聚碳酸酯动态黏弹性能与分子取向态的关系

doi:10.19491/j.issn.1001-9278.2021.09.013

中国塑料 ›› 2021, Vol. 35 ›› Issue (9): 81-86.DOI: 10.19491/j.issn.1001-9278.2021.09.013

聚碳酸酯动态黏弹性能与分子取向态的关系

罗飞¹^,²(), 李翠娟¹, 刘卓佳¹, 刘雨欣¹, 石素宇²^,³, 党旭丹¹, 刘春太², 赵永涛¹

^1.河南工程学院机械工程学院，郑州 451191
^2.郑州大学橡塑模具国家工程研究中心，郑州 450002
^3.河南工程学院材料工程学院，郑州 451191

收稿日期:2021-01-29 出版日期:2021-09-26 发布日期:2021-09-23
作者简介:罗飞（1984—），男，讲师，主要从事高聚物及聚合物基复合材料的成型加工等研究，jeffery_luo@haue.edu.cn
基金资助:
河南省高等学校重点科研项目(20B430002);河南工程学院博士培育基金(DKJ2019022);河南省科技攻关项目(182102210030)

Study on Relationship between Molecular Orientation and Dynamic Viscoelasticity of Polycarbonate

LUO Fei¹^,²(), LI Cuijuan¹, LIU Zhuojia¹, LIU Yuxin¹, SHI Suyu²^,³, DANG Xudan¹, LIU Chuntai², ZHAO Yongtao¹

^1.College of Mechanical Engineering，Henan Institute of Engineering，Zhengzhou 451191，China
^2.National Engineering Research Center for Advanced Polymer Processing Technology，Zhengzhou University，Zhengzhou 450002，China
^3.College of Materials Engineering，Henan Institute of Engineering，Zhengzhou 451191，China

Received:2021-01-29 Online:2021-09-26 Published:2021-09-23

摘要/Abstract

摘要：

将双酚A型聚碳酸酯（PC）注射成型，基于流动残余应力与分子取向关系的讨论，利用光学双折射法表征样品中的平均分子取向，并考察其动态力学性能。结果表明，近浇口取向大于远浇口，且分子取向态与其动态黏弹性参数间存在关联。当选取损耗角正切值（tanδ）=1的损耗模量值时，发现更高的积分双折射值对应更小的损耗模量，即取向越大动态黏度越小；当储能模量选取玻璃态平台末端值时，尽管双折射值与储能模量的关系受自由体积因素干扰相对不明朗，但材料依然表现出弹性随取向增加而增加的整体趋势。

关键词: 聚碳酸酯, 分子取向, 黏弹性, 储能模量, 损耗模量

Abstract:

Bisphenol?A polycarbonate （PC） plates were prepared through precision injection molding. Based on the relationship between residual flow?induced stresses and molecular orientation， an optical birefringence method was used to investigate the average molecular orientation of the PC plates， and their dynamic mechanical properties were also studied. The experimental results indicated that the plate samples near the gate had a larger molecular orientation than those far from the gate. There is a certain relationship between the orientation and dynamic viscoelasticity. When the loss modulus （tan δ） was selected to be 1， the larger the birefringence， the smaller the dynamic viscosity. This means that the samples with large orientation have small viscosity. When the storage modulus at the end of the glassy platform was selected， the elasticity of the PC plates increased with an increase in orientation， although the dependency was not obvious due to the interference from free volume.

Key words: polycarbonate, molecular orientation, viscoelasticity, storage modulus, loss modulus

中图分类号:

TQ323.4⁺1

罗飞, 李翠娟, 刘卓佳, 刘雨欣, 石素宇, 党旭丹, 刘春太, 赵永涛. 聚碳酸酯动态黏弹性能与分子取向态的关系[J]. 中国塑料, 2021, 35(9): 81-86.

LUO Fei, LI Cuijuan, LIU Zhuojia, LIU Yuxin, SHI Suyu, DANG Xudan, LIU Chuntai, ZHAO Yongtao. Study on Relationship between Molecular Orientation and Dynamic Viscoelasticity of Polycarbonate[J]. China Plastics, 2021, 35(9): 81-86.

图/表 9

图1 双折射和DMA测试中的PC样品示意图

Fig.1 Schematic diagram of the PC samples for DMA and birefringence measurement.

图2 PC注塑平板的平面双折射

Fig.2 The typical birefringence image of PC molded plates

图3 PC注塑平板的平面双折射结果

Fig.3 The planar birefringence of PC molded plates

图4 PC注塑平板沿流长方向的双折射值分布

Fig.4 The planar birefringence of PC molded plates

图5 PC样条的损耗模量和tanδ的温度依赖曲线

Fig.5 The temperature dependent of loss modulus and tanδ curves of PC samples

图6 PC典型的tanδ?温度曲线及构建取向损耗模量关系的关键点

Fig.6 Typical tanδ?temperature curve and the threshold point of PC

图7 PC注塑样品的双折射?损耗模量关系曲线

Fig.7 The relationship between birefringence and loss modulus of PC molded samples

图8 PC样条的储能模量?温度依赖曲线

Fig.8 The temperature dependent of storage modulus curves of PC samples

图9 PC注塑样品的双折射?储能模量的关系曲线

Fig.9 The relationship between birefringence and storage modulus of PC molded sample

参考文献 15

1	NARAYAN S， ANAND L. Fracture of Amorphous Polymers： A Gradient⁃Damage Theory［J］. Journal of the Mechanics and Physics of Solids， 2021， 146：104164.
2	XU Y， WAN W ， DUNNE F P E. Microstructural Fracture Mechanics： Stored Energy Density at Fatigue Cracks［J］. Journal of the Mechanics and Physics of Solids， 2021， 146： 104209.
3	HUSZAR M， BELBLIDIA F， DAVIES H M， et al. Sustainable Injection Moulding： The Impact of Materials Selection and Gate Location on Part Warpage and Injection Pressure［J］. Sustainable Materials and Technologies， 2015， 5（1）： 1⁃8.
4	赵苗，辛勇.注塑制品翘曲变形的研究进展［J］. 中国塑料， 2012， 26（4）： 66⁃71.
	ZHAO M， XIN Y. Research Progress in Warpage of Injection Molded Parts［J］. China Plastics， 2012， 26（4）： 66⁃71.
5	李艳辉，高玉波.聚碳酸酯在高应变率下的动态力学性能研究［J］. 兵器装备工程学报， 2019， 40（10）： 195⁃199.
	LI Y H， GAO Y B. Study on Dynamic Mechanical Properties of Polycarbonate at High Strain Rates［J］. Journal of Ordnance Equipment Engineering， 2019， 40（10）： 195⁃199.
6	王江波，高光发，杜忠华，等. 一种弹芯用聚碳酸酯的动态力学性能研究及本构关系［J］. 振动与冲击， 2019， 38（5）： 7⁃12.
	WANG J B， GAO G F， DU Z H， et al. Dynamic State Performance and Constitutive Relation of Polycarbonate for Bullet Cores［J］.Journal of Vibration and Shock， 2019， 38（5）： 7⁃12.
7	彭浩轩，牟让科，葛宇静，等. 聚碳酸酯/丙烯腈⁃丁二烯⁃苯乙烯材料中低应变率动态拉伸力学性能［J］. 科学技术与工程， 2020， 20（10）： 3 823⁃3 827.
	PENG H X， MOU R K， GE Y J， et al. Dynamic Tensile Mechanical Proerty of PC/ABS Material under Medium and Low Strain Rates［J］. Science Technology and Engineering， 2020， 20（10）： 3 823⁃3 827.
8	CHO K S， KIM J W， BAE J， et al. Effect of Temporary Network Structure on Linear and Nonlinear Viscoelasticity of Polymer Solutions［J］. Korea ⁃ Australia Rheology Journal， 2015， 27（2）： 151⁃161.
9	KOLBUK D， SAJKIEWICZ P， KOWALEWSKI T A. Optical Birefringence and Molecular Orientation of Electrospun Polycaprolactone Fibers by Polarizing⁃Interference Microscopy ［J］. European Polymer Journal， 2012， 48（2）： 275⁃283.
10	李阳，赵朋，李德群，等. 三维塑料注射成形热残余应力及收缩模拟［J］.高分子材料科学与工程， 2010，26（10）：159⁃162.
	LI Y， ZHAO P， LI D Q， et al. 3D Simulation of Residual Thermal Stress and Shrinkage in Plastic Injection Molding［J］. Polymer Materials Science and Engineering， 2012， 48（2）： 275⁃283.
11	MARCHESE G， ATZENI E， SALMI A， et al. Microstructure and Residual Stress Evolution of Laser Powder Bed Fused Inconel 718 under Heat Treatments［J］. Journal of Materials Engineering and Performance， 2021， 30（1）： 565⁃574.
12	ISAYEV A I. Orientation Development in the Injection Molding of Amorphous Polymers ［J］. Polymer Engineering & Science， 1983， 23（5）： 271⁃284.
13	ROMO⁃URIBE A. On the Molecular Orientation and Viscoelastic Behaviour of Liquid Crystalline Polymers： The Influence of Macromolecular Architecture［J］. Proceedings Mathematical Physical & Engineering Sciences， 2001， 457（2005）： 207⁃229.
14	HERMANS J. The Viscosity of Concentrated Solutions of Rigid Rodlike Molecules （Poly⁃γ⁃Benzyl⁃L⁃Glutamate in M⁃Cresol）［J］. Journal of Colloid Science， 1962， 17（7）： 638⁃648.
15	李思良.塑料熔体压缩弹性及其振动的研究［J］. 中国塑料， 1999， 13（5）： 40⁃43.
	LI S L. Compress Elasticity and Oscillation of Melt［J］. China Plastic， 1999， 13（5）： 40⁃43.

[1]	何和智, 徐力, 杨以科. 预应力对PC/CF层合板力学性能的影响[J]. 中国塑料, 2022, 36(4): 1-5.
[2]	陈腾飞, 莫琪棉, 张世勋, 曹伟. 高弹态耐冲击聚苯乙烯本构模型分析[J]. 中国塑料, 2022, 36(4): 89-94.
[3]	于志省, 李应成, 王洪学, 庞馨蕾, 王宇遥. PA6/PC基激光直接成型材料研究及其立体结构制件制备[J]. 中国塑料, 2022, 36(2): 8-12.
[4]	应杰, 邱琪浩, 章兴, 顾亥楠, 罗锐. 滑石粉对阻燃聚碳酸酯性能的影响[J]. 中国塑料, 2021, 35(5): 107-112.
[5]	孙琦伟, 陈宇宏, 董书源, 郎建林, 周晓伟, 张云. PMMA/PC复合平板叠层注射压缩成型翘曲变形计算模拟[J]. 中国塑料, 2021, 35(4): 53-59.
[6]	王成, 翁楠昌, 聂岩, 秦红亮. PBT/PC材料在证件制作中的应用研究[J]. 中国塑料, 2021, 35(2): 71-76.
[7]	罗飞, 郝凌奥, 王腾飞, 刘鸿鹏, 党旭丹, 王亚明, 刘春太, 宋彦. PLA基复合材料高温拉伸诱导的宏微观变形[J]. 中国塑料, 2021, 35(2): 77-83.
[8]	王苏炜, 张文鑫, 薛平, 张光普, 胡玉冰, 姜炜. 基于固态成型工艺聚合物基复合材料自增强技术研究进展[J]. 中国塑料, 2021, 35(12): 166-173.
[9]	陈宇宏, 詹茂盛. 压缩工艺参数对注射压缩成型聚碳酸酯透明件残余应力的影响[J]. 中国塑料, 2021, 35(12): 9-15.
[10]	毕伟枫, 刘教实, 陈少军, 袁好, 张艳霞. 成分因素对PC/ABS合金暴露在烷基苯中力学性能的影响研究[J]. 中国塑料, 2021, 35(11): 44-48.
[11]	李茂东, 李彦, 杨波, 王志刚, 罗文波. PE100燃气管材的非线性蠕变行为及其本构模型研究[J]. 中国塑料, 2021, 35(11): 91-96.
[12]	殷红梅, 刘永利, 王嘉南, 梅烨. 基于ISIGHT的安全气囊盖板结构优化设计方法研究[J]. 中国塑料, 2020, 34(9): 61-65.
[13]	应杰, 邱琪浩, 张豪杰, 顾亥楠, 周浩. 不同类型增韧剂对聚碳酸酯性能的影响[J]. 中国塑料, 2020, 34(7): 30-35.
[14]	乔雯钰, 王晨蕾, 胡浩. FDM用PETG系列耗材的改性研究[J]. 中国塑料, 2020, 34(10): 24-31.
[15]	庄俭陈寿楷许红刘颖黄尧吴大鸣. 微注射压缩成型柔性基底微针工艺参数研究[J]. 中国塑料, 2018, 32(12): 80-85.

聚碳酸酯动态黏弹性能与分子取向态的关系

Study on Relationship between Molecular Orientation and Dynamic Viscoelasticity of Polycarbonate

RichHTML

PDF

可视化

摘要/Abstract

引用本文

使用本文

图/表 9

参考文献 15

相关文章 15

编辑推荐

Metrics

本文评价