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液晶高分子材料研究进展综述(2)

来源:学术堂 作者:姚老师
发布于:2015-09-11 共5304字

  
  3.2 浇口

  在LCP的模具设计中,浇口设计尤为重要。由于LCP具有各向异性,因此必须在考虑填充方式的基础上来确定浇口形式和浇口位置。另外为充分发挥LCP所具有的优异特性,原则上须将浇口设置在熔体流动方向上。如果制品形状复杂,那么在熔体流动方向上就容易产生乱流。这时可以忽略浇口位置对LCP分子排列产生的影响,只能采取调整速度和压力的方法来补救。LCP模具设计中,一般可采用侧浇口、点浇口和潜伏式浇口的浇口形式。

  3.3 排气槽

  LCP在成型时可产生微量气体。为了更好地填充型腔,有必要设置排气槽。排气槽(长100~200mm)深度以1~2 mm为宜,如果低于这个深度,排气槽的截面积就会更小,从而达到气体流动的下限,可能会造成排气不畅。因此凡是在气体容易滞留之处都应该设置排气槽。

  4 LCP的成型加工

  4.1 加工温度

  对于高分子材料来说,成型温度是直接影响聚合物黏度的主要因素。而控制聚合物熔体流动的均匀性,是设定加工温度的最终目标。对于LCP材料,其加工过程中尤须保证熔体流动的均一性。

  冷料或塑化不充分,都会造成LCP成型制品力学性能的下降,这时须提高机筒温度。虽然LCP熔料在机筒中滞留时间过长不会引起材料老化或产生腐蚀性气体,但当间隔时间超过30 min时,应将成型温度调低50℃,而当再次成型时最好排出一些存料。为了防止喷嘴流涎,喷嘴温度可比通常设定温度低10℃,也可以根据实际情况,进行平直设定和反向设定。

  需要注意的是,熔体温度过高虽然对LCP物性不会产生影响,但可使其分子呈剧烈运动状态,这将不利于分子取向,实践证明,高温对LCP加工反而不利。但是,温度偏低则又不能保证分子链的充分伸展,从而失去其液晶态的优越性。所以熔体温度不但影响其流动的均匀性,而且还影响到分子的结构形态。因此如何保证机筒和模具内熔体温度的均一性,成为LCP加工成型的关键之一。表3是几种典型LCP材料和两种特殊设定的成型温度推荐值。

  4.2 模具温度

  一般注塑模具温度设定原则是,将模温控制在低于熔体温度100~150℃为宜。而对于LCP材料,通常将模具温度设定在70~110℃的范围内。

  为了缩短成型周期、防止飞边及变形,应选择较低的模具温度。如果要求制品尺寸稳定,特别是用于高温条件下的制品,为减少熔接痕及解决充填不足等问题时,则应提高模具温度。

  4.3 可塑性

  如果原料中含有玻璃纤维或碳纤维,为防止纤维被剪切断,注塑成型时应该选择比较低的螺杆转速(通常为100 r/min),背压也尽可能低一点(为防止流涎和纤维折损,宜将背压设为0~2 MPa)。当原料中没有添加物时,也可采用高转速,以加快循环和提高计量稳定性。

  LCP具有固化速度快、脱模性好的特点。为充分发挥这一优势以缩短成型周期,应尽量选用塑化能力强的注射机;另外,喷嘴直径须为1~2 mm,并且配有完好的止逆阀,喷嘴前端须设置大功率加热圈(前端设有热电偶)。

  4.4 注射压力和注射速度

  LCP成型时需要一定的注射压力,但压力及成型速率不宜过高,否则将导致熔体流动不均、制品出现瑕疵以及增加内应力。注塑成型中,注射压力与注射容积有关,一般注射容积宜设置为机筒容积的50%~70%.

  最佳注射压力的设定取决于材料、制品形状、模具设计(特别是浇口和流道)以及其他一些成型条件。但LCP(所有等级)的熔体黏度都非常低,所以其成型时的注射压力明显低于普通热可塑性树脂。

  当LCP成型时,开始须采用低注射压,然后再慢慢增大压力。对于一般成型品,在15~45 MPa的注射压力下即可成型。由于LCP固化较快,所以加快注射速度有利于取得较好的成型效果。

  4.5 成型周期

  成型周期取决于成型品的大小、形状、厚薄、模具结构及成型条件。由于LCP熔体具有良好的流动性,所以其填充时间比较短,另外由于其固化速度也比较快,因此可以取得较短的成型周期。代表性的LCP成型周期为10~30 s.

  4.6 其他

  成型开始时,如果机筒内存其他树脂,当其成型温度在LCP成型温度范围内,则可直接将机筒加热至LCP的成型温度,然后用LCP进行清洗。不过,由于LCP的熔体黏度很低,机筒内的残留树脂难以被完全清洗掉,因此需要反复彻底清洗。一个简单有效的方法是:先用含有玻璃纤维的聚碳酸酯(PC)清洗,然后再用LCP清洗。

  如果长期滞留在机筒内,LCP有时也会劣化成异构物,此时必须充分清洗。如果残留树脂为黑色等深色材料,难以彻底清洗时,建议采用含有玻璃纤维的PC和HDPE进行反复交替清洗。

  5 LCP的应用

  5.1 电子领域

  主链型LCP多用于制备一些高强度和高模量的结构材料,而侧链型LCP则能比较好地将小分子的液晶性和高分子的良好加工性融为一体,是具有极大应用潜力的新型材料,如应用在光信息存储、非线性光学和色谱等领域。

  采用了LCP材料的液晶显示屏已为大家所熟知。另外,LCP还大量应用在AV机、OA机,以及电子信息设备和音响设备上,以发挥其力学特性和吸振特性;还可用作组装电子部件等,以发挥其耐焊接和耐热特长;随着信息通信技术的发展,LCP在微波和毫米波的高频领域得到了广泛应用,其中在高频电子部件的应用上,现已开发出了具有适宜介电常数和低介电损耗特性的LCP.此外,LCP在超强高分子纤维和非线型高分子材料中也得到了很好的应用。

  5.2 液晶LB膜

  LB技术是分子组装的一种重要手段,即利用不同转移方式将水亚相上的膜转移到固相基质上,从而制得单层或多层LB膜。在非线性光学、集成光学以及电子学等领域,LB膜均具有重要的应用价值。将LB技术引入到高分子液晶体系,则可得到高分子液晶LB膜,其具有不同于普通LB膜和液晶的特殊性能,并将在各领域得到进一步开发和应用。另外高分子液晶LB膜由于其超薄性和功能性,可望在波导领域得到应用。

  6 结语

  LCP不仅具有其他高分子不可比拟的物理性能和力学性能,而且热致型LCP还具有良好的加工性。目前,热致型LCP已成为电子电气中高精密、高性能、特殊注塑件的首选材料。

  LCP制件的模具和塑件设计异于其他通用工程塑料制品,而且其性能与成型工艺参数成函数关系,所以压力、温度、时间等参数也应相互匹配,这样才能生产出合格的产品。

  参考文献:
  [1] 川角昌弥。 机能性液晶高分子[J]. 豊田中央研究所 R&D レビュー , 1993, 28(4): 4-9.
  [2] 井上俊英他。 エンジニアリングプラスチック[M]. 东京: 共立出版株式会社, 2004.
  [3] 伊保内贤,高野菊雄。 ェンジニアリングプラスチック[M]. 东京: 日刊工业新闻社, 1984.
  [4] 姚义。 注射成型现场实用手册[M]. 北京: 化学工业出版社,2014.

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