塑料动态注射工艺及其制品的结晶与取向机理的研究.pdf

2002年第2期合成材料老化与应用92

塑料动态注射工艺及其制品的结晶与取向机理的研究
X
王中任吴宏武
(华南理工大学聚合物新型成型装备国家工程中心广州510640)

摘要:概述了塑料动态成型的基本原理及其工艺,且介绍了振动力场对聚合物结晶与取向,以及结晶、取
向对制品性能的影响。
关键词:振动力场注射结晶取向

塑料动态注射成型技术是塑料加工成型新方法
1振动技术在注射成型加工中的应用
之一,它将物理场直接作用于塑料注射成型加工过
程,其基本原理是在振动力场(主要是机械振动和超在注射成型中,施加振动的方式有机械振动、波
声波振动)条件下,在塑料的主要剪切流动方向上叠振动和气体振动。施加机械振动的情况研究得较充
加了一个附加的应力,使得聚合物在组合应力作用分[9～13],主要包括模具加振成型、螺杆加振注射成
下完成物理与化学变化的加工过程。型、辅助加振注射成型、单点动态进料保压注射成
振动对聚合物成型制件的性能的影响主要是通型、多点动态进料保压注射成型、推拉注射成型和全
过对聚合物的凝聚态转变和结晶动力学过程起作用振动注射成型多种形式。
的[2]。周期性的振动力将有效地促进分子的取向,111振动保压注射成型
并在熔体的固化阶段控制晶粒的生长、形成和取向,振动注射保压成型工艺的核心是在注塑的保压
从而最终获得具有较高机械性能的制品。阶段,将振动引入型腔。主要的具体实现方法有两
研究振动力场对注塑制品的性能的影响最早是种。一是螺杆加振。它是在保压阶段使注射油缸的
在上个世纪八十年代初,英国Brunel大学的BavisM油压产生脉动,从而使振动通过螺杆直接传到塑料。
和AllanP在注射成型过程中的保压阶段引入振动试验表明[14],采用脉动保压,不但可以有效地防止
技术,有效防止了制件中缩孔、疏松与表面沉陷的形缩孔、疏松等缺陷,试件的尺寸精度也大大提高。二
成,并可以残余应力的大小和方向,在实验中制造出是辅助装置加振。辅助加振装置(MPD)安装于喷嘴
了厚度达110mm的20%玻璃纤维增强PEEK无缺与模具之间,其主要工艺过程与第一种相同,只是在
陷制件。P.Ibar[1～3]在注射成型PP时引入压力振保压加振由一独立的柱塞完成。其主要的优点是摩
动,其结果表明制件的伸长率提高了80%,屈服强擦损失远小于用螺杆直接加振,改善了振动效果;而
度和弯曲模量也有很大的提高。四川大学的申开智且通过选择MPD油缸,可以得到一般注射机所达不
等[4～7]使用动态保压振动技术注射成型了HDPE、到的保压压力,可以满足某些纤维增强型的热塑性
PP、ABS,发现这三种制品的拉伸强度均有较大的提塑料的保压要求。振动保压注射之所以能够有效地
高。严正等[8]采用集剪切振动与压力振动于一体的消除厚大型塑料制件的缩孔、疏松等缺陷,在于它能
振动装置对PP、HDPE、PS作力学性能的试验研究,够延缓薄壁部件的冷却时间,使厚壁部分能够从浇
发现振动力场对结晶聚合物制件的性能有显著的影口得到足够的补充。
响,而对非结晶聚合物,如PS注塑制件的性能影响112动态注射成型的进一步发展
不显著。由华南理工大学研制成功的塑料电磁动为了进一步加强剪切程度,改善剪切效果,在振
态塑化注射机,它将机械振动场引入到注射成型的动保压的基础上研制出了多种新颖的振动注射工
塑化、注射和保压的全过程,具有能耗低、噪音小、可艺。一是Brunel大学研制的多点动态进料保压装
实现低温、低压注射等特点,是一种全新的先进的塑置。如图1所示,这种工艺对消除塑件的常见缺陷
料注射成型工艺[8]。比较有效,而且较单点振动所需的压力更低,对熔合

X收稿日期:2002203204
03王中任等塑料动态注射工艺及其制品的结晶与取向机理的研究

线部位的X—射线衍射可以发现,在平行于注射方易翘曲。
向获得纤维定向,从而大大地改善了熔合线部位的213不考虑振动的情况下影响结晶的因素
力学性能,在不增加保压峰值的情况下可以使3mm影响结晶度的因素主要有温度、冷却速度和熔
厚的玻纤增强塑料的熔合线强度提高50%～体应力。聚合物结晶是由晶体成核与生长决定的,
85%[15]。申开智等采用该装置的改进形式研究了由于结晶动力学导致的聚合物组织与结构的变化将
动态保压注射模塑ABS的自增强,宽角X—射线衍会强烈地影响到注塑件的性能。过冷液体的结晶速
射研究表明,与传统的注射模塑相比,动态保压注射率是由晶核形成和由晶核生长成球晶的速率决定

模塑ABS的分子链取向度有所提高,拉伸强度提高的。过冷度(Tc—Tm(P))是控制成核速率的条件。
[5]
了17%。二是“推—拉”注射,如图2所示,它是Clapeyron方程表明,Tm随着压力的增大而线性增
由Klockner公司发明的,据称可以消除制件中的熔大,这是压力对