取向是塑料制品改性的一種有效的方法,通過取向改性,可使塑料的力學性能、熱學性能、光學性能、電學性能及阻隔性能等都得到明顯改善。塑料的取向是說塑料制品內(nèi)聚合物大分子鏈的整體或局部沿某一特定方向作占優(yōu)勢平行排列的現(xiàn)象,這種排列包括整個大分子鏈、鏈段、晶片及晶帶等。理想的取向狀態(tài)為所有大分子鏈都沿同一個方向排列,因而破壞塑料制品需要克服大分子鏈上主價鍵能,這樣的塑料制品應有著極高的理論強度和剛度。
取向使塑料制品具有各向異性,取向程度越高,各向異性程度越嚴重。各向異性即在塑料制品的不同方向上,具有不同的性能。一般情況下在取向方向上的性能明顯優(yōu)于非取向方向上的性能,尤其以拉伸強度最為明顯。另外,由于取向而使塑料制品在取向方向與非取向方向上的折光指數(shù)出現(xiàn)差別,引起雙折射現(xiàn)象,這是光學塑料制品所不希望的。
取向可分為兩大類:一類為外加拉伸力作用取向,取向沿作用力方向發(fā)生,又可分為單軸取向和雙軸取向兩種,主要適于薄壁塑料制品的擠出及壓延成型,另一類為加工作用力取向,即剪切力或注射壓力作用取向,取向沿熔體流動方向發(fā)生,主要適于注射成型及壓延成型,其中注射成型取向作用力為注射壓力,而壓延成型的取向作用力為剪切力。
塑料取向產(chǎn)生的機理
塑料不同狀態(tài)下的取向。在粘流狀態(tài)下,這個大分子鏈可以自由運動,因而可以發(fā)生大分子鏈取向和鏈段取向兩種。粘流狀態(tài)的大分子取向要靠力的作用才可發(fā)生,其中注射成型靠注射壓力作用,壓延成型靠剪切力作用,而擠出成型則靠拉伸力作用。
在高彈狀態(tài)下,整個大分子鏈不能運動,只有鏈段可發(fā)生運動。此時有的塑料制品已發(fā)生不同程度的結(jié)晶,因而在外力作用下,可以發(fā)生鏈段取向,如果為結(jié)晶聚合物,還可以發(fā)生結(jié)晶取向。其中結(jié)晶取向為將原來的球晶結(jié)構(gòu)破壞變成細小的晶粒、片晶或晶帶,沿外力作用方向作優(yōu)異排列,形成串晶結(jié)構(gòu)。
塑料的取向過程。塑料的取向過程為分子鏈相對位移和晶體結(jié)構(gòu)改變的過程,這一過程必須克服塑料制品內(nèi)部分子間的阻力,因而取向過程不能在一瞬間完成,而需要一個過程。在粘流狀態(tài)下,取向一般首先發(fā)生鏈段取向,然后受鏈段取向的協(xié)同作用而引發(fā)整個大分子鏈取向。在高彈態(tài)及玻璃態(tài)下,這個大分子鏈難以運動,一般不發(fā)生大分子鏈取向,只能發(fā)生鏈段取向和晶體取向。
取向是一種大分子有序化的過程,在熱力學上取向狀態(tài)為熱力學不穩(wěn)定體系,因而取向并非一個自發(fā)過程,必須靠外力作用才可實現(xiàn)。取向發(fā)生后,如不將其固化為玻璃態(tài),外力一旦撤去,將會發(fā)生解取向,即從有序狀態(tài)自發(fā)恢復到無序狀態(tài)。
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