成型加工过程中的取向问题

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1、第二节成型加工过程中聚合物的取向取向(orientation)：在外力作用下，分子链沿外力方向平行排列。聚合物的取向现象包括分子链、链段的取向以及结晶聚合物的晶片等沿外力方向的择优排列。未取向的聚合物材料是各向同性的，即各个方向上的性能相同。而取向后的聚合物材料，在取向方向上的力学性能得到加强，而与取向垂直的方向上，力学性能可能被减弱。取向聚合物材料是各向异性的，即方向不同，性能不同。聚合物的取向一般有两种方式：单轴取向：在一个轴向上施以外力，使分子链沿一个方向取向。如纤维纺丝：再如薄膜的单轴拉伸双轴取向：一般在两个垂直方向施加外力。如薄膜双轴拉伸，使分子链

2、取向平行薄膜平面的任意方向。在薄膜平面的各方向的性能相近，但薄膜平面与平面之间易剥离。薄膜的双轴拉伸取向：取向机理非晶聚合物大分子的取向(包括流动取向和拉伸取向)有链段取向和分子链取向两种类型。链段取向可以通过单键的内旋转造成的链段运动来完成，在高弹态就可进行；大分子链的取向需要大分子各链段的协同运动才能实现，只有在黏流态才能进行。取向过程是链段运动的过程，必须克服聚合物内部的黏滞阻力，链段与大分子链两种运动单元所受的阻力大小不同，因而取向过程的速度也不同。在外力作用下最早发生的是链段的取向，进一步才发展成为大分子链的取向。取向过程是大分子链或链段的有序化过

3、程，需靠外力场的作用才能得以实现，解取向过程是使大分子趋向紊乱无序，是一个自发过程。取向态在热力学上是一种非平衡态，一旦除去外力，链段或分子链便自发解取向而恢复原状。获得取向材料，必须在取向后迅速降温到玻璃化温度以下，将分子链或链段的运动冻结起来。当然，这种冻结属于热力学非平衡态，只有相对的稳定性，时间增加、特别是温度升高或聚合物被溶剂溶胀时，仍然要发生解取向。一、聚合物及其固体添加物的流动取向聚合物浓溶液或熔体在加工与成型设备的管道或型腔中流动,是一种剪切流动。卷曲分子链沿流动方向逐渐伸展和取向。另一方面，由于熔体温度高，分子热运动剧烈，大分子流动取向的同

4、时必然存在者解取向。剪切应力和温度的联合作用！熔体流动取向分布规律：1、等温流动区，管道截面小，管壁处速度梯度大，管壁附近的熔体取向程度最高；非等温流动区，熔体进入截面尺寸较大的型腔，速度梯度逐渐降低，熔体前沿分子取向程度低，型腔中心的熔体流动速度梯度最小，取向度极低。如图2-92、型腔中，沿流动方向取向程度逐渐降低，分子取向程度最大的区域不在浇口处，在距浇口不远的位置，此处分子受到的剪切作用最大。注射及挤出成型时，有效取向主要存在于较早冷却的次表面层。3、单轴、双轴取向主要视制品的结构形状、尺寸和熔体在其中的流动情况流动方向制品的截面变化，会出现几个方向的

5、同时流动，取向将是双轴或更为复杂。聚合物中加入填料时，直到填充物的长轴与流动方向相同（平行时），填充物才停止转动并沿流动方向取向，填料的取向方向总是与料流方向一致。在扇形制件，填料的取向具有平面取向的性质。流动取向的影响因素及控制方法影响流动取向(包括聚合物分子取向和纤维状填料取向)的因素很多。除剪切力的分布、温度的分布和变化外，在注射成型时，浇口位置对制品中流动取向的结果也会产生极重要的影响。在实际生产中，采用以下措施控制或减少流动取向的发生。①采用较高的模具温度模具温度升高后，熔料的冷却速度变小，聚合物的分子热运动加剧，可部分抵消分子取向的作用。②采用较

6、低的流速，减小流速实际上降低流体所受到剪切力③采用较宽的流道④合理设计流动模式模具的独特设计(包括浇口位置的选择)可以改变流动模式，减少流动中的流向，甚至可使取向得到合理利用⑤热处理将成型出的制品在合适的条件下进行退火处理，从而消除或减轻由取向带来的制品的内应力和各向异性。二、聚合物的拉伸取向聚合物的拉伸取向主要有高弹拉伸、塑性拉伸或粘流拉伸引起。拉伸时包含着链段的形变和大分子作为独立结构单元的形变两个过程，外力作用下最早发生链段的取向，进一步发展才引起大分子链的取向。无定形聚合物的拉伸取向在Tg~Tf间。①普弹形变②高弹形变它是聚合物分子链段在外力作用下沿

7、力的方向取向的宏观表现，这种状态在聚合物温度降至玻璃化温度以下时可保留下来，不能回复。③黏流形变在拉伸取向的温度范围内，它的宏观表现就是聚合物材料在拉伸力作用下产生的黏流形变，这种形变为永久形变，一旦发生即不可回复。当对材料进行拉伸时，首先对外力作出响应的是普弹形变，随着时间的延长，高弹形变及黏流形变相继发展，普弹形变就慢慢松弛掉。所以，最后存在于拉伸取向材料中的形变，只有高弹形变和黏流形变。无定形聚合物拉伸取向规律基于以上讨论可以得出如下关于无定形聚合物拉伸取向的规律：①拉伸比和拉伸速度相同情况下，拉伸温度越低取向程度越高；②在拉伸比和拉伸温度相同情况下，

8、拉伸比越大，取向程度越高；③在其它条件相同时，骤冷速