结晶效应对塑料制品质量影响

　　（1）结晶概念
　　
　　聚合物的超分子结构对注塑条件及制品性能的影响非常明显。过去研究聚合物加工多从分子量大小、分子量分布及分子链支化的角度。但近年来，人们更注意到对于比单个他子大得多的超分子结构（聚积态结构），大分子链的排列、各种粒子形态堆砌方式，结晶效应、取向效应等对制品质量的影响更为重要。聚合物按其超分子超分子结构可分为结晶型和非结晶型，结晶型聚合物的分子链呈有规则的排列，而非结晶型聚合物的分子链呈不规则的无定型排列。不同形态表现出不同的工艺特性和物理机械性能。一般，结晶型聚合物比非结晶型具有较高的耐热性能和机械性能。
　　
　　分子结构较简单的、对称性高的聚合物易生成结晶，例如聚乙烯、聚四氟乙烯、聚偏二氯乙烯等；分子链节虽然较大，分子间的作用力很强也能生成结晶，例如聚酰胺、聚甲醛等。但如果在分子链上有很大的侧基存在时，则不易生成结晶，如聚苯乙烯、聚醋酸乙烯酯和有机玻璃等。分子链刚性大的聚合物也不能结晶，如聚砜、聚碳酸酯、聚苯醚等。
　　
　　（2）聚合物结晶度对制品性能的影响
　　
　　①密度结晶度高，说明多数分子链已排列成有序而紧密的结构。分子间作用力强，所以密度随结晶度提高而加大，例如70%结晶度的聚丙烯其密度为0.896g/cm3，当结晶度增至95%时则密度增至0.903g/cm3。
　　
　　②拉伸强度结晶度高，拉伸强度高，例如结晶度70%的聚丙烯其拉伸强度为27.5Mpa，当结晶度增至95%时，则拉伸强度可提高到42Mpa。
　　
　　③冲击强度冲击强度随结晶度提高而减小，例如70%结晶度聚丙烯，其缺口冲击强度为14.9KN·m/m2，当结晶度为95%时，冲击强度减小到4.77KN·m/m2。
　　
　　④刚度70%结晶度的聚丙烯其模量为4400Mpa，而到95%时，则下降到980Mpa。
　　
　　⑤热性能结晶度增加有助于提高软化温度和热变形温度，如结晶度为70%的聚丙烯，载荷下的热变形温度为124.9℃，而结晶度95%时则为151.1℃。刚度是注塑制品脱模条件之一，较高的结晶度会减少制品在模内的冷却周期。结晶度会给低温带来脆性，例如结晶度分别为55%、85%、95%的等规聚丙烯，其脆化温度分别为0℃、10℃、20℃。
　　
　　⑥翘曲结晶度提高会使体积减小，收缩加大。结晶型材料比非结晶材料更易翘曲，这是因为制品在模内冷却时，由于温度上的差异引起结晶度的差异，使密度不均、收缩不等，导致产生较高的内应力，而引起翘曲，并使耐应力龟裂能力降低。
　　
　　⑦光泽度结晶度提高会增加制品的致密性，使制品表面光洁度提高，但由于球晶的存在会引起光波的散射，而使透明度降低。
　　
　　（3）影响结晶度的因素
　　
　　①温度及冷却速度结晶有一个热历程，必然与温度有关。当聚合物熔体温度T高于熔融温度Tm时，大分子链的热运动显著增加，当达到大于分子的内聚力时，分子就难以形成有序排列而不易结晶；当温度过低时，大分子链段动能很低，甚至处于冻结状态，也不容易结晶。所以，结晶的温度范围是在玻璃化温度Tg和熔融温度Tm之间。在高温区（接近Tm），日核不稳定，单位时间成核数量少，而在低温区（接近Tg）自由能低，结晶时间长，结晶速度慢，不能为成核创造条件。这样，在Tm和Tg之间存在一个zui高的结晶速度（Vmax）和相应的结晶温度（Tvmax）。
　　
　　②熔体应力作用实施表明：熔体应力的提高、剪切作用的加强都会加速结晶过程。这是由于应力作用会使链段沿受力方向而取向，形成有序区，容易诱导出许多晶胚，使晶核数量增加，生成结晶时间缩短，加速了结晶作用。例如，对聚合丙烯考察发现：当压力增高时，不仅使结晶度提高、密度增加，而且对结晶温度也有提高作用。
　　
　　通过上面的介绍，使我们知道注射成型中，对塑料熔体温度、模具温度及其冷却速度的控制是多么重要，因为这对结晶度及其制品的内部质量将起重要影响。