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1、塑料工艺塑料工艺2.4 成型过程中的定向作用成型过程中的定向作用 学习目标：学习目标：1、能够分析制品的流动取向程度及对制品性能影响2、掌握拉伸取向的影响因素3、注意拉伸制品的生产原理塑料工艺塑料工艺取向的概念取向的概念聚合物分子或填料沿力的方向整齐排列的现象就是取向聚合物分子或填料沿力的方向整齐排列的现象就是取向。聚合物的取向现象包括分子链、链段的取向以及结晶聚合物的晶片等沿外力方向的择优排列。 未取向的聚合物材料是各向同性的，即各个方向上的性能相同。而取向后的聚合物材料，在取向方向上的力学性能得到加强，而与取向垂直的方向上，力学性能可能被减弱。即取向聚合物材料是各向异性的，即方向不同，性能
2、不同。 取向分类取向分类：流动取向（在流动时由剪切力诱发）拉伸取向（由拉伸力诱发）塑料工艺塑料工艺2.4.1 热固性塑料模压制品中纤维状热固性塑料模压制品中纤维状填料的定向填料的定向填料排列的方向主要是顺着流动方向的，碰上阻断力填料排列的方向主要是顺着流动方向的，碰上阻断力 ( 如如模壁等模壁等 ) 后，它的流动就改成与阻断力成垂直的方向。后，它的流动就改成与阻断力成垂直的方向。 塑料工艺塑料工艺 2.4.2 热塑性塑料成型过程中聚合物热塑性塑料成型过程中聚合物分子的定向分子的定向用热塑性塑料生产制品时，只要在生产过程中存在着熔体流动，几用热塑性塑料生产制品时，只要在生产过程中存在着熔体流动，
3、几乎都有聚合物分子定向的问题，不管生产方法如何变化，影响定向乎都有聚合物分子定向的问题，不管生产方法如何变化，影响定向的外界因素以及因定向在制品中造成的后果基本上也是一致的。的外界因素以及因定向在制品中造成的后果基本上也是一致的。流动取向会造成制品各向异性，存在内应力，一般不希望在制品中流动取向会造成制品各向异性，存在内应力，一般不希望在制品中存在取向。存在取向。 表表2-8 塑料试样在分子定向的力学强度塑料试样在分子定向的力学强度 塑料工艺塑料工艺以长条形试样为例分析流动取向度以长条形试样为例分析流动取向度 聚向程度取决于剪切力大小、作用时间和解取向的程度。聚向程度取决于剪切力大小、作用时间
4、和解取向的程度。塑料工艺塑料工艺简单分析试样流动取向简单分析试样流动取向塑料工艺塑料工艺影响取向的因素影响取向的因素随着塑模温度、制品厚度随着塑模温度、制品厚度 ( 即即型腔的深度型腔的深度 ) 、塑料进模时的、塑料进模时的温度等的增加，分子定向程度温度等的增加，分子定向程度即有减弱的趋势；即有减弱的趋势；增加浇口长度、压力和充满塑增加浇口长度、压力和充满塑模的时间，分子定向程度也随模的时间，分子定向程度也随之增加；之增加；分子定向程度与浇口安设的位分子定向程度与浇口安设的位置和形状有很大关系，为减少置和形状有很大关系，为减少分子定向程度，浇口最好设在分子定向程度，浇口最好设在型腔深度较大的部
5、位。型腔深度较大的部位。 塑料工艺塑料工艺2.4.3 聚合物的拉伸取向聚合物的拉伸取向成型过程中如果将聚合物分子在玻璃化温度与熔点之间的成型过程中如果将聚合物分子在玻璃化温度与熔点之间的温度区域内，沿着一个方向拉伸，则其中的分子链将在很温度区域内，沿着一个方向拉伸，则其中的分子链将在很大程度上沿着拉伸方向作整齐排列，也就是分子在拉伸过大程度上沿着拉伸方向作整齐排列，也就是分子在拉伸过程中出现了定向。由于定向以及因定向而使分子链间吸引程中出现了定向。由于定向以及因定向而使分子链间吸引力增加的结果，拉伸并经迅速冷至室温后的制品在拉伸方力增加的结果，拉伸并经迅速冷至室温后的制品在拉伸方向上的拉伸强度
6、、抗蠕变等性能就会有很大的提高。向上的拉伸强度、抗蠕变等性能就会有很大的提高。 对薄对薄膜来说，拉伸如果是在一个方向上进行的，则这种方法称膜来说，拉伸如果是在一个方向上进行的，则这种方法称为单向拉伸为单向拉伸 ( 或称单轴拉伸或称单轴拉伸 ) ；如果是在横直两向上拉伸；如果是在横直两向上拉伸的，则称为双向拉伸的，则称为双向拉伸 ( 或称双轴拉伸或称双轴拉伸 ) 。塑料工艺塑料工艺 1、拉伸温度范围、拉伸温度范围拉伸定向要在聚合物玻璃化温度和熔点之间进行，分子在拉伸定向要在聚合物玻璃化温度和熔点之间进行，分子在高于玻璃化温度时才具有足够的活动，这样，在拉应力的高于玻璃化温度时才具有足够的活动，这
7、样，在拉应力的作用下，分子从无规线团中被拉伸应力拉开、拉直和在分作用下，分子从无规线团中被拉伸应力拉开、拉直和在分子彼此之问发生移动。实质上，聚合物在拉伸定向过程中子彼此之问发生移动。实质上，聚合物在拉伸定向过程中的变形可分为三个部分：的变形可分为三个部分：瞬时弹性变形：这是一种瞬息瞬时弹性变形：这是一种瞬息可逆的变形，是由分子键角的扭变和分子链的伸长造成的。可逆的变形，是由分子键角的扭变和分子链的伸长造成的。这一部分变形，在拉伸应力解除时，能全部恢复。这一部分变形，在拉伸应力解除时，能全部恢复。分子分子排直的变形：排直是分子无规线团解开的结果，排直的方排直的变形：排直是分子无规线团解开的结果
8、，排直的方向与拉伸应力的方向相同。这一部分的变形即所谓分子定向与拉伸应力的方向相同。这一部分的变形即所谓分子定向部分，是拉伸定向工艺要求的部分。它在制品的温度降向部分，是拉伸定向工艺要求的部分。它在制品的温度降到玻璃化温度以下后即行冻结而不能恢复。到玻璃化温度以下后即行冻结而不能恢复。粘性变形：粘性变形：这部分的变形，与液体的变形一样，是分子间的彼此滑动，这部分的变形，与液体的变形一样，是分子间的彼此滑动，也是不能恢复的。也是不能恢复的。 塑料工艺塑料工艺2、无定型聚合物取向分子的冻结、无定型聚合物取向分子的冻结取向分子和保持是通过把温度降到玻璃化温度之下来实现。取向分子和保持是通过把温度降到
9、玻璃化温度之下来实现。拉伸后的薄膜或其它制品，在重新加热时，将会沿着分子拉伸后的薄膜或其它制品，在重新加热时，将会沿着分子定向的方向定向的方向 ( 即原来的拉伸方向即原来的拉伸方向 ) 发生较大的收缩。发生较大的收缩。热收缩薄膜的制作原理就是：将薄膜加热到玻璃化温度和热收缩薄膜的制作原理就是：将薄膜加热到玻璃化温度和熔点之间后进行拉伸，然后将薄膜快速冷却将取向保留下熔点之间后进行拉伸，然后将薄膜快速冷却将取向保留下来。当使用时重新加热薄膜则因解取向而收缩。来。当使用时重新加热薄膜则因解取向而收缩。塑料工艺塑料工艺3、拉伸定向的影响因素、拉伸定向的影响因素在给定拉伸比在给定拉伸比 ( 拉伸后的长
10、度与原来长度的比拉伸后的长度与原来长度的比 ) 和拉伸速和拉伸速度的情况下，拉伸温度越低度的情况下，拉伸温度越低 ( 不得低于玻璃化温度不得低于玻璃化温度 ) 越好。越好。其目的是增加排直变形而减少粘性变形其目的是增加排直变形而减少粘性变形 ( 参见图参见图 227) 。 在给定拉伸比和给定温度下，拉伸速度越大则所得分子定在给定拉伸比和给定温度下，拉伸速度越大则所得分子定向的程度越高。向的程度越高。在给定拉伸速度和定温下，拉伸比越大，薄膜的拉伸强度在给定拉伸速度和定温下，拉伸比越大，薄膜的拉伸强度大，定向程度越高大，定向程度越高 。不管拉伸情况如何，骤冷的速率越大，能保持定向的程度不管拉伸情况
11、如何，骤冷的速率越大，能保持定向的程度越高。越高。 塑料工艺塑料工艺4、结晶性聚合物的拉伸定向、结晶性聚合物的拉伸定向具有结晶倾向的聚合物拉伸形成的薄膜性能较好，同时还具有结晶倾向的聚合物拉伸形成的薄膜性能较好，同时还具备透明性和收缩性小。具备透明性和收缩性小。结晶对拉伸过程的影响是比较复杂的。首先，要求拉伸前结晶对拉伸过程的影响是比较复杂的。首先，要求拉伸前的聚合物中不含有晶相，的聚合物中不含有晶相， 含有晶相的聚合物，在拉伸时，含有晶相的聚合物，在拉伸时，不容易使其定向程度提高。不容易使其定向程度提高。其次，具有结晶倾向的聚合物，在拉伸过程中，伴有晶体其次，具有结晶倾向的聚合物，在拉伸过程
12、中，伴有晶体的产生、结晶结构的转变的产生、结晶结构的转变 ( 指拉伸前已存有晶相的聚合物指拉伸前已存有晶相的聚合物 ) 和晶相的定向。拉伸过程中的分子定向能够加速结晶的和晶相的定向。拉伸过程中的分子定向能够加速结晶的过程这是晶体在较短时间过程这是晶体在较短时间 ( 拉伸所需时间不长拉伸所需时间不长 ) 就能够产就能够产生的缘故。生的缘故。 结晶常能限制分子的运动。因此，通过热处理，聚合物形结晶常能限制分子的运动。因此，通过热处理，聚合物形成高的结晶度以防止收缩。成高的结晶度以防止收缩。 塑料工艺塑料工艺5、 热处理热处理 如果将拉伸后的薄膜或其它制品在张紧的情如果将拉伸后的薄膜或其它制品在张紧
13、的情况下进行热处理，即在高于拉伸温度而低于况下进行热处理，即在高于拉伸温度而低于熔点的温度区域内某一适宜的温度下加热若熔点的温度区域内某一适宜的温度下加热若干时间干时间 ( 通常为几秒钟通常为几秒钟 ) ，而后急冷至室温，而后急冷至室温，则所得的薄膜或其它制品的收缩率就降低很则所得的薄膜或其它制品的收缩率就降低很多。多。塑料工艺塑料工艺思考题思考题1、什么是取向？、什么是取向？2、流动取向对制品性能有何影响？、流动取向对制品性能有何影响？3、掌握分析流动取向的方法（、掌握分析流动取向的方法（注意：聚向程度取决于剪注意：聚向程度取决于剪切力大小、作用时间和解取向的程度切力大小、作用时间和解取向的程度 ）4、举几个拉伸成型的产品的例子。、举几个拉伸成型的产品的例子。
