适用于微孔注射成型的典型非结晶性材料有通用聚苯乙烯(GPPS)、聚碳酸酯(PC)、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯(ABS)和高抗冲聚苯乙烯(PS-HI)。一般来说,微孔注射成型用非结晶性材料有比较宽的加工窗口,而且泡孔结构优异。但ABS和PS-HI的变化大,因为其基材中的不同橡胶相可能对结果产生显著影响。因此,不同牌号的ABS和PS-HI的泡孔结构也不相同。一般来说,如果ABS和PS-HI中的橡胶相少,则其异相成核多,有助于成核。
GPPS是微孔注射成型初期设备开发最常用的材料,其在发泡前是透明的,发泡后变白。图1-1(第1章)所示为注射成型制得的一种非常典型的未填充聚苯乙烯泡沫,平均泡孔尺寸为25μm,泡孔密度大约为8.1×107个泡孔/cm3。
GPPS也是一种易于产生优异微孔结构的材料。不同气体产生不同的泡孔结构。用16%(质量分数)CO2发泡的GPPS微孔泡沫具有较大的泡孔,泡孔间壁厚小。这里没有给出图片,因为试样的泡孔结构与图3-1所示批处理PS-HI泡沫的泡孔结构类似,但泡孔尺寸为50μm。这种泡孔结构的突出缺点是注塑件表面质量不如图3-2所示的注塑件,而且这种理想的紧密堆积的闭孔结构[1]注塑件的强度显著下降。一般来说,这种泡孔结构的微孔注塑件不会被用来替代传统注射成型工艺成型的注塑件。但是,这有可能是包装行业减振、保温、隔声等无强度要求产品的最好选择。
图3-2所示的PS-HI微孔注塑件的泡孔形态结构明显不如图1-1所示的GPPS微孔注塑件。PS-HI中橡胶相的尺寸和形状会显著影响最终泡孔的形态结构。填料对形态结构的影响将在第4章中进行讨论。
PC也是一种易于微孔注射成型的非结晶性材料。图3-3所示的微孔PC(标尺为1mm)[3]横断面是一种微孔注塑件表层-芯层结构的典型SEM照片。这种N2发泡的PC试样的平均泡孔尺寸为45μm,试样厚度为3.7mm,表层厚度为0.65mm。加工条件为:模具温度160℉,熔体温度580℉,压力降速率(dp/dt)为1.7×1011Pa/s,减重13%。这种泡孔结构可以接受,中心处泡孔小,表层附近泡孔大。对于这种厚度的发泡注塑件来说,泡孔尺寸分布是近表层界面处的泡孔小,中心处泡孔大。但图3-3所示的泡孔尺寸分布与结构泡沫、传统注射成型注塑件厚度方向上的泡孔尺寸分布趋势相反,这是微孔注塑件与传统泡沫结构不同、优点多于缺点的一个重要原因。具有类似微孔结构的另一种典型非结晶性材料试样是PC/ABS,其发泡芯层和未发泡表层之间有明显的界面。(www.daowen.com)
总的说来,ABS是一种优异的微孔注射成型材料,因为它是三种不同成分的共混物。不同材料的共混物产生异相成核作用,从而有可能得到高密度的泡孔。但是,与PS-HI类似的是,ABS中橡胶相的尺寸和分布是决定ABS微孔注塑件最终形态结构的因素。图6-19b给出了注射速度为0.102m/s时得到的最佳泡孔结构,泡孔尺寸为15μm。这种ABS微孔注塑件的加工条件是:螺杆转速为127r/min(螺杆直径30mm,长径比26:1),N2用量为0.5%(质量分数),螺杆回位背压为13.8MPa,熔体温度为480℉。在注射速度为0.102m/s时,通过喷嘴小孔的压力降速率计算值为3.4×109Pa/s。通过优化加工条件可以进一步完善泡孔的形态结构[4]。实验结果证明,不同注射速度时都有可能得到最佳的泡孔结构。优化加工条件将在第6章进行讨论。
有时,ABS中的阻燃剂也对成核起作用,其粒子尺寸会决定其在微孔成型中是有助于更好地成核还是产生空隙。
一般来说,非结晶性材料的表层厚,估计约占微孔注塑件整个厚度的15%~20%。非结晶性材料的表层厚度是结晶性材料的1.5~2倍。厚表层有助于保持微孔注塑件的大部分弯曲强度。另外,厚表层还会降低微孔注塑件的总减重量。
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