塑料三態(tài)的微觀結(jié)構(gòu)和工藝特性

　　一、玻璃態(tài)

　　處于玻璃態(tài)下的塑料分子，鏈段運動基本上處于停止的狀態(tài)，分子在自身的位置上振動，分子鏈纏繞成團狀或卷曲狀，相互交錯，紊亂無序。在玻璃態(tài)時分子的聚集狀態(tài)如下圖所示：

　　當受到外力作用時，分子鏈段將作瞬間微小伸縮和鍵角改變。整個塑料形體具有一定的剛性和強度（抗張強度、抗彎強度等）。在這種形態(tài)下，塑膠件可以被使用或進行機械加工（如：切削、鉆孔、銑刨等）。

　　一般非結(jié)晶形塑料（如：聚苯乙烯、有機玻璃、聚碳酸酯等），其玻璃化溫度高于室溫，我們可以將原料顆粒、定型了的制件視為玻璃態(tài)。至于聚乙烯、聚丙烯等“軟”性塑料，事實上也存在著“硬”性的玻璃態(tài)。

　　這類塑料中的非結(jié)晶部分，玻璃態(tài)溫度比室溫低很多（——123——85℃），在玻璃態(tài)度溫度以上處于高彈態(tài)，表現(xiàn)為柔性，而結(jié)晶部分熔點又比室溫為高（137℃），因晶格能的束縛，鏈段不能自由活動，表現(xiàn)為剛性，所以也能作為具有固定形狀的塑料使用。

　　二、高彈態(tài)

　　處于高彈態(tài)下的塑料分子，動能增加，鏈段展開成網(wǎng)狀，但分子的運動仍維持在小鏈段的旋轉(zhuǎn)，鏈與鏈之間不發(fā)生位置移動。受外力作用時可產(chǎn)生緩慢形變，當外力除去后，又是慢慢恢復原狀。在這種狀態(tài)下，塑料具有一種類似橡膠的彈性，所以又稱橡膠態(tài)。通常稱為彈性或橡膠體的高聚物，便函是在室溫下處于高彈態(tài)的高聚物。

　　高彈態(tài)有兩個特點（1）在較小作用力下可產(chǎn)生較大變形，外力解除后能恢復原狀。

　?。?）高彈形變并非瞬間發(fā)生，而是隨時間逐漸發(fā)展。與普通的彈性形變不同，在同樣外力作用下，形變要延遲一段時間才能完成，而且形變量大，松弛性也較明顯。

　　塑料的高彈態(tài)其實只有在熱加工過程中才出現(xiàn)：

　　三、粘流性

　　處于粘流態(tài)下的塑料分子，網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)已經(jīng)解體，大分子鏈與鏈之間，鏈段與鏈段之間都有能夠自由移動?？梢哉f，這是塑料的“液體”存在的形式，只是粘性大，物理構(gòu)成不同，力學性質(zhì)不同。當給予外力時，分子間很容易相互滑動，造成塑性體的變形，除去外力便不再恢復原狀。

　　塑料熱成型過程可以這樣描述：通過熱和力的作用，讓塑料從室溫的玻璃態(tài)，經(jīng)歷程高彈態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)檎沉鲬B(tài)，注射入具有一定形狀的封閉模腔，然后在模腔內(nèi)逐漸冷卻，從粘流態(tài)轉(zhuǎn)回玻璃態(tài)，最后形成與模腔形狀一致的制品。

　　塑料只能在粘流態(tài)下才能注射充填成型，即是說，塑料的加工溫度范圍只能是從粘流溫度（或結(jié)晶型塑料的熔點）到分解溫度之間。如果這個范圍寬，加工將比較容易，如果這個范圍窄，可選擇的加工溫度限制就大，加工就較為困難。前者以聚乙烯為代表，后者以聚氯乙烯為代表。經(jīng)常應用的聚苯乙烯、ABS等亦屬于范圍寬的一類，所以在設定注塑機料筒溫度時，能夠比較隨意；如果不需考慮色粉對高溫的敏感性，溫度調(diào)高些或調(diào)低些，對生產(chǎn)影響不大。

　　塑料在加熱料筒中經(jīng)歷的熱力學變化如圖所示：

　　從圖中可以看出，在熱的作用下，塑料是從玻璃態(tài)經(jīng)歷高彈態(tài)轉(zhuǎn)化為粘流態(tài)。正常的加工溫度應保證這種轉(zhuǎn)化順利進行，從進料段往前到射嘴段，溫度逐漸遞增，如若破壞了這種遞增，將使操作不穩(wěn)定。即使有時在實際生產(chǎn)中，調(diào)校的射嘴溫度比其前段料筒溫度略低，但前段料筒位置內(nèi)的料事實上已完全進入粘流態(tài)，稍低溫度的射嘴起著保溫及出料均勻的作用。

　　塑料的粘流態(tài)溫度范圍有一定極限，超過了這種極限，即超過了分解溫度，塑料產(chǎn)生分解，會破壞原來的化學結(jié)構(gòu)，成為低分子化合物，甚至碳化。有時噴嘴對空注射發(fā)生爆鳴聲，就是由于氣態(tài)低分子生成物從料筒內(nèi)的高壓突然轉(zhuǎn)變?yōu)榈蛪哼M入大氣，瞬間膨脹造成。這種現(xiàn)象的出現(xiàn)，說明料筒內(nèi)部分塑料不堪高溫或長時間受熱而發(fā)生了分解。

　　正常生產(chǎn)過程中的塑料，不般不會超過分解溫度，但如果料筒內(nèi)壁或螺桿損傷后有死角，造成長時間停滯或受到劇烈的擠壓剪切，就有可能發(fā)生分解，注塑出來的制件，往往帶有焰火狀黃斑。