材料知道如何 | 5分钟阅读

处理器' s最重要的工作,第7部分:审查结晶度

除冷却速率外,还有几个与工艺相关的问题也会影响结晶度。让’s examine a few.
#最佳做法 #processingtips

分享

Facebook分享图标 LinkedIn分享图标 Twitter分享图标 通过电子邮件共享图标 打印图标

这是第七部分 一个由11部分组成的系列文章中的一部分着重于处理器的最重要的工作。要阅读本系列的其余部分,请单击以下链接: 

部分 部分o部分 f部分我们的部分 部分 第八部分第九部分第十部分部分 十一.


我们在结晶性上花费了很多时间,还有很多可以说的。讨论的重点一直放在冷却速率上,因为它在处理器的控制之内。但是还有其他因素可能会影响结晶度。

与冷却速率相比,列表中与过程相关的项只起相对较小的作用,但应理解它们以了解全局。其他因素与模具设计和材料本身有关。

工艺条件

对结晶影响较小但可测量的一个工艺参数是聚合物进入模具时的熔融温度。材料的温度越高,冷却至结晶停止所需的时间就越长。重要的是要理解,我们指的是实际熔体温度,而不是机筒设置。任何会改变聚合物中能量含量的因素,例如螺杆转速或背压,也会影响冷却速度,进而影响结晶度。

对结晶产生意外影响的其他工艺条件是填充和保持压力曲线。较高的压力将材料压缩得更大程度,迫使聚合物链靠得更近,并限制了它们的流动性。由于结晶取决于迁移率,因此较高的堆积度会阻止结晶。

如附图所示,可以在压力-体积-温度(PVT)图中观察到这种效果。这显示了在不同压力下冷却时PP的比容的变化。较大的体积变化部分对应于更大程度的结晶度的实现。它是 显然,随着施加压力的增加,体积的变化会变小。与冷却速率相比,熔体温度,填充和保持压力曲线对结晶度的影响相对较小,但是它们是可测量的,并且已在实验室测试中得到证实。

另一个有趣的影响是方向。这是每当聚合物流动时就会发生的现象。移动聚合物的行为会使缠结的链解开。较直的链紧密排列在一起,可以产生更高的结晶度区域。

在PET中生产零件的热成型机非常熟悉这种现象,并了解到,深拉容器侧壁上的PET的结晶度要高于不拉伸片材的容器底部。这会影响容器的属性。结晶度过多会降低材料的韧性,并可能导致脆性破坏。

在注塑成型中,最经常观察到这种类型的结晶是浇口位置和零件几何形状的函数,对于在长时间内会结晶的材料(例如PE和PP)尤其重要。

重大修改

其他因素与所选材料的性质有关。这通常超出了处理器的控制范围。但是,知道材料选择在实现结晶中的作用的加工者可以为客户提供解决棘手问题的方法。成核是材料成分的一种变型,它会影响材料的结晶方式。这通常是通过添加剂来实现的,通常用于PP,尼龙 and polyesters.

成核作用允许同时在更多位置开始结晶,从而产生大量的小晶体,而不是少量的大晶体。这将改变材料的性能,增加刚度,同时通常会降低耐冲击性。它还将减少材料在冷却时表现出的收缩量,并且由于结晶过程在较高的温度下开始和结束,因此可以缩短循环时间。尽管成核通常是通过添加剂有意完成的,但添加某些填充剂和着色剂也可能无意地使成核发生。

影响结晶速率的另一种材料性质是分子量(MW)。这是一个经常被遗忘的关系。给定聚合物的较高分子量等级比其较低分子量的同类物结晶更慢。同样,如果理解通过链迁移促进结晶,则这是完全合理的。在更高分子量的系统中,更大程度地发生链缠结,这限制了迁移率,从而抑制了材料形成晶体的趋势。

结晶度过多会降低材料的韧性,并可能导致脆性破坏。

许多年前,我们使用此原理解决了一个难题,即在由玻璃纤维增​​强的PBT聚酯制成的零件的厚部分中形成了空隙。该零件的设计标称壁厚为 3/16" 但面积约3"从门的壁厚增加到几乎1".

当零件冷却时,该区域易于形成空隙,这是 最终用户完全无法接受。工艺开发已将问题最小化,但是,质量检查仍涉及将我们几乎5%的产品切开厚壁部分以检查是否有空隙,因为当时无损成像技术尚不可用。即使采用了所有适当的过程策略,我们也要努力处理某些材料。

当我们根据批次间行为分析质量数据时,我们注意到有问题的批次是在熔体流动速率范围的高端生产的。 MFR标称规格为每10分钟11克,低端为9,高端为13。

每10分钟低于11.5克的批次为我们提供了所需的加工窗口,而不会产生空隙。空洞是由于过度的局部收缩而产生的。当结晶速度更快时,这种收缩发生的程度更大。较高粘度的批次收缩较少。

我们可能是有史以来第一个联系物料供应商并要求物料流动性不佳的处理器。树脂公司的技术服务代表甚至试图劝阻我们不要朝这个方向发展,他们认为我们需要一种易于流动的材料,以便我们可以更有效地包装。但是实验数据证实了我们的方法,并且通过大量挑选更高粘度的产品,我们基本上消除了缺陷。我们多次使用此方法来解决厚壁中的内部空隙问题。

在这一点上,我们可能已经结束了结晶性的讨论。 下次 我们将探究另一个可能很难检测到但通常受成型条件驱动的缺陷:内部应力。

关于作者

麦可 塞普

麦可 Sepe is an independent, global materials and processing consultant whose company, 麦可 P. Sepe 有限责任公司位于亚利桑那州的塞多纳。他在塑料行业拥有40多年的经验,并协助客户选择材料, manufacturability, 流程优化,故障排除和故障分析。联络号码:928-203-0408• [email protected].

相关话题

相关内容