取向是塑料制品改性的一种有效的方法,通过取向改性,可使塑料的力学性能、热学性能、光学性能、电学性能及阻隔性能等都得到明显改善。塑料的取向是说塑料制品内聚合物大分子链的整体或局部沿某一特定方向作占优势平行排列的现象,这种排列包括整个大分子链、链段、晶片及晶带等。理想的取向状态为所有大分子链都沿同一个方向排列,因而破坏塑料制品需要克服大分子链上主价键能,这样的塑料制品应有着极高的理论强度和刚度。
取向使塑料制品具有各向异性,取向程度越高,各向异性程度越严重。各向异性即在塑料制品的不同方向上,具有不同的性能。一般情况下在取向方向上的性能明显优于非取向方向上的性能,尤其以拉伸强度最为明显。另外,由于取向而使塑料制品在取向方向与非取向方向上的折光指数出现差别,引起双折射现象,这是光学塑料制品所不希望的。
取向可分为两大类:一类为外加拉伸力作用取向,取向沿作用力方向发生,又可分为单轴取向和双轴取向两种,主要适于薄壁塑料制品的挤出及压延成型,另一类为加工作用力取向,即剪切力或注射压力作用取向,取向沿熔体流动方向发生,主要适于注射成型及压延成型,其中注射成型取向作用力为注射压力,而压延成型的取向作用力为剪切力。
塑料取向产生的机理
塑料不同状态下的取向。在粘流状态下,这个大分子链可以自由运动,因而可以发生大分子链取向和链段取向两种。粘流状态的大分子取向要靠力的作用才可发生,其中注射成型靠注射压力作用,压延成型靠剪切力作用,而挤出成型则靠拉伸力作用。
在高弹状态下,整个大分子链不能运动,只有链段可发生运动。此时有的塑料制品已发生不同程度的结晶,因而在外力作用下,可以发生链段取向,如果为结晶聚合物,还可以发生结晶取向。其中结晶取向为将原来的球晶结构破坏变成细小的晶粒、片晶或晶带,沿外力作用方向作优异排列,形成串晶结构。
塑料的取向过程。塑料的取向过程为分子链相对位移和晶体结构改变的过程,这一过程必须克服塑料制品内部分子间的阻力,因而取向过程不能在一瞬间完成,而需要一个过程。在粘流状态下,取向一般首先发生链段取向,然后受链段取向的协同作用而引发整个大分子链取向。在高弹态及玻璃态下,这个大分子链难以运动,一般不发生大分子链取向,只能发生链段取向和晶体取向。
取向是一种大分子有序化的过程,在热力学上取向状态为热力学不稳定体系,因而取向并非一个自发过程,必须靠外力作用才可实现。取向发生后,如不将其固化为玻璃态,外力一旦撤去,将会发生解取向,即从有序状态自发恢复到无序状态。
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