理论教育 微孔材料的形态结构探究

微孔材料的形态结构探究

时间:2023-06-16 理论教育 版权反馈
【摘要】:研究微孔注塑件微观结构的可靠方法是观察注塑件的断裂面。已公开的微孔形态大多数都是批处理工艺制得的理想均匀形态。其中一种是紧密堆积的结构,间隙被塑料基材所填充。了解微孔注射成型注塑件的真实形态非常重要,因为它会对注塑件的性能产生显著影响。微孔注射成型时不同材料有不同的形态。而且,在注塑件中得到同样的微孔结构时,填充材料所需的气体量少于未填充材料。

微孔材料的形态结构探究

注射成型有多种,注塑件的形态结构变化多样,包括不同形态的泡孔结构,如开孔、闭孔、泡孔尺寸、泡孔分布、未发泡表层厚度等。但是,不同形态适用的规律相同,理论计算一般都采用平均泡孔尺寸。如果微孔泡沫的总密度一定,那么平均泡孔体积与泡孔密度成反比。形态研究能够充分解释不同加工条件下不同材料力学性能变化的原因。

研究微孔注塑件微观结构的可靠方法是观察注塑件的断裂面。扫描电子显微镜(SEM)是鉴别不同微孔注塑件形态变化的最常用方法。所要观察的横断面应该是一细微断裂的截面,而不是切断面。这种断裂面通常是低温断裂形成的,方法是:先用液氮将试样深度冷冻,然后沿预定方向使其断裂,得到平的断裂截面。需要用锋利的刀在试样表面上沿确定的断裂方向仔细划痕,用这种方法可以很好地控制断裂方向。但是划痕一侧所作标记一定不能影响要观察一侧的表层厚度,因为即使划痕很浅,划痕表面也可能错误地表示表层厚度。

要从不同的模流方向认真观察微孔注塑件的横断面图。平行或垂直于模流方向观察横断面图可能有不同的结果,从而得到不同的泡孔结构结论。如果两个流动方向的视图观察得都正确,那么可以提出加工改变方案来改进微孔注塑件的形态。

为了快速观察泡孔结构,用一把锋利的刀在试样一侧划痕,然后将划痕试样弄断,通过快速观察泡孔中心处的结构来观察断面。一般来说,8倍目镜足以看见100μm的泡孔。(www.daowen.com)

已公开的微孔形态大多数都是批处理工艺制得的理想均匀形态。Suh[1]提出了几种理想微孔结构。其中一种是紧密堆积的结构,间隙被塑料基材所填充。这种微孔塑料的最小密度用数学方法表示就是原有未发泡塑料密度的0.26[1]。但是,这种泡孔结构只能通过批处理工艺才有可能得到,从未在微孔注塑件的实际生产中得到过。这是因为批处理工艺是一种缓慢的气体扩散过程,可能花数小时,甚至更长的时间来完成气体在试样中的饱和[1]。而采用注射成型生产方法时,在制备微孔注塑件时只花数秒钟的时间就完成了气体在聚合物熔体中的混合与扩散[2]。而且,注射成型时厚度和充模两个方向都有剪切变形和温度差。注射成型微孔注塑件的复杂形态与批处理工艺得到的理想均匀形态有很大差异。微孔注射成型注塑件的典型结构呈现出由发泡芯层、过渡层(通常忽略)和未发泡表层构成的复杂形态。了解微孔注射成型注塑件的真实形态非常重要,因为它会对注塑件的性能产生显著影响。

微孔注射成型时不同材料有不同的形态。众所周知,结晶性材料和非结晶性材料之间存在很大差异。如果材料是由两种以一定分子水平充分混合的不同材料组成的,那么成核点的密度可能会大得多[1]。有趣的是填充材料与未填充材料的形态也有差异。这是因为填充材料异相成核形成的泡核比未填充材料多得多。而且,在注塑件中得到同样的微孔结构时,填充材料所需的气体量少于未填充材料。因此,同种材料填充与未填充时泡孔尺寸、泡孔数量和泡孔分布均匀度都是不同的。发泡剂不同时,如氮气(N2)、氩气(Ar)和二氧化碳(CO2),泡孔结构也不同。

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