塑料三态的微观结构和工艺特性

_本文原始标题：塑料三态的微观结构和工艺特性
【塑料三态的微观结构和工艺特性】一
玻璃态
处于玻璃态下的塑料分子,链段运动基本上处于停止的状态,分子在自身的位置上振动,分子链缠绕成团状或卷曲状,相互交错,紊乱无序.在玻璃态时分子的聚集状态如下图所示:

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当受到外力作用时,分子链段将作瞬间微小伸缩和键角改变.整个塑料形体具有一定的刚性和强度(抗张强度、抗弯强度等).在这种形态下,塑胶件可以被使用或进行机械加工(如:切削、钻孔、铣刨等).
一般非结晶形塑料(如:聚苯乙烯、有机玻璃、聚碳酸酯等),其玻璃化温度高于室温,我们可以将原料颗粒、定型了的制件视为玻璃态.至于聚乙烯、聚丙烯等“软”性塑料,事实上也存在着“硬”性的玻璃态.
这类塑料中的非结晶部分,玻璃态温度比室温低很多(－123～85℃),在玻璃态度温度以上处于高弹态,表现为柔性,而结晶部分熔点又比室温为高(137℃),因晶格能的束缚,链段不能自由活动,表现为刚性,所以也能作为具有固定形状的塑料使用.

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二
高弹态
处于高弹态下的塑料分子,动能增加,链段展开成网状,但分子的运动仍维持在小链段的旋转,链与链之间不发生位置移动.受外力作用时可产生缓慢形变,当外力除去后,又是慢慢恢复原状.在这种状态下,塑料具有一种类似橡胶的弹性,所以又称橡胶态.通常称为弹性或橡胶体的高聚物,便函是在室温下处于高弹态的高聚物.
高弹态有两个特点
(1)在较小作用力下可产生较大变形,外力解除后能恢复原状.
(2)高弹形变并非瞬间发生,而是随时间逐渐发展.与普通的弹性形变不同,在同样外力作用下,形变要延迟一段时间才能完成,而且形变量大,松弛性也较明显.
塑料的高弹态其实只有在热加工过程中才出现

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三
粘流性
处于粘流态下的塑料分子,网状结构已经解体,大分子链与链之间,链段与链段之间都有能够自由移动.可以说,这是塑料的“液体”存在的形式,只是粘性大,物理构成不同,力学性质不同.当给予外力时,分子间很容易相互滑动,造成塑性体的变形,除去外力便不再恢复原状.
塑料热成型过程可以这样描述:通过热和力的作用,让塑料从室温的玻璃态,经历程高弹态转变为粘流态,注射入具有一定形状的封闭模腔,然后在模腔内逐渐冷却,从粘流态转回玻璃态,最后形成与模腔形状一致的制品.
塑料只能在粘流态下才能注射充填成型,即是说,塑料的加工温度范围只能是从粘流温度(或结晶型塑料的熔点)到分解温度之间.如果这个范围宽,加工将比较容易,如果这个范围窄,可选择的加工温度限制就大,加工就较为困难.前者以聚乙烯为代表,后者以聚氯乙烯为代表.经常应用的聚苯乙烯、ABS等亦属于范围宽的一类,所以在设定注塑机料筒温度时,能够比较随意;如果不需考虑色粉对高温的敏感性,温度调高些或调低些,对生产影响不大.
塑料在加热料筒中经历的热力学变化如图C所示:

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从图中可以看出,在热的作用下,塑料是从玻璃态经历高弹态转化为粘流态.正常的加工温度应保证这种转化顺利进行,从进料段往前到射嘴段,温度逐渐递增,如若破坏了这种递增,将使操作不稳定.即使有时在实际生产中,调校的射嘴温度比其前段料筒温度略低,但前段料筒位置内的料事实上已完全进入粘流态,稍低温度的射嘴起着保温及出料均匀的作用.