理论教育 材料添加填料对聚合物结晶性和泡孔结构的影响

材料添加填料对聚合物结晶性和泡孔结构的影响

时间:2023-06-16 理论教育 版权反馈
【摘要】:对于所有材料来说,添加填料提高了加到聚合物中的氮气的效率。不论树脂是否含有冲击改性剂,填料都能够大幅度改善非结晶性树脂中的泡孔结构。半结晶性工程塑料所表现的行为类似于聚烯烃。添加20%或更多的玻璃纤维可以将超临界流体的用量降低至0.25%~0.3%。矿物质等填料也能起到成核剂的作用,降低超临界流体的用量,但是有碍于减重。上述指导原则适用于通用注射成型,注塑件的厚度在1.5~4.0mm。

材料添加填料对聚合物结晶性和泡孔结构的影响

要得到好的泡孔结构,聚烯烃树脂需要的氮气量一般都比其他大多数树脂高很多,而且从浇口到充模结束,泡孔结构更有可能发生大的变化。壁厚大于3.0mm时,这种情况会加剧。应该预测到加工未填充PE-HD或PP时氮气用量应该≥1%(质量分数)。而实际上,微孔注射成型这类材料时,氮气用量可以高达2%(质量分数)。

对于所有材料来说,添加填料提高了加到聚合物中的氮气的效率聚丙烯最为常用的填料是滑石粉。在滑石粉用量≥20%(质量分数)时,氮气用量为0.5%~0.75%(质量分数)。玻璃纤维是比滑石粉更为有效的填料,氮气的用量可以减小到0.5%(质量分数)。

非结晶性树脂可以分为两类,一类是聚苯乙烯、聚碳酸酯、丙烯酸和SAN等不含冲击改性剂的树脂;另一类是ABS、PS-HI和冲击改性型PC等含冲击改性剂的树脂。对于不含冲击改性剂的非结晶性树脂,氮气的用量在0.4%(质量分数)左右。这类树脂一般在超临界流体用量较低的情况下就能得到泡孔结构优异的注塑件。从浇口到充模结束,泡孔结构都很均匀,而且是微孔结构。在同样发泡剂用量时,添加冲击改性剂具有增加泡孔尺寸的作用。此时,为了得到微孔的或者是接近微孔的泡孔结构,氮气用量需要接近0.7%(质量分数)。

不论树脂是否含有冲击改性剂,填料都能够大幅度改善非结晶性树脂中的泡孔结构。添加玻璃纤维时尤其如此,因为实验中大多数非结晶性树脂都添加了玻璃纤维,玻璃纤维是非常有效的成核剂,而且在控制泡孔结构上也非常有效。添加少至10%(质量分数)的玻璃纤维,就能将氮气用量降低至0.3%~0.5%(质量分数),且仍然能够得到微孔结构。气体用量低,微孔注射成型过程就更加稳定,即使是新模具和新材料试验,其设定也是很容易进行的。

半结晶性工程塑料所表现的行为类似于聚烯烃。未填充树脂注塑件从浇口到填充结束泡孔结构变化比较大,要得到好的泡孔结构需要更多的氮气,一般在0.5%~0.7%(质量分数)。添加20%(质量分数)或更多的玻璃纤维可以将超临界流体的用量降低至0.25%~0.3%(质量分数)。矿物质等填料也能起到成核剂的作用,降低超临界流体的用量,但是有碍于减重。这种情况的实例之一是玻璃纤维增强PA可以实现20%的减重,而用加入同样用量的矿物质填料时减重只有15%。(www.daowen.com)

除了上述特殊情况外,还有一些共性的趋势适用于所有材料。填料起成核剂的作用,能够改善泡孔结构,提高同样用量超临界流体的效率。从控制泡孔结构和实现减重这两方面来看,玻璃纤维是最为有效的填料。滑石粉和矿物质填料在缩短成型周期和减重方面效果比较差。

尽管使用冲击改性剂会需要更多的氮气,但与半结晶性树脂相比,非结晶性树脂总是需要比较少的氮气。不论是冲击改性型非结晶性树脂还是半结晶性树脂如TPO、增韧PA等都是如此。

生物聚合物基微孔注塑件一般需要专门的加工条件,通常要比传统聚合物的更加平和一些。生物聚合物只是对加工过程中额外的加热和剪切敏感。用惰性气体作发泡剂有助于防止螺杆回位过程中和第一阶段气体计量过程中生物聚合物在机筒内的快速降解。另一方面,水解稳定性的极限必须得以控制,使其不超过加工极限值。总的来说,生物聚合物的微孔注射成型类似于PVC,需要控制热量及其在机筒内的停留时间。传统聚合物与生物聚合物之间的差异比较微妙,需要掌握第4章中讨论的原理。加工生物聚合物时要考虑产品设计模具设计和加工设备,加工窗口窄使其微孔注射成型的挑战更大。例如,PHBV树脂的熔点在154℃左右,其分解温度在182℃,因此,超过这一温度范围,螺杆中的剪切热不能将生物聚合物熔融,也不能及时地在机筒内将其与气体混合而不分解。加热系统或者是剪切产生的过多的热量将在注塑件中产生凝胶、黑点,甚至使其变黄。

上述指导原则适用于通用注射成型,注塑件的厚度在1.5~4.0mm。薄壁注射成型时,泡孔结构控制要容易得多,因为此时型腔压力高。注射成型厚壁注塑件时上面讨论的趋势仍然不变,只不过从浇口到充模结束泡孔结构的变化会加大。微孔结构注塑件的壁厚限制也是由模具的流长比决定的。流长比小时,能够微孔注射成型厚壁注塑件。

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