超聲振動對聚苯乙烯（PS）注射件融合縫力學性能的影響
時間:2005-05-26
陸昶 郭少云
（高分子材料科學與工程國家重點實驗室，四川大學高分子研究所，成都 610065）
注射成型是制備高分子材料制品的最常用的方法，但高分子材料在注射成型過程中，兩熔體前沿匯合時會形成融合縫，導致其機械強度大幅降低【1，2，3】，研究提高融合縫力學性能的新方法對注射成型的發展具有重要意義。
本文在模具內施加超聲波（Fig. 1），利用超聲探頭在水中振動，使由于空化作用而形成的氣泡運動至模具壁后爆破，從而引起模具壁振動，模具壁將振動傳遞至型腔內，即可引起型腔內熔體振動，促使融合縫處分子鏈相互擴散，從而提高融合縫力學強度。
本文研究了在不同熔體溫度下施加超聲振動方式的不同（采用在注射過程中施加超聲振動和在熔體充滿型腔后施加超聲振動兩種方式）對PS融合縫斷裂強度的影響。由Fig.2可知，兩種施加超聲振動的方式皆可提高融合縫的斷裂強度，其中以熔體充滿型腔后施加超聲振動這種方式效果更為顯著。由于熔體是以噴泉流動的方式充模，即在熔體前沿的熔體沿模具厚度方向流向模壁，因而在注射過程中施加超聲振動，會使模壁的振動方向與前沿熔體流動方向相反，從而阻礙了熔體的流動，因而在形成融合縫過程中，不利于融合縫處熔體的融合。即便如此，在融合縫形成后，超聲振動還是可以促進融合縫處分子鏈相互擴散，因而這種施加超聲振動的方式最終仍可提高融合縫力學性能。而在熔體充滿型腔后施加超聲振動則避免了上種方式對融合縫融合的不利影響，因此該方式更有利于提高融合縫的力學強度。
由掃描電鏡圖可見（Fig. 3），在熔體充滿型腔后施加超聲振動的有融合縫的樣品，其拉伸斷裂面比沒有施加超聲振動的樣品的斷裂面更粗糙，證明施加超聲振動后可促進融合縫處分子鏈相互擴散。
參考文獻：
[1] Jin Kon Kim, Sang Hyun Park, Hyun Taek O, Hyun Kyung Jeon. The effect of weld-lines on the morphology and mechanical properties of amorphous polyamide/poly(ethylene-ran-propylene) blend with various amounts of an in situ compatibilizer. Polymer, 2001, 42: 2209
[2] D. Jarus, J. W. Summers, A. Hiltner, E. Baer. Weld line strength of poly(vinyl chloride)/polyethylene blends. Polymer, 2000, 41: 3057 [3] Shaoyun Guo, A. Ait-kadi. A study on weld line morphology and mechanical strength of injection molded polystyrene/poly(methylmethacrylate) blends. J. Appl. Polym. Sci. 2002, 84: 1856
