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塑料百科//第123讲--挤出冷却工艺对结晶材料的影响

2023年11月10日 10点9分 新长城

由于分子进行了有序和紧密的堆积,结晶聚合物在冷却时形成部分结晶结构。结晶让聚合物具有更高的密度和收缩率。常见的结晶聚合物有聚乙烯、聚丙烯、尼龙、聚酯、聚甲醛等。

在聚合物的熔点和玻璃化转变温度之间,结晶进行得非常快。当温度低于玻璃化转变温度以后,分子自由度降低,结晶速率迅速降低。在大多数工艺中,60%80%的结晶发生在加工的冷却阶段,并且多达90%发生在加工的一周内。剩余的结晶可能需要几个月才能完成,这取决于温度。之后,结晶继续进行,直到获得稳定的晶体结构。

加工过程中,通过快速冷却,无定形结构可以被暂时“冻结”。但是由于聚合物是热的不良导体,一个表面可以被冷却,而挤出产品的相对表面即使在离开生产线时也可以保持较高的温度。这导致一面是大部分无定形结构,另一面是部分结晶结构。由于结晶部分比非晶部分具有更高的密度和更大的收缩,因此当一侧比另一侧收缩更多时,在零件内产生大量的内应力。

在挤出板材中,一侧的快速冷却会导致翘曲。在管材中,这种效应会在管壁中产生高应力,从而降低其物理性能,尤其是抗冲击性和抗应力开裂性。在吹塑产品中,它会导致壁变形以及较薄和较厚部分之间的不平衡应力。这对抗应力开裂性和跌落冲击有负面影响。在复杂的轮廓中,它会导致边缘翘曲,甚至导致缩痕。

对结晶或收缩以及由此产生的应力的控制取决于对整个零件冷却速度的控制。这可以通过降低总冷却速率或中断冷却来实现,从而使挤出件的外表面冷却得更慢,并允许热量从另一侧扩散到冷却表面。由于挤出零件通常需要快速冻结外部尺寸以符合特定形状,因此初始冷却通常需要足以固定形状。随着持续快速冷却,零件中有可能产生内应力。

如何确定产品是否过冷?一种简单快速的方法是切下一些小的挤出物样品,在烘箱中加热几分钟,然后冷却并测量冷却表面相对于反面的收缩率。确切的加热条件和时间将随着聚合物和试样的厚度而变化。

下一期,将继续为大家介绍挤出工艺及原理。

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