1,ABS变形分析
首先我觉得变形的主要原因在于ABS材料出现了问题.而ABS注塑加工过程影响不是很大.可能的原因如下:
A,ABS原料问题.聚合时丁二烯(三种成分中最便宜得)含量过多.导致玻璃化温度降低.或者是三种物质聚合时分子量不够大.由于分子量小,玻璃化温度低, 但流动性好.还有材料中添加的增塑剂也会使热变形温度降低.
B,回用料的添加.就是报废的ABS料被打碎和原料混合来做新模具.因为ABS被打碎,所以很多高分子被打断,而平均分子量会降低.分子量低了,注塑时的流动性会很好,很容易加工.也能增加材料的韧性.这也是为什么供应商喜欢用回用料(省钱好加工).但是分子量低了材料的性能会降低.其中硬度,缺口强度,玻璃化温度都会变低.同时也会出现色差.
2,高温老化激发的主要失效
高温对公司材料激发的主要失效如下:
首先变形是完全不能发生的,
ABS:主要激发自动氧化,由于试验箱内光线弱,对光氧化激发不大.呈现为变色.
PC:激发效果不大.激发少量热裂解.由于箱内湿度不大对水解激发不大,同时对光氧化激发也不大,呈现为变色.
PMMA:激发少量热裂解.
橡胶:激发自动氧化,少量光氧化和热裂解.对交联有一些影响.
硅胶:相对稳定.激发少.可能会造成一些脱水.
3, PC容器
我看到盛水的容器为PC,而这个容器会对水加热到40-65度,这种高温高湿会加速水解.虽然可能短时间没什么问题.但是我觉得这个容器如果用PMMA会更好.PMMA抗水解更好.而他的硬度低和耐磨性差不会影响产品性能.这样可以在一定程度上降低容器的风险.
二,高分子的一些基本知识
1,基本材料的缩写
ABS 丙烯腈、1,3-丁二烯、苯乙烯聚合
PC 聚碳酸酯
PMMA(亚加力) 聚甲基丙烯酸甲酯
PS 聚苯乙烯
PE 聚乙烯
PVC 聚氯乙烯聚丙烯PP用于腕带支架. 抗自动氧化和抗光氧化差.
PU 聚氨基甲酸酯
PAN 聚丙烯腈
PB 聚丁二烯
PTFE(塑料王) 聚四氟乙烯
PVF 聚氟乙烯
2,聚合物的状态
聚合物宏观上呈现三种状态:玻璃态,高弹态和粘流态.如下图
玻璃态:在外力作用下形变很小,外力除去很快恢复.我们使用的工程塑料ABS,PC,PMMA等常温下都为玻璃态.
高弹态:在外力作用下产生大形变,当外力除去慢慢恢复到原来状态,我们使用的橡胶材料,硅胶,橡胶等常温下为高弹态.
粘流态:主要涉及注塑工艺,注塑温度一般大于粘流温度而小于热分解温度.
下面是玻璃态温度表:
从表中可以看到橡胶的玻璃化温度都很低,所以橡胶类材料在低温下会向玻璃态转变而变硬,变脆.我们用的工程塑料玻璃化温度一般在100度左右,在高温下向高弹态转变所以会变形.(这个温度为玻璃化温度,不是粘流温度.)
3,分子量
分子量是聚合物的重要结构指标.低分子量的化合物一般为气体,液体或脆性固体,只有分子量很高的聚合物才具有高的机械强度,能作为高分子材料.下面是聚合物得力学强度和分子量的关系图:
从图可以看到,分子量太小性能不好,太大不能进一步提高性能.分子量太大会使材料粘度增加,是加工变得困难.
三,高分子材料的失效机理
聚合物分子量变小的反映总称降解.聚合物在使用过程中,受物理和化学因素的影响,性能变坏,这种过程俗称老化,其中主要反映既是降解,有时也可能伴有交联.
1,热降解
先看一张图,是以一定速率升温得到的:热失重-温度曲线.
除了聚氯乙烯200度以下有部分热降解,其他材料基本都超过200度才开始大量降解.所以热降解对公司结构材料的影响不大.热解的方式有解聚,无规断链和侧基脱除.这里只简单介绍一点.
解聚:PMMA,PS,PTFE,聚甲醛
无规断链:PE
侧基脱除:PVC,PAN,PVAC,PVF
2,机械降解
聚合物塑炼,熔融挤出,以及高分子溶液受强烈搅拌或超声波作用时,都有可能使大分子链断裂和降解.机械降解速率基本上不受温度影响,活化能为零.
机械降解涉及工艺,这里不多介绍.
3,氧化降解
氧化降解分为两类:直接降解和自动降解
直接降解:聚合物与某些化合在环境温度下的反应,如聚烯烃与硫酸,硝酸的氧化反应.
自动降解:聚合物材料在使用或加工时与分子氧的反应.这种反应常使聚合物分子量降低,性能变劣,老化加速.
自动降解反应的引发可以有多种途径,如残留的自由基引发剂,热裂解,光分解,辐射分解及机械力等都能诱发初级自由基.而自由基在氧分子的环境下会和聚合物发生复杂的反应是高分子材料性能变差,老化.同时微量的金属离子对聚合起催化作用.
聚合物得氧化降解过程十分复杂,且饱和链和不饱和链聚合物,碳链与杂链聚合物,带有不同取代基的聚合物,其降解情况不尽相同.
4,化学降解
聚合物与化学试剂作用引起的降解反应称为化学降解.除氧化降解外,水,酸碱,醇,胺,各种有机溶剂及大气中的臭氧,CO2,NO2,SO2等都有可能引起聚合物的降解.化学降解是否发生,以及进行的程度,决定于聚合物的结构及化学试剂的性质.
水解反应是最重要的一类化学降解反应.聚烯烃一般对水稳定,但有杂链的聚合物如聚酯,聚酰胺,聚缩醛,多糖和纤维素在高温高湿会发生水解使聚合度降低.
下面是聚合物水解的一些典型例子:
含有可水解基团的聚合物,还可以进行醇解,酸解和胺解,还易受碱的腐蚀.
5,光降解和光氧化
聚合物在使用过程中经常受到日光照射,可发生光降解和光氧化.光降解决定于光能和键能的相对强弱.在氧的存在下,高分子材料的光老化过程的初期老化缓慢,人眼不易观察到,老化初期主要是聚合物吸收紫外光,产生高分子自由基,随后一自由基链式机理,直接或通过氧作用发生降解,交联反应,并伴随有羟基,烃基等降解产物生成.老化后期,由于大量羧基,羟基等生色基团增加了对紫外光的吸收,加速老化进程,以致产生进一步的降解,交联.使高分子材料变色,龟裂,力学和物理性能下降.
太阳光波长范围在50-1000nm,紫外光波长为290-400nm,虽只占照到地面总阳光的5%左右,但对聚合物的破坏作用最大.下面聚合物得特征最大吸收波长范围:
四,不同材料的分析
下面这张表是聚合物对不同因素影响的相对情况:
1,ABS
先简单介绍一下ABS. ABS树脂是丙烯腈、1,3-丁二烯、苯乙烯三种单体的接枝共聚物。其中，丙烯腈占15%~35%，丁二烯占5%~30%，苯乙烯占40%~60%，最常见的比例是A:B:S=20:30:50，此时ABS树脂熔点为175℃。
1,3-丁二烯为橡胶类材料为ABS树脂提供低温延展性和抗冲击性，但是过多的丁二烯会降低树脂的硬度、光泽及流动性；
丙烯腈为ABS树脂提供硬度、耐热性、耐酸碱盐等化学腐蚀的性质；丙烯腈中含有-CN键,此键极性很强,它能使分子和分子紧密的吸引在一起,呈现硬和耐热.
苯乙烯为ABS树脂提供硬度、加工的流动性及产品表面的光洁度。苯乙烯含有苯基侧链,苯基分子量大使分子的柔性降低,移动变的困难.呈现硬.
ABS树脂是微黄色固体，有一定的韧性，密度约为1.04~1.06 g/cm3。它抗酸、碱、盐的腐蚀能力比较强，也可在一定程度上耐受有机溶剂溶解。
从上表可以看到ABS的抗热裂解为中,抗自动氧化为低,抗光氧化为低.
抗热裂解为中因为丁二烯的玻璃化温度为-70度.使ABS的玻璃化温度降低,但热裂解发生至少要达到一百多度,实际环境中很少有机会达到这个高温,所以影响不是很大.抗自动氧化低和很多因素有关,也很复杂,这里不解释了.
抗光氧化低是因为ABS中含有丁二烯,聚合后含有双建,双建可以吸收紫外光引起光化学反应.
同时从原料上丙烯腈A和苯乙烯S比丁二烯B要贵不少.如果丁二烯比例多了直接影响变形温度,和材料强度.
2,聚碳酸酯PC
PC的结构如下:
由于主链上有芳香环,使分子链的内旋转变得困难,提高了分子链的刚性,使链段运动受阻碍,玻璃化温度,熔点和热稳定性跟好.所以PC的热变形为133度.而PMMA为100度.
聚碳酸酯耐弱酸，耐弱碱，耐中性油。不耐紫外光，不耐强碱。易受某些有机溶剂的浸浊。在聚碳酸酯纤维不应使用氧化钠和其它碱性清洁剂否则导致泄出Bisphenol-A（C15H16O2）.
从上表可以看到聚碳酸酯的抗热裂解为中,抗光氧化为中(变色),抗水解为中.
耐水解稳定性不够高因为含有聚酯,而聚酯容易水解.
结构中含有碳氧双建容易吸收紫外线而发黄。
3.聚甲基丙烯酸甲酯PMMA(亚加力)
结构如下:
和PC相比这里看到PMMA中也有酯基,但要注意到这里的酯基不在主链上.所以不影响PMMA的抗水解能力.(PMMA抗水解为高.)
从表中可以看到PMMA的抗热裂解为中剩下抗性全为高.
所以和PC 聚碳酸酯相比，在照射紫外光的状况下,PMMA具有更佳的稳定性.
聚甲基丙烯酸甲酯能溶于自身单体、氯仿、乙酸、乙酸乙酯、丙酮等有机溶剂
和 PC相比PMMA表面硬度不高、易擦毛、抗冲击性能低、成型流动性能差
4,PC/ABS共混聚合物
共混聚合物结合了两种材料的优异特性，PC/ABS中具有ABS材料的成型性和PC的机械性、冲击强度和耐温、抗紫外线（UV）等性质。
5,硅胶和橡胶
.这里对橡胶做一下整体的分析.橡胶一般由碳链聚合而成由于侧链没有很强的极性,也没有大的侧基,所以柔性很大,分子可以旋转.常温下为高弹态,所以表现出韧性,弹性.
影响橡胶的因素:
A,橡胶的抗氧化大多为低.氧在橡胶中同橡胶分子发生游离基链锁反应，分子链发生断裂或过度交联，引起橡胶性能的改变。氧化作用是橡胶老化的重要原因之一。
B,橡胶的抗臭氧一般还不错,除了聚异戊二烯为低.因为臭氧的化学活性比氧高得多，破坏性更大，它使分子链发生断裂.
C,橡胶的抗热裂解能力比较强.提高温度可引起橡胶的热裂解或热交联。
D,橡胶的抗光氧化能力低.主要因为橡胶中含有吸收紫外线碳碳双建.紫外线除了能直接引起橡胶分子链的断裂和交联外，橡胶因吸收光能而产生游离基，引发并加速氧化链反应过程。
E,机械应力：在机械应力反复作用下，会使橡胶分子链断裂生成游离荃，引发氧化链反应，形成力化学过程。机械断裂分子链和机械活化氧化过程。哪能个占优势，视其所处的条件而定。此外，在应力作用下容易引起臭氧龟裂。
F,橡胶的抗水解能力都很强,但橡胶在潮湿空气淋雨或浸泡在水中时，容易破坏，这是由于橡胶中的水溶性物质和亲水基团等成分被水抽提溶解，水解或吸收等原因引起的。特别是在水浸泡和大气曝露的交替作用下，会加速橡胶的破坏。
G,在使用过程如果和油类介质长期接触，油类能渗透到橡胶内部使其产生溶胀，致使橡胶的强度和其他力学性能降低。油类能使橡胶发生溶胀，是因为油类渗入橡胶后，产生了分子相互扩散，使硫化胶的网状结构发生变化。
硅胶:
硅胶主要成分是二氧化硅，化学性质稳定，不燃烧。不溶于水和任何溶剂，无毒无味，化学性质稳定，除强碱、氢氟酸外不与任何物质发生反应。硅胶的化学组份和物理结构，决定了它具有许多其它同类材料难以取代的特点：吸附性能高、热稳定性好、化学性质稳定、有较高的机械强度等。
6,其他
聚苯乙烯PS抗光氧化低,抗自动氧化为中.侧基含苯,刚性大.玻璃化温度达100度左右.
聚乙烯PE聚氯乙烯PVC.主要是抗自动氧化和抗光氧化差.由于不是重要材料,就不写出来了.
聚丙烯PP. 抗自动氧化和抗光氧化差.
聚氨基甲酸酯PU用做泡棉.抗水解差.怕高温高湿.
7胶水
物体的粘接，就是靠胶水中的高分子体间的拉力来实现的。在胶水中，水就是中高分子体的载体，水载着高分子体慢慢地浸入到物体的组织内。当胶水中的水分消失后，胶水中的高分子体就依靠相互间的拉力，将两个物体紧紧的结合在一起。
普通胶水，其成分基本是水，添加部分聚乙烯醇、白乳胶、硬脂酸钠、滑石粉、尿素、乙二醇、蔗糖、香精等等.
当然胶水的种类还有许多，聚酯类的胶水现在用得不是很多，但是胶水的基本原理都大同小异，分子侵入被粘物界面——溶质挥发——分子间作用力（或是分子内力）增强——粘合完毕.
从胶水的原理看:我觉得高温高湿的试验最容易激发失效.因为胶水以水为载体,而聚酯又容易发生水解.不过各种材料所需的胶水都不同,具体的分析还是要通过材料和胶水的成分不同来具体分析.这里在及时上找不到一些胶水的成分,所以没在深入分析.
五,参考资料
这里我主要看了韩哲文的书”高分子科技教程”.自己做了些总结和分析,后来看了些论文,也验证了一些自己写的东西.
1,高分子科技教程:韩哲文
2,最新塑料模具手册:村上宗雄
3, ABS回用料添加比例的研究
4,高分子材料的环境行为与老化机理研究进展
5,高分子材料老化机理初探
6,聚氨酯泡沫塑料室内贮存老化机理研究
7,聚碳酸酯的热降解
8,台湾奇美物料规格书
9,百度百科内容
详细原文，附带图片见可靠性论坛贴子： 材料知识总结!(原创) 相关书：高分子科学教程-韩哲文
