理论教育 了解注射过程中的成核理论

了解注射过程中的成核理论

时间:2023-06-16 理论教育 版权反馈
【摘要】:以前,Shimbo[23]还发现线性注射速度对泡孔结构有直接的影响。然而,实际的过程是由异相成核决定的。此外,聚合过程中或者后处理加工中残存在聚合物中的残留物也起到了成核点的作用。尽管式适用于均相成核速率,而且假设热力学平衡过程中出现的是稳态气泡形成过程,但是可以用其定性解释异相成核的结果。温度和压力难以在微孔注射成型过程中完全分开,而气体用量在成型过程中很容易控制。

了解注射过程中的成核理论

以前,Shimbo[23]还发现线性注射速度对泡孔结构有直接的影响。采用快速线性注射速度时所得发泡聚苯乙烯试样的泡孔和密度变小,可以与慢线性注射速度时的试样相比拟。在这篇文章中,快速线性注射速度对泡孔尺寸分布的影响很小,控制泡孔尺寸的决定因素是成核速率。成核速率是由压力降速率(dp/dt)控制的,压力降速率与注射速度有直接的关系。已清楚表明,改变注射速率时,对空注射单相溶液可以控制泡孔尺寸。同一喷嘴、不同体积注射速率时对空注射试样的泡孔结构(泡孔尺寸和密度)不同。注射速率越高,泡孔越小。Shimbo[23]认为,线性速度高时,缩短了充模时间,这样模具内的温度差就小,冷却均匀,模内压力均匀释放。尽管模具内的温度均匀性可能很重要,但是大量泡孔的适当成核在泡孔形成的初始阶段还是起着决定作用的。理想的情况是,在形成气泡并使之长大的活化能在塑料基体中均匀时,最好是均相成核。然而,实际的过程是由异相成核决定的。聚合物基体中有很多不同的添加剂,其中大多数都是优异的成核剂。很多成核点就是聚合物基体中的这些外来物质,它们本质上是有机的或无机的。此外,聚合过程中或者后处理加工中残存在聚合物中的残留物也起到了成核点的作用。有时,助剂能起到气体吸收剂的作用,即炭黑降低了发泡剂效能。所以,当热力学表现突然发生不稳定情况时,均相成核和异相成核就会同时发生,在微孔注射成型时从热力学的角度讲有利于异相成核。为了帮助理解成核现象,用注射参数对通用模型进行了修正,根据均相成核理论给出式(6.20)[24]

式中 Jn——成核速率;

σb——泡孔表面张力

mg——气体相对分子质量;

Tpoly——熔体的热力学温度

pb——气体内压;(www.daowen.com)

pm——熔体压力;

k——玻耳兹曼常数;

Mb——单位体积内的气体分子数。

尽管式(6-20)适用于均相成核速率,而且假设热力学平衡过程中出现的是稳态气泡形成过程,但是可以用其定性解释异相成核的结果。对于式(6-20),关于成核要讨论的三个重要参数是温度、压力和气体用量。温度和压力难以在微孔注射成型过程中完全分开,而气体用量在成型过程中很容易控制。

从理想的角度看,需要控制浇口处的压力降速率dp/dt,这样能够得到更为细小的泡孔,泡孔尺寸分布更为均匀,泡孔变形更小。如果喷嘴孔的尺寸可以与浇口尺寸相比拟,而且两者都能满足最小dp/dt的要求,那么喷嘴处成核的泡孔会在浇口处完全变形、破裂。变形的泡孔可能在充模过程中得以恢复。但是,如果模具表面很热,而且排气很好,那么破裂的泡孔要么产生粗糙的表面,表面有螺旋花纹;要么被烫在模具的光滑表面上。

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