尼龙1010注射制件显微切片微型拉伸研究

第 � 卷第 � 期 ! ∀ ∀ 年 。月 中 国 塑 料 #∃ %& ∋ ( ) ∋ ∗ + %# ∗ , − . 。� ∗ / ( 。 & − 。� ! ∀ ∀ 尼龙 0 0 注射制件显微切片微型拉伸研究 ’ 张 武 林德宽 1西北工业大学 工程塑料研究室2 摘 要 作者对尼龙 0 0 注射制件进行显微切片 , 再对显微切片进行拉伸试验 。 将显微 切片的取向 、 结晶 、 形貌等聚态结构与其拉伸性能进行对照 , 进而揭示注舒成 型中工 艺、 结构与性能的关系 。 一 、 引言 长期以来 , 人们都希望通过对注射成型 理论的研究来指导生产 。 以往和现在所 进行的许多研究 , 都是直接考察各工艺参数 对制件最终性能的影响 , 而对其中间过程不 予深究 。 另一类研究是从流变学的角度 , 用 各种方法 1如透明模2 模拟复杂的充模流动 过程 。 3 0年代起 , 4 5 6 7 8等 人 〔, 、 � , ‘, 开始从 形态学的角度研究 , 即对制件内部各区进行 显微切片 , 借助于偏光显微镜及其它手段 , 考察其结晶、 取向、 形貌等不 同 的 结 构层 次 , 他们认为这种结构层次或皮一芯结构是 复杂充模流动史和热历史的综合结果 。 这类 工作中最有实际意义的一个研究侧面 , 就是 将皮一芯层含量与工艺和试件力学性能直接 联系起来。 如 4 5 6 78等人 〔� , 发现 ((试 件 的 强度随皮层或皮层剪切层厚度之和的增加而 增加。 许多其它研究亦得到类似的结 果 〔9 , 。 : 本文内容在 ! ∀ 了年全国高分子学术报告会上宣读 但是我们在研究中发现 , 尼龙 0 。注射 制件皮层含量与总屈服强度的关 系 与(( 试 件的规律不同。 有两种情况 , : 当模具温度 1+ ;2 相 同 而存放环境温度 1< ·∃ : = 2 不 同时 , 试件皮层厚度基本上不变 , 但其屈服 强度却可变化�0 = 以上 > � : < 。∃ 。 =相同时 , + , 提高 , 试 件屈服强度 5 , 随皮层厚度增而 降低。 基于上述间题 , 我们认为 , 皮一芯层结 构还很复杂 , 从皮一芯层含量直接到试件力 学性能的研究还比较粗糙 , 有必要采用进一 步的手段作更深入的探讨 。 为此我们开展了 注射制件显微切片的微型拉伸研究 。 即沿注 射制件平行于模壁和流动方向切片 , 各个区 域的切片具有不 同的结构形态 , 再将具有不 同结构形态的切片进行拉伸 试 验 , 直 接 将 结构形态与拉伸性能对照分析 , 此外 , 将从 层到内芯各切片的力学性能分布与试件的 力学性能相对照 , 进而研究工艺 , 环境条件 —皮一芯结构—皮一芯力学性能—试件力学性能四者之间的关系。 尼龙 的 。注射制件显微切片微型拉伸研究 第�卷 一 ?介户 才里吞一一 、 二夕丈尽匹 原料为上海赛璐路厂尼龙 0 0一 . 型 。 按照 ∃ ≅ Α 一∀ Β ! 一3 Β测得其相对粘 度 为 : 3 0 , 显微熔点�0 3℃ , 原料经干燥后分别在�0 ℃ 、 Β 0 心和 !Χ ℃模具温度下成型 。 所得各种试件 分别在干燥器 、 空气 中和室温水中放置 Χ0 天 后进行后续实验 。 显微切片拉伸试样的制作过程见图 . 。 :八 吸 、 洽权二补实匀三 , 了1劳 刨护 ‘劲矢 不 缺 口探度 � 石0 卜Δ刀 二3 , 叙 铣床 甚 特制夹 其和柳 刀 甲 二李 样二取二 二二李 口口Ε 切片 Φ 片厚 ‘ �0 卜 90 Γ ; 固定试牛 ) 、型 回 转 式切 片机 白胶 布 编号 计算 卡片 粗几于匕 区夔Η功 汹止办脚 苏 自自 >浏激光先先 学学分析仪仪 卡片缺口 广一气 尸一 Δ : : , : 一: , : 气Ι ϑ业。 Ι一、 ’“ “‘『− ” , , 匕之Κ 匕汀卿 Φ 一了 电子 强力仪) Λ Μ Λ %‘一 ? ‘: 侧: 曰: : : : Ν微型拉伸 试验 心二嘴一 罕Ο 一下 拉钟狱 民 ,代样 刊 刀 丁专子珍,.试丰亏 微型拉伸试样制作和测试流程图 !吕5年。月 �。�。 哎扬壤暖当 在试件中部取样 , 平行于料流方向切片。 为 保证断裂发生在试样中部 , 用特制夹具和刨 刀在预 制 试 样 中部加工出平滑缺 口 。 为便 于拉伸夹持 以及拉伸前保护切片 , 特采用图 示计算卡片! 白胶片补强措施 。 用显微激光 分析仪 ∀西北工业大学发明# 测 定 双 折射 率 。 微型拉伸速度∃% % ! % &∋ , 相对形变 速 率 ( ! % &∋ , 温度 )∗ 士 ) ℃ , 相对湿 度 +, 士 ∗ − 。 大试件为矩型浇口单端进料的哑铃型拉 伸试件 , 有效长度 ∗ , % % , 在 . / 0 1 ∃23型 拉 力试验机 ∀民主德国制造 # 上 进 行 拉 伸试 验 , 拉伸速度 为32% % ! % & ∋ , 温 度) 4℃ , 相对湿度 5 6 − 。 在显微激光分析仪上进行偏光显微观察 拍照 , 在自制的+, “% 密度梯度管上按7 89 / : ( ∗ 2 ∗一+5 进行显微切片的密度测定 , 所 用 液体体系为甲苯—四氯化碳。所测结果根据尼龙 ( , ( ,完全无定形态密 度数据和完全结晶体密度数据 ‘幻 换 算 成 结 晶度 。 所示 , ( 一 ( 、 ( 一 ) 、 ( 一 ; 分别在距表 面不 同的深度处 取 得 < ( 一 ( 在5郎 % 处 , ( 一 ) 在) 5 , 件% 处 , ( 一 ; 在 = , ,件% 处 。 曲 线 ) 为大试件的应力一应变 曲 线。 可 以 看 出 , 显微切片的应力一应变曲线形状与大试 件相似 , 但具有较低的屈服强度和若干倍于 大试件的断裂伸长率 。 这主要是因为显微切 片很薄 , 两面为自由边 , 居二维应力状态 , 从而具有很强的形变能力 。 对拉伸至中途的显微切片裂缝尖端进行 偏光显微镜观察 , 发现在垂直于裂纹扩展方 向有大量原纤维束 。 对该区进行> 一? ≅ Α衍 射 发现 , 衍射环向赤道方向集中 , 表明该区分 子链沿拉伸方向取向。 这些结果表明微型拉 伸反映 了显微切片凝聚态的抗拉破坏能力 。 图 ; 为;, ℃一干燥和 ;, ℃一水泡两种试 件显微切片的≅ , 一分布 ∀即屈服强 度 沿 深 度方向的分布# 图 。 两种试件 的 ≅ Α均 在 阿 二们自Β臼八∋甘,Χ”∗∗,八Β84少性口,乙。‘人 三 、 结果与讨论 典型的显微切片应力一应变曲线如图 ) 切片深度 ∀ Δ % # Ε一一一 图 ; ; 。℃一干燥试件 ∀实线 # 和 ;, ℃一水饱试件 ∀虚线# 显微切片的屈服强度分布 。 拉伯数字及箭头所示深度位置以 后 急 速 上 升 , 形成上升端沿。 这一位置正好位于球晶 开始出现的区域 。 两种试件的差 别 在 于 < ;, ℃一干燥试件的 ≅ Α一分布在球晶 开 始 出 现的区域以前 , 即在皮层区有一上凸小峰 , 而 ;, ℃一水泡试件没有 。 最微激光分析仪揭示 了试件 的皮一 芯 、、 ,Χ、, 、协、、、Φ月Γ护仁川中勺,卜Η。日。、四巴侧瞪 1 Ι# , ) ∗ , ∗ , , (。 ·为 件长率 图 ) 显微切片的应力一应变曲线 ∀( 一( , 取 自距表面∗ , 卜% 处 ϑ & 一 ) , 取自∃3 2 % 处 , (一 ; 取自=, 。。”处# 和大试件的应力一应变曲线 ) 。 !吕5年。月 �。�。 哎扬壤暖当 在试件中部取样 , 平行于料流方向切片。 为 保证断裂发生在试样中部 , 用特制夹具和刨 刀在预 制 试 样 中部加工出平滑缺 口 。 为便 于拉伸夹持 以及拉伸前保护切片 , 特采用图 示计算卡片! 白胶片补强措施 。 用显微激光 分析仪 ∀西北工业大学发明# 测 定 双 折射 率 。 微型拉伸速度∃% % ! % &∋ , 相对形变 速 率 ( ! % &∋ , 温度 )∗ 士 ) ℃ , 相对湿 度 +, 士 ∗ − 。 大试件为矩型浇口单端进料的哑铃型拉 伸试件 , 有效长度 ∗ , % % , 在 . / 0 1 ∃23型 拉 力试验机 ∀民主德国制造 # 上 进 行 拉 伸试 验 , 拉伸速度 为32% % ! % & ∋ , 温 度) 4℃ , 相对湿度 5 6 − 。 在显微激光分析仪上进行偏光显微观察 拍照 , 在自制的+, “% 密度梯度管上按7 89 / : ( ∗ 2 ∗一+5 进行显微切片的密度测定 , 所 用 液体体系为甲苯—四氯化碳。所测结果根据尼龙 ( , ( ,完全无定形态密 度数据和完全结晶体密度数据 ‘幻 换 算 成 结 晶度 。 所示 , ( 一 ( 、 ( 一 ) 、 ( 一 ; 分别在距表 面不 同的深度处 取 得 < ( 一 ( 在5郎 % 处 , ( 一 ) 在) 5 , 件% 处 , ( 一 ; 在 = , ,件% 处 。 曲 线 ) 为大试件的应力一应变 曲 线。 可 以 看 出 , 显微切片的应力一应变曲线形状与大试 件相似 , 但具有较低的屈服强度和若干倍于 大试件的断裂伸长率 。 这主要是因为显微切 片很薄 , 两面为自由边 , 居二维应力状态 , 从而具有很强的形变能力 。 对拉伸至中途的显微切片裂缝尖端进行 偏光显微镜观察 , 发现在垂直于裂纹扩展方 向有大量原纤维束 。 对该区进行> 一? ≅ Α衍 射 发现 , 衍射环向赤道方向集中 , 表明该区分 子链沿拉伸方向取向。 这些结果表明微型拉 伸反映 了显微切片凝聚态的抗拉破坏能力 。 图 ; 为;, ℃一干燥和 ;, ℃一水泡两种试 件显微切片的≅ , 一分布 ∀即屈服强 度 沿 深 度方向的分布# 图 。 两种试件 的 ≅ Α均 在 阿 二们自Β臼八∋甘,Χ”∗∗,八Β84少性口,乙。‘人 三 、 结果与讨论 典型的显微切片应力一应变曲线如图 ) 切片深度 ∀ Δ % # Ε一一一 图 ; ; 。℃一干燥试件 ∀实线 # 和 ;, ℃一水饱试件 ∀虚线# 显微切片的屈服强度分布 。 拉伯数字及箭头所示深度位置以 后 急 速 上 升 , 形成上升端沿。 这一位置正好位于球晶 开始出现的区域 。 两种试件的差 别 在 于 < ;, ℃一干燥试件的 ≅ Α一分布在球晶 开 始 出 现的区域以前 , 即在皮层区有一上凸小峰 , 而 ;, ℃一水泡试件没有 。 最微激光分析仪揭示 了试件 的皮一 芯 、、 ,Χ、, 、协、、、Φ月Γ护仁川中勺,卜Η。日。、四巴侧瞪 1 Ι# , ) ∗ , ∗ , , (。 ·为 件长率 图 ) 显微切片的应力一应变曲线 ∀( 一( , 取 自距表面∗ , 卜% 处 ϑ & 一 ) , 取自∃3 2 % 处 , (一 ; 取自=, 。。”处# 和大试件的应力一应变曲线 ) 。 匀Χ ∀年。月 图上看出 , 尼龙 0 。皮层的衍射环虽有向赤 道方向集中的趋势但尚未完全 断 开 , 而(( 试件皮层、 剪切层的衍射环均已分裂成孤立 的片状 ‘。 。 高度取向的皮层 、 剪切层 将 具 有很高的层服强度 , 从而使试件的总屈服强 度明显地随该区含量的变化而变化。 Β Χ 从而使显微切片的平均屈服强度提高和使整 个试件的屈服强度提高。 � : 显微切片的微型拉伸研究 , 对于揭示 注射制件的皮一芯层力学性能 , 并以此为中 介进一步揭示工艺—皮一芯结构与试件的力学性能的关系是可行和有效的。 四 、 结论 参 考 文 献 Ο : 尼龙 0 0注射制件的屈服强度取决于 皮一芯各层材料的屈服强度分布。 而后者又 主要与皮层的取向度、 球晶度的含量和球晶 层的结晶度分布有关。 � 。皮层区的高取向度使该区增强而使整 个试件的屈服强度显著提高 。 模具温度升高 而引起的球晶区向试件表面推移或皮层含量 降低 , 使5 , 一分布的上升沿向试件表面推 移 , : Π : < : 4 5 6 7 8 , Π 。 Ε 。 & / Θ ; 5 力 6 , ?Δ 。 5 6 Ν Ρ : ∃ : Σ Δ ΤΥ 5 ./ , ?: ∋ ((7 ς − .Ω ; ∗ / Κ : , Β , 1 ! 3 �2 � 9 ! Λ � : 张武 、 王燕 , 《尼龙 0 。结晶结构参数初 探 》 , 西北工业大学科技资料 , # ) ∀ Χ Β Χ , 1 ! ∀ Χ2 Ο 0 � : 沈经炜 , ?。 ς : + Ο − 7 Κ8 6 − 6 , ? : Ξ / Δ Ν Ψ , 第 Β 届欧洲塑料会仪论文集 , 巴黎 , 1 ! ∀� 2 , Β , % 一 Β 9 : 过梅丽 , 《工程塑料应用 》� 、� : 1 ! ∀ Χ2 ΠΚ/ Δ− 一7/ 6 ΣΚ./ ∗7Ψ ΝΩ − 6 ΠΚ/ Δ− Σ/ / 7Κ− 6 Σ ϑΔ− ; &Ω.− 6 0 0 %6】/ Ζ 7Κ− 6 Π− Ψ .Ν / Ν (5 Δ7 Α [5 6 Υ ∴ Ψ ) Κ6 Ε / ] Ψ 5 6 1% 6 Σ 7Κ Δ Ψ 7/ − ϑ ( .5 Σ 7 Κ/ Σ ⊥ 6 Υ Κ6 / / Δ Τ6 Υ 5 6 Ν ∋ ((.ΚΖ 5 7 Κ− 6 , & − Δ 7[ Θ / Σ 7 ς − .Ω 7/ / [ 6 Κ / 5 . 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