立式注塑机成型制品收缩率（五）

发布日期：2015/10/15 10:45:35

        第二章立式注塑机注塑成型制品的收缩规律
        2.1立式注塑机注塑成型制品收缩机理分析
        高聚物对外界刺激的响应与作用时间的长短有关,这种时间依赖性称为松弛特性。表征松弛特性的时间尺度即为松弛时间,松弛时间可以理解为高聚物从一种状态转变为与刺激相适应的新的平衡状态所需要的特征时间。当升高温度时,高分子热运动的能量增加,高分子间的距离也因热膨胀而扩大,这些都有利于高分子链段的微布朗运动,因此松弛时间会随温度的升高而缩短。当塑料被熔化时,处于高温状态,松弛时间非常短,可以认为高聚物在瞬间即能达到与外界刺激相平衡的状态,所以在注射机通过喷嘴、流道与浇口向模腔内注射塑料熔体的过程中,高分子很容易沿着由注射压力产生的流动剪切应力的方向伸展,构象嫡减少。不过并不是整条高分子链都沿着流动方向伸展,因为高聚物是由若干个高分子聚集而成的,高分子链之间的牵绕缠绊使发生取向伸展的只是高分子链的某些链段。
        由于塑料熔体的粘度大,模腔的厚度又远小于料流的流动长度,所以塑料熔体在模腔内的流动为层流,在模腔的厚度方向上,从熔体表面到熔体芯部是一层层的流动层,高分子链段取向的方向就在流动层面内。由于高分子链间的相互吸引和缠结起到了物理交联的作用,使得沿流动方向排列的大分子彼此相连起来,就如同一条条端点固定在浇口处的被拉力拉长了的“橡皮筋”。在保压阶段结束以后,一方面立式注塑机注塑成型制品各点因保压压力的撤消而有体积膨胀的趋势,另一方面各点的比容又会随温度的下降而欲缩小,所以在一段时间内,压力下降所带来的比容膨胀与温度下降所带来的比容缩小相抵消,没有收缩现象发生;当压力下降至与大气压力相等以后,收缩过程开始。
        立式注塑机注塑成型制品按照浇口数量与模内收缩受阻碍的情况,可以分为四类:
        (1)单浇口,并且立式注塑机注塑成型制品的模内收缩不受模具型腔或型芯的阻碍。
        (2)多浇口,并且立式注塑机注塑成型制品的模内收缩不受模具型腔或型芯的阻碍,此时会产生熔接痕。
        (3)单浇口,立式注塑机注塑成型制品的模内收缩受到模具型腔或型芯的阻碍。立式注塑机注塑成型制品的模内收缩将受到模具型腔的阻碍中,立式注塑机注塑成型制品的模内收缩将受到模具型芯的阻碍,此时会产生熔接痕。
        (4)多浇口,立式注塑机注塑成型制品的模内收缩受到型腔或型芯的阻碍。立式注塑机注塑成型制品的模内收缩将受到模具型腔的阻碍立式注塑机注塑成型制品的模内收缩将受到模具型芯的阻碍。
        首先讨论最简单的情况。立式注塑机注塑成型制品在收缩过程中,原来沿流动方向发生取向伸展的高分子链会因流动剪切应力的消失而趋向于构象嫡最大的自然卷曲状态,产生取向回复,所以设立式注塑机注塑成型制品各点的收缩是沿其流动路径指向浇口。当有多个浇口时,必然会产生熔接痕,单浇口时,如果流动面内有型芯存在,也会产生熔接痕。熔接痕上的点由于是两股料流的融合,因此既受到来自此流动路径的收缩力,又受到来自彼流动路径的收缩力,其结果就是沿合力方向进行收缩;熔接痕附近的点,则一方面受到来自其所属流动路径的收缩力,另一方面也要缩小与熔接痕之间的距离,结果也是沿合力方向进行收缩。某些点沿其流动路径的收缩受到了型腔或型芯的阻碍,则在脱模以前,其收缩位移中受阻碍的部分不能发生。
        例如点A司一以发生向右的收缩位移,但不能向下方移动;B点的收缩虽然没有直接受到型腔的阻碍,但B点沿其流动路径的收缩使A、B点的距离缩小,由于分子间作用力在分子间距离小于平衡距离时表现为排斥力,所以当A、B点的距离达到平衡距离以后就不能再缩小了,从而使B点沿流动路径的收缩也将受到型腔的间接阻碍。以上是对立式注塑机注塑成型制品各点在流动面内的收缩方向的讨论。但立式注塑机注塑成型制品厚度方向上各层的温度是不同的,所以各层沿流动路径欲发生的收缩位移也不相同。由于立式注塑机注塑成型制品与模壁相接触的表面层温度下降得非常快,当立式注塑机注塑成型制品的芯部尚处于熔体状态时,表面层已经发生固化。
        在模内收缩过程初期,对于结晶性塑料不排除表面层因发生结晶而使其欲收缩程度大于芯部的可能,此时由于芯部的高温使分子具有很强的运动能力,所以芯部的高分子在_匕下表面层高分子的吸引下会随表面层的收缩而一起移动;在其它情况下,表面层的欲收缩程度总是小于芯部的,但由于表面层的分子运动能力己随温度的下降而迅速降低,因此芯部的收缩趋势不但不能带动表面层高分子的移动,而且上、下表面层分子的作用力使芯部的收缩受到阻碍。为此按立式注塑机注塑成型制品表面层的高分子运动状态计算在流动面内的收缩。立式注塑机注塑成型制品在厚度方向上的收缩是通过高分子链段不断与空隙交换位置、将空隙逐渐转移到表面层并释出而实现的,所以立式注塑机注塑成型制品厚度方向上的收缩过程也应由表面层高分子的运动状态决定。
        J.Greene对聚苯乙烯立式注塑机注塑制品厚度方向密度分布的测量结果,从侧面支持了本文关于塑件表面层的分子运动能力控制塑件收缩过程的观点。J.Greener的测量数据表明,在制品厚度方向上,中心处的密度最低,靠近制品表面处的密度最高,T.s.chung对此的解释为:在保压阶段模腔压力处于高峰时,表皮附近形成高密度的固化层,当浇口完全凝固以后,不再有质量传递,这时制品芯部的熔体尚处于高温,其冷却过程是在一个相对固定的外壳(指外壳的收缩能力远小于内部熔体的收缩能力)中进行,所以不致密。这可以说明立式注塑机注塑制品的尺寸取决于表面层的收缩过程。
        对于平板状立式注塑机注塑制品,各点沿流动路径发生的收缩位移没有使厚度力一向上分子间的距离得到缩小,所以厚度方向上的各层在表面层高分子运动能力允许的范围内要向一起靠拢。厚度中心层受到方向相反的两股收缩力量,表面层受到单方面的收缩力量,因此认为厚度方向上的各层会向中心层收缩。对于圆筒状以及箱体类立式注塑机注塑制品,型芯对厚度方向上的内表面层沿着流动路径的收缩有阻碍作用,这样外表面层沿着流动路径发生的收缩就会使内、外表面层间的距离缩小,产生厚度方向上的收缩,内、外表面层间距离当达到平衡距离以后就不能再缩小了,从而使外表面层沿流动路径的收缩也将受到型芯的间接阻碍。

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