可使结晶内的不同品型发生互相转化。如对含有β晶型的PP制品,在熔点以上进行热处理会全部熔解,再结晶时,将转化为α晶型,而拟六方晶型在70℃以上热处理即可以转变成α晶型。
以PA6为例,对其制品进行热处理后,其各种性能变化如下:
a、拉伸强度在热处理温度为120℃及保温时间为120min时,拉伸强度随处理温度的提高及保温时间的延长而提高,最大变化幅度可达到10%左右。
b、冲击强度在保温时间4h、处理温度从120℃提高到140℃时,冲击强度下降近60%。但温度超过140℃后,下降则平稳。在温度为180℃时,保温时间从10min延长到30min时,冲击强度也下降60%。保温时间超过30min后,下降则平缓。
c、硬度在一定范围内,随热处理温度升高及保压时间延长,硬度有所缓慢提高,提高幅度最高可达10%左右。
d、结晶度热处理可以促进二次结晶,因而可提高结晶度。在保温4h前提下随热处理温度升高,结晶度不断升高;开始稍快一些,超过140℃后,稍缓一些。在热处理温度为180℃前提下,随保温时间延长,开始结晶度不变;但保温时超过120min后,结晶度迅速增大。
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