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。

什么是结晶性塑料?及结晶对性能和加工性能的影响

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

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)

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)

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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