熔化温度
结晶型聚合物的三维有序态转变为粘流态的温度
熔化温度(Tm)是表征结晶型聚合物热性能的关键参数,指大分子链结构从三维远程有序态向无序粘流态转变的临界温度。该温度既是结晶型材料成型加工的温度下限,又是判断分子链热运动状态的重要指标。在注塑工艺中,料筒温度需设置高于Tm并保持15~20℃梯度分布,温度过高易导致热分解共聚物增塑剂及外部剪切作用均会改变Tm数值范围,如聚丙烯(PP)的典型熔点区间为162-176℃,PET材料达254℃。与非晶态聚合物不同,结晶型材料在达到Tm时会发生晶体结构瓦解,形成粘流态熔体。
定义与机理
熔化温度特指结晶型聚合物大分子链结构的三维远程有序态解体,转变为无序粘流态的临界温度。在此过程中,高分子链的有序排列被打破,分子链段获得足够的运动能力以实现相对位移。与非晶态聚合物不同,结晶型材料在该转变过程中不存在明显熔点,而是呈现温度区间特征。
高压氢的分子动力学模拟显示,在250GPa条件下混合分子相IV的熔化温度约为625-650K,当温度升至800K时完全形成分子液态。研究采用432个氢原子体系,通过路径积分方法验证了核量子效应对熔化温度预测的影响,结果表明量子效应会导致±25K的误差范围。
影响因素
材料组成与加工条件对Tm具有显著影响:
实验数据显示,ITW FORMEX GK-10型聚丙烯片材的Tm为254℃,而通用级PP的熔化温度范围为162-176℃。Dupont R~ITE FR-530材料在ASTM D648标准下测得热变形温度与Tm呈现线性相关。
工程应用
在双色注塑工艺中,两种材料的Tm差异需保持30℃以上。典型配置如第一射PC材料Tm约220-230℃,第二射TPU材料Tm约180-200℃,以确保分层注塑时的热稳定性。注塑机料筒温度设置原则为:
温度控制偏差超过5%会导致制品结晶度变化,实测收缩率波动可达0.3~0.8%。快速冷却(>50℃/s)会抑制结晶过程,使制品无定型区比例提升至60%以上。
检测标准
熔化温度测定主要采用ASTM标准的差示扫描量热法(DSC)和热机械分析(TMA)。DSC测试中,以熔融峰的起始温度作为Tm判定依据,误差范围±2℃。对于超高分子量聚乙烯等材料,需结合比热测定法进行交叉验证。PS材料的玻璃化温度(Tg)为80-100℃,与其非晶特性形成对比。
最新修订时间:2025-11-07 09:09
目录
概述
定义与机理
影响因素
参考资料