相关的处理、内部结构和注塑薄壁零件的属性部分对聚酰胺66的例子

文摘

在微观和薄壁注塑工艺条件影响发达的内部结构,从而产生的部分属性。探讨作为模范地聚酰胺66形态学上的不同冷却条件下的相互作用和结晶结构。调查显示,一个缓慢的冷却速度的融化导致均匀形态和更高的结晶度和青睐的晶体结构。因此,介电行为和属性是影响光传输部分。

1。介绍

微系统技术被认为是未来的关键技术。聚合物的主要应用领域microparts在医疗技术或生物技术,作为光学系统的组件,这些在微流体,电子,微机电系统(1,2]。为这些微型元件由于需求增加,需求增加更高的质量和再现性部分同时发生(3]。

减少部分尺寸原因增加冷却影响其形态和力学性能4- - - - - -7]。此外,长期的属性也可以影响(8- - - - - -10]。为了抵消这一点,新技术已经开发和处理策略。例如,融化的缓慢冷却使用低导电模具材料或动态温度控制的空腔可以执行11- - - - - -15]。转会microparts机械材料特性的确定和验证在标准化测试标本,只有部分是可能的(16,17]。因此,有必要研究部分维度上可用的材料属性的影响(18- - - - - -20.]。

除了对结晶度的影响,晶体结构的形成也受工艺条件的影响。例如,聚酰胺66显示了两个已知多态结构稳定的晶体结构。这些都是表示为α和γ(21,22]。的α水晶是青睐的退火或在较高的温度而结晶γ晶体可以获得较低的温度(21,23]。根据Radusch et al。24]α水晶是由于更好的水晶完美更稳定,而γ可以转换成结构α通过热处理。此外,kolessov et al。25)表明,对聚酰胺6机械性能,例如,刚度,增加更高的分数α晶体。可以检测出不同的晶体形式在其他技术与DSC测量(26,27)和小角度(粉煤灰)和广角x射线散射(蜡)24,26,28)或红外光谱(21,25,29日]。

此外,影响聚合物组成部分的内部结构不同聚合物的介电行为和描述(30.- - - - - -34]。在聚酰胺66有三个弛豫峰(21]。这些标记通常是α,β,γ松弛的发生温度50°C,−80°C,−140°C。Nuriel et al。35]表明,高结晶聚酰胺66放松转移到更高的温度。这与一个弛豫过程的活化能增加,影响显著α放松。

冷却条件影响,除了力学性能,光学部件的属性(36]。如图所示,kolessov et al。25)更快的冷却会导致更高的光传输,特别是在较低的波长。这种效果是由于球粒的关键效应大小相比在光散射层的大小和透明度。类似的效果被描述为半晶质材料PE和PP (37,38]。

然而,通用表示形式之间的交互过程的条件下,内部结构的形成,以及由此产生的部分属性尚未完成。中发现的问题可以建模和过程的理解,内部结构的调查细节,或影响部件的属性4]。本文的目的是关联不同的工艺条件(即。,modified cooling conditions) with the resulting internal structures and the effect on part properties.

2。材料和方法

2.1。材料

使用材料是半晶质的聚酰胺66 (PA66) Ultramid A3K由巴斯夫。的物质被选中,是因为它的良好的流动性能和相关性对常见微和薄壁零件的生产。特征值的材料如表所示1。


参数	PA66 Ultramid A3K

密度()(公斤·m⁻³)	1130年
熔化温度(°C)	260年
结晶温度(°C)	236年

2.2。标本和处理

探讨工艺条件的影响,在内部部件的属性一盘square-based形状35毫米的长度和厚度0.5毫米(图1)。注塑一个Arburg全能球员370 U 700 - 30/30注塑成型机使用,配有position-controlled螺钉直径15毫米。实现一个动态的模具温度variotherm温度控制系统(类型:swt 200,单Temperiertechnik GmbH)使用。系统采用水作为循环流体加热和冷却电路交换设备。加热电路允许流体温度高达200°C。主模的目的是维持在一个恒定的温度处理稳定,而且只有腔插入积极的温度控制。这个模具技术和实现动态模具回火过程允许显著变化的一部分的形貌和晶体结构。这些腔插入组合一层一层地从钢粉使用快速工具流程(LaserCusing概念激光GmbH)。此生产过程允许复杂的冷却通道的设计(小于2毫米的背后空腔表面),同时确保腔的优化回火。

原模的绝缘组合和保形冷却通道是有利于腔特别快速的温度变化。这允许在注塑模具温度microspecimens形态发展有显著影响。这三个不同的模具温度选择:最小和最大温度实现可再生的过程,中间温度根据标准工艺条件。模具温度由温度传感器测量腔附近。温度的曲线为不同的模具温度在注入如图2。模具温度是强调当定义的熔体注入模具。注塑模具冷却后安全退出部分和跑步。对材料相关工艺条件如表所示2。


材料	熔体温度 °C	在注射模具温度 °C	熔体流动速率厘米³年代⁻¹

PA 66	290年	60/100/180¹	18

参见图2。

2.3。描述

2.3.1。形态和结晶度

10日水晶形态进行了研究µ用偏振光显微镜米厚的削减。这些削减从中间取出标本沿注入方向。

结晶度的描述、红外显微镜(优势,光谱科技有限公司,谢尔顿,CT,美国)应用。三个传输测量薄的切割工具,对每个部分进行。这一比率灭绝的吸光度的乐队在1199厘米⁻¹的结晶部分,1180厘米⁻¹的无定形部分描述了结晶度,如图所示,寇汗(21]。这一比率允许的结晶程度的近似计算下列方程(39]: 此外,两个重要的水晶PA66的修改α和γ修改,可以表现为典型的吸光度乐队的灭绝。乐队在波长为1417厘米⁻¹是典型的α修改,而γ修改影响到1438厘米⁻¹乐队(21,29日]。比较不同晶体结构的相对数量的比率这些乐队1417厘米⁻¹/ 1438厘米⁻¹,所谓的polymorphy-ratio。一个描述更高分数的增加价值α并与冷却速率较慢的材料。

2.3.2。介电行为

介质热分析(DETA)一个圆形的空白与直径25毫米的标本。这些空白的特点使用动态力学分析仪(DMA);RSA-G2, TA仪器)DETA测量系统安捷伦4294。在测试标本干燥条件。进行了DETA 2×10的四个频率³2×10⁶赫兹之间温度的20和120°C(升温速率2 K分钟⁻¹)。DETA测量允许可逆储存能量的特性在材料和耗散能量成比例。这些值用于计算损耗的因素根据

耗散因子经常使用和评估在介电弛豫谱技术的应用,尤其是对电工材料的表征。除此之外,与local-resolved DETA的红外光谱分析方法测量只能意味着特征层整体属性依赖属性不能被检测到。

2.3.3。半透明

半透明的标本进行了分析与UV / VIS光谱仪λ18(珀金埃尔默公司)。因此,光的传播通过标本测量的波长250 - 850纳米(可见范围。380 - 780 nm)。

3所示。结果与讨论

3.1。形态

工艺条件,特别是聚合物熔体的冷却,影响薄壁零件如前所述的形态。制造不同的标本的形态结构如图3。模具温度60°C会导致材料的快速冷却(特别是在直接接触的表面积模具)已经在注射阶段。这需要一个重要amorphous-like表层,只有小单球晶在核心区域。模具温度的增加100°C减少了冷却速度导致较小的表层和日益球状的形态。180°C的模具温度在注射导致几乎均匀形态在整个截面。这是由于减少了熔体的冷却速度和足够的时间对聚合物的结晶。只有表面积揭示了一个更小的球状的结构。

3.2。结晶度

关联与影响形态不同的冷却条件也影响结晶度。结晶度的不同生产标本图所示4。所有的部分显示不同截面梯度,低学位的表面积和增加价值的核心区域。此外,部分已经注塑的模具温度60°C显示低结晶度的完整的横截面。这些零件注塑模具温度显示增加结晶度更高。结晶度增加大约5%的零件注塑60°C。此外,进一步增加的模具在熔体注射温度高达180°C显示对结晶度的影响较小。模具温度达到100°C的结晶度达到深度ca。100µ米从表面上看,一个最大值,减少核心。这是归因于剪切诱导成核(有利于结晶过程)在表面和热结晶核心,与其他作品的结果(40,41]。模具温度为180°C没有显示不同结晶度的厚度。这些标本显示出近均匀截面结晶度。

在图5吸光度的比值的1417厘米⁻¹到1438厘米⁻¹(polymorphy-ratio)截面的标本。越来越比率表明更高的分数α水晶修改由于冷却速度慢。的值的比值标本显示低价值的表面积和更高比例的核心区域。因此,由于冷却速率较高的表面积γ修改是最好在ca。100µ从表面。这与结晶度,面积也减少了。此外,注射模制标本60°C和100°C显示比例减少的核心也与结晶度。

标本注入型180°C polymorphy-ratio更高,因此更高的分数α晶体由于缓慢冷却。此外,这些标本显示核心的一个几乎恒定的比率和核心和表面之间的比率的差异也减少了与上述讨论均匀形态结构和结晶度的厚度。因此,基于定义的工艺条件,即定义冷却条件在处理过程中,分子链可以达到一个更紧凑的包装在结晶。这允许一个更高的水晶完美导致越来越的一部分α晶体。

3.3。介电行为

图6显示的耗散因子PA66的介电测量。调查的重点是α放松;因此,20 - 120°C的温度范围是感兴趣的调查。正如预期,α放松是频率的影响,更高的频率变化放松到更高的温度(35]。

(一)

(b)

然而,测量结果表明,诱导过程修改内部属性影响材料的介电行为。青睐的标本结晶形态揭示耗散因子的转向更高的价值。这是由于更高的损耗系数意味着更多的能量消散的材料弛豫过程。这种效果已经描述(35]。因为更高的结晶度和晶体结构(即。,增加α水晶修改)更多的能量用于激活弛豫过程。

图7关注的峰值温度和松弛因子α放松。它显示了如上所述的弛豫温度的变化越来越频繁。此外,过程诱导修改内部结构也导致的转变温度。观察到的温度变化超过3 K,但随着频率温度转变减少反映了聚合物的粘弹性性质的遵守时间——温度叠加原理(35]。

(一)

(b)

耗散因子也受频率和内部结构的影响。更高的频率增加了损耗因子,类似于温度变化。内部结构的影响,由于冷却速度降低,也影响耗散因子如前所述。过程引起的内部结构的变化导致大约50%耗散因素独立于应用的频率更高。因此,耗散因子不断与相关学位,水晶属性的修改。然而,它是不可能的,这些结果严格分离的影响结晶度和结晶的数量修改。进一步的调查应该披露的影响结晶度和结晶修改介电性能。

3.4。半透明

图8显示材料的传播依赖所示的冷却条件。90%的标本获得传输在可见光区上端。传播的程度和减少波长略有减少。在低端可见光的光吸收增加,只有75%到67的光传输。

正如所料,标本注塑模具温度低显示更高价值的透光率随着标本注塑模具温度更高。这是由于这样的事实,这一过程诱导更高的结晶度和更多的球状的形态(见图3)由于冷却速度越慢。这个结果与kolessov et al。25)(乙烯或其他半结晶聚合物(37,38]。然而,透光率的差异在可见光波段的低端似乎没有影响的感知亮度,因为这主要归功于透光率在500年和600年之间的波长纳米(42]。

4所示。结论

在微观和薄壁注塑工艺条件,特别是冷却条件,尤其重视发展的热塑性聚合物的内部结构在处理过程中。因此,使用的属性也影响。调查在本文讨论不同工艺条件的影响作为模范地对PA66的形成注射模压micropart的内部结构和由此产生的属性。(1)更快的聚合物熔体的冷却导致像预期的修改后的形态。缓慢冷却,由于在注射模具温度的增加,减少或抑制发展的表层,并允许更均匀形态。这也影响结晶度增加而降低冷却速度。(2)减少冷却条件也有利于晶体的发展修改。在的情况下使用了PA66更多α晶体是由缓慢冷却。这是揭示了红外光谱和有关也与DETA测量。(3)介电行为的影响可以用于材料分析的属性对于他们的应用程序修改部分。(4)然而,内部结构的影响也会影响使用的属性作为模范地显示在透光率。半透明可以减少(或增加)的缓慢或快速冷却部分原因修改后的晶体结构。但自从透光率影响波长约为400纳米以下,对可见的半透明的影响将很小的应用聚合物。然而,这种效果必须进行进一步的研究。未来的调查也应该揭示更多详细工艺条件之间的关系,发达的内在结构,以及由此产生的部分属性。特别是相关性与静态和动态力学性能和感兴趣的物理或化学老化的影响,以及转移到其他聚合物。

利益冲突

作者宣称没有利益冲突有关的出版。

确认

作者要感谢巴伐利亚研究基金会资助这项工作。作者还扩展他们的感谢他们的工业伙伴Werkzeugbau霍夫曼GmbH, Oechsler AG)单一Temperiertechnik GmbH, hotec GmbH, Arburg GmbH & Co . KG, BASF SE提供设备和材料。作者也承认TA工具执行DETA测量和Pia Trawiel太太对她有益的讨论。

引用

a·k·安格诺夫和j·p·库尔特,”Micromolding产品制造:进度报告”年度技术研讨会论文集(ANTEC ' 04)芝加哥,页748 - 751年,生病,美国,2004年5月。视图:谷歌学术搜索
d . m .酒鬼“微成型的挑战”学报SPE技术年会(ANTEC ' 04)芝加哥,页3703 - 3711年,生病,美国,2004年。视图:谷歌学术搜索
o . Pfirrmann m·阿斯特,Trendreport Mikrosystemtechnik-Innovative Ideen rund嗯Mikrosystemtechnik死去瑞士巴塞尔,PrognosAG, 2006年。
r·潘塔尼l . Balzano和g·w·m·彼得斯”流形态iPP凝固的剪切设备,“高分子材料与工程,卷297,不。1、60 - 67、2012页。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
a . m .汤姆,g s了,j·p·库尔特,“机械性能测定微注射成型拉伸试验标本,”学报SPE技术年会(ANTEC 06年)夏洛特,页2541 - 2545年,数控,美国,2006年5月。视图:谷歌学术搜索
t . Nguyen-Chung c .失败者,g . Juttner m . Obadal t·范教授和m . Gehde注塑micro-parts形态学分析,“塑料技术杂志》,没有。3、86 - 114年,2011页。视图:谷歌学术搜索
迈斯特和d鼓手,“制造条件对测量的影响的机械材料特性在热塑性微拉伸酒吧,”聚合物测试,32卷,不。2、432 - 437年,2013页。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
美国迈斯特、a . Jungmeier和d .鼓手”的长期性质射出成型micro-parts:部分尺寸和冷却条件对老化的影响行为,”高分子材料与工程,卷297,不。10日,994 - 1004年,2012页。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
美国迈斯特和d .鼓手”影响注塑制件的老化行为microparts使用variothermal模具回火,”机械工程的发展ID 407964条,卷。2013年,7页,2013。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
美国迈斯特和d鼓手Dimension-dependent长期性能的注塑微零件,”学报SPE技术会议与展览(ANTEC 14)美国内华达州,拉斯维加斯,2014年。视图:谷歌学术搜索
d . Schmiederer和大肠Schmachtenberg Einfluesse auf死Eigenschaften kleiner和duennwandiger Spritzgussteile,”Zeitschrift Kunststofftechnik,卷2,不。5、21、2011页。视图:谷歌学术搜索
a . Lurz和大肠Schmachtenberg影响小的属性,以及薄壁注塑parts-part 2:模具材料的热导率的重要性,”塑料技术杂志》,4卷,不。1队,2008页。视图:谷歌学术搜索
t·沃尔特·w·Schinkoethe w . Ehrfeld c .摩托罗拉和l .韦伯”与感应加热模具注塑的微观结构,”《16很Kunststoff-Kolloquium1999年,页1 - 10,斯图加特,德国。视图:谷歌学术搜索
j . Giessauf g . Pillwein, g . Steinbichler“Variotherm温度控制是适合生产、”Kunststoffe国际,卷98,不。8日,57 - 62,2008页。视图:谷歌学术搜索
d .鼓手、k·格鲁伯和s .迈斯特“交变温度技术属性控制部分,”Kunststoffe国际,卷101,不。4、25 - 27日2011页。视图:谷歌学术搜索
大肠Haberstroh m·布兰德,“机械性能测定热塑性塑料适合微系统,”高分子材料与工程,卷287,不。12日,第888 - 881页,2002年。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
d .鼓手,a . Seefried,迈斯特,”表征材料的刚度对注塑microspecimens使用不同的测试方法,”材料科学与工程的发展ID 769206条,卷。2014年,8页,2014。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
t·科赫和s·赛德勒”,机械性能的显微镜下注射模制部件,“大分子座谈会,卷181,不。1,第506 - 499页,2002。视图:谷歌学术搜索
g . r .园林路、p s . Allan和p·r·赫恩斯比“micro-mouldings的描述和物理测试,”《第61届技术会议(ANTEC ' 03),页1995 - 1999,纳什维尔,田纳西州,美国,2003年5月。视图:谷歌学术搜索
a . Jungmeier d鼓手,g . w . Ehrenstein“微型零件的优化策略,”Kunststoffe国际,卷101,不。7,50-53,2011页。视图:谷歌学术搜索
寇汗麻省理工学院,尼龙塑料手册1995年,汉斯,德国慕尼黑。
h . Batzer复合神经节Werkstoffe我:化学和物理学蒂米,斯图加特,德国,1985年。
h·w·斯塔克伟泽的性格中逐渐、j·f·惠特尼和d·r·约翰逊,尼龙66的结晶秩序,”高分子科学杂志:一般的论文,1卷,不。2、715 - 723年,1963页。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
周宏儒。m . Stolp Radusch, r .奥地利人,”结构和温度引起各种聚酰胺的结构变化,“聚合物,35卷,不。16,3568 - 3571年,1994页。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
kolessov, d . Mileva r .奥地利人,“力学行为和光学透明聚酰胺6的不同结晶形态变化所形成的途径,”聚合物公告,卷71,不。3、581 - 593年,2014页。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
h·哈马和k .田代“结构性变化的非等温结晶过程melt-cooled聚甲醛。[我]检测红外波段折叠和伸展链晶体形态的特征和提取的层状叠加模型,”聚合物,44卷,不。10日,3107 - 3116年,2003页。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
b . Wu y锣,g .杨”all-polyamide复合材料的非等温结晶聚酰胺6矩阵:结晶动力学,融化的行为,和晶体结构,”材料科学杂志,46卷,不。15日,第5191 - 5184页,2011年。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
a . Xenopoulos和b . Wunderlich构象运动和障碍在脂肪族尼龙长袜尼龙6.6的情况下,“胶体与聚合物科学,卷269,不。4、375 - 391年,1991页。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
d . Galimberti c . Quarti a .米拉尼l . Brambilla b . Civalleri和c·卡斯蒂格利奥尼,“结晶聚合物的红外光谱从头开始计算:尼龙6、6日”振动光谱卷,66年,第92 - 83页,2013年。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
a . j .钻“介电性能的聚合物在微波频率:审查,”聚合物,26卷,不。7,963 - 977年,1985页。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
t·w·巨人”,结晶度和PEEK的介电性能,聚(醚醚酮),“电介质和电气绝缘,1卷,不。6,991 - 999年,1994页。视图:谷歌学术搜索
h·l·张n s Ong和y . c . Lam”实验调查的关键参数对腔表面粗糙度在显微镜下注射成型的影响,“高分子材料工程与科学,48卷,不。3、490 - 495年,2008页。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
j . Betzabe Gonzalez-Campos、z . y . Garcia-Carvajal e·普罗霍罗夫et al .,“回顾聚(乙烯醇),热的松口”应用聚合物科学杂志》上,卷125,不。5,4082 - 4090年,2012页。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
k . Shinyama t . Oi和美国Fujita介电弛豫现象的聚乳酸β水晶壳质。”国际高分子科学杂志》上389491卷,2012篇文章ID, 5页,2012。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
h . Nuriel n . Kozlovich y费尔德曼,g . Marom“介电性能的尼龙6 6 /芳族聚酰胺纤维利用transcrystallinity面前,“复合材料:应用科学和制造业没有,卷。31日。1,第78 - 69页,2000。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
美国迈斯特和d .鼓手”的影响,模具温度对模具填充行为和微注塑部件的属性,“国际聚合物加工,28卷,不。5,550 - 557年,2013页。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
r·s·斯坦和r . Prud’homme聚乙烯透明的起源。”高分子科学杂志B部分:聚合物信件,9卷,不。8,595 - 598年,1971页。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
j . h . Bheda和j . e . Spruiell”的影响过程和聚合物的光透射特性变量聚丙烯管吹电影,”高分子材料工程与科学,26卷,不。11日,第745 - 736页,1986年。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
a . Jungmeier结构和性能的注塑热塑性micro-parts[博士。论文)埃尔兰根-纽伦堡大学,2010。
h . Janeschitz-Kriegl和大肠Ratajski处理条件下聚合物结晶动力学:休眠的变换核的动作流程,“聚合物,46卷,不。11日,第3870 - 3856页,2005年。视图:出版商的网站|谷歌学术搜索
a . Jungmeier k .检查者,g . w . Ehrenstein”热低导电微注塑模具的热塑性塑料,”多材料国际研讨会论文集Micro-Manufacture(4米/ ICOMM ' 09)卡尔斯鲁厄,页91 - 94年,德国,2009年。视图:谷歌学术搜索
m .低音c . Cusatis j .伊诺克等。手册第三光学:视力和视觉光学麦格劳-希尔专业,第3版,2009年版。

国际高分子科学杂志》上

文摘