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聚碳酸酯注塑制品环境应力开裂行为研究

作　者: 李刚
导　师: 申长雨；韩健
学　校: 郑州大学
专　业: 材料加工工程
关键词: 环境应力开裂聚碳酸酯残余应力双折射分子取向四氯化碳
分类号: TQ320.662
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
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内容摘要

环境应力开裂(Environmental Stress Cracking,ESC)是聚合物材料的一种复杂失效行为,是注塑成型高性能聚碳酸酯(PC)制品中存在的突出问题。但以往的研究很少考虑成型复杂热机历史造成的制品残余应力及微结构分布对ESC行为的影响。因而,开展PC注塑制品ESC行为的机理及影响因素研究,可为预测和改善制品耐环境应力开裂性提供理论指导和实验依据,具有重要的学术意义与工程应用价值。论文针对注塑PC制品在化学溶剂作用下的ESC行为,在成型微结构分析基础上,重点考察了注塑残余应力、分子取向分布等对PC制品ESC行为的影响机理,以及制品开裂行为的成型工艺与溶剂等影响因素,主要工作包括:1.通过楔块法研究了PC注塑平板厚度方向双折射行为,考察了不同工艺下制品不同位置处的双折射和分子取向。发现在制品侧壁位置出现厚度方向双折射非对称分布,并结合模拟实验分析了注塑成型中的压力效应对制品表层拉应力分布的影响。2.结合成型微结构分析,深入探讨了四氯化碳作用下PC注塑平板制品的ESC行为。研究发现:制品开裂是在成型复杂热机历史所形成的残余应力、分子取向分布和溶剂诱导综合作用下引起。退火和剥层后浸渍实验表明,注塑制品表层存在的残余拉应力易引起开裂行为发生,并决定了裂纹深度;厚度方向分子取向的不连续分布决定了侧壁处裂纹位置和发展方向。3.研究了不同注塑工艺对四氯化碳、苯和环己烷混合液等溶剂浸渍下制品开裂行为的影响。结果表明:能够有效减少冻结取向和表层拉应力的工艺有利于预防PC注塑制品ESC行为的发生;保压压力较大时,开裂现象较为明显,而较高的熔体温度能有效提升PC制品的耐环境应力开裂性。当聚合物材料和溶剂的溶解度参数差值在一定范围时,容易发生环境应力开裂。

全文目录

摘要  4-5
ABSTRACT  5-9
第一章绪论  9-21
  1.1 引言  9-10
  1.2 塑料制品环境应力开裂概述  10-15
    1.2.1 环境应力开裂的影响因素及机理  10-12
    1.2.2 环境应力开裂的研究方法  12-13
    1.2.3 环境应力开裂研究进展  13-15
  1.3 注塑残余应力和双折射概述  15-20
    1.3.1 残余应力的形成与分类  15-17
    1.3.2 残余应力的主要影响因素  17-18
    1.3.3 注塑制品的双折射和分子取向  18-20
  1.4 论文主要工作  20-21
第二章聚合物注塑残余应力分析及双折射实验研究  21-41
  2.1 注塑残余应力和双折射  21-27
    2.1.1 数值模拟方法  21-22
    2.1.2 残余应力的实验表征  22-24
    2.1.3 厚度方向双折射测试  24-27
  2.2 压力效应对制品表层残余拉应力的影响  27-31
    2.2.1 压力效应介绍  27-28
    2.2.2 模拟实验部分  28-29
    2.2.3 结果与讨论  29-31
  2.3 PC注塑制品厚度方向双折射分布  31-40
    2.3.1 实验部分  31-35
    2.3.2 结果与讨论  35-40
  2.4 本章小结  40-41
第三章 PC注塑平板在四氯化碳浸渍下的开裂行为  41-55
  3.1 实验部分  41-42
    3.1.1 设备及材料  41-42
    3.1.2 实验方法  42
  3.2 结果与讨论  42-52
    3.2.1 溶剂浸渍下的开裂行为  42-43
    3.2.2 分子取向对ESC的影响  43-46
    3.2.3 残余应力对ESC的影响  46-49
    3.2.4 裂纹的扫描电镜观察  49-52
  3.3 PC注塑平板的ESC行为分析  52-54
  3.4 本章小结  54-55
第四章成型工艺及溶剂对PC注塑制品ESC的影响  55-71
  4.1 实验部分  55-56
    4.1.1 设备及材料  55
    4.1.2 实验方法  55-56
  4.2 四氯化碳浸渍结果与讨论  56-60
    4.2.1 保压压力的影响  57-58
    4.2.2 注射速率的影响  58
    4.2.3 保压时间的影响  58-59
    4.2.4 熔体温度的影响  59-60
  4.3 苯和环己烷混合液浸渍结果与讨论  60-66
    4.3.1 保压压力的影响  61-63
    4.3.2 注射速率的影响  63-64
    4.3.3 保压时间的影响  64-65
    4.3.4 熔体温度的影响  65-66
  4.4 成型工艺对ESC影响的综合分析  66-67
  4.5 不同溶剂对制品ESC行为的影响  67-69
  4.6 本章小结  69-71
第五章总结与展望  71-73
  5.1 总结  71-72
  5.2 研究展望  72-73
参考文献  73-78
附录  78-79
致谢  79

聚碳酸酯注塑制品环境应力开裂行为研究

内容摘要

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