■資料來源：SPE 北京分會
前言
採用不同的冷卻速率來計算注塑型聚酰胺11 的冷卻速率，成功地預測了在實際模製零件中晶體多態性的細節。
聚酰胺11，(PA11) 是一種日益重要的工業聚合物。以往的研究表明，PA11 可以根據冷卻速率和結晶溫度的不同，發展出不同的晶體多態性，因此註塑、擠壓和其他聚合物加工工藝對其成品的最終微觀結構有重要的影響。然而，到目前為止，人們還不知道注射成型PA11的微觀結構在多大程度上取決於加工條件。我們模擬了在一個模壓拉伸試樣的橫截面上的流動來預測冷卻速率曲線。然後，我們應用簡單的熱分析來預測製品零件的微觀結構。
聚酰胺11 加工性能的探究
快速掃描量熱法表明，如果冷卻速率低於600K/s，則PA11 只能結晶；快速冷卻使得材料沒有時間組織，所以將不會結晶；冷卻速率在600K/s 左右時物料會形成偽六角形、不完全規則的中間相。
如果冷卻速率在100 至600K/s 之間，PA11 為偽六邊形晶狀體；冷卻率低於100K/s 時δ 晶體轉換為三斜α 晶體；我們首先確定PA11 的冷卻速率，使用Autodesk2016 模塑仿真分析軟件對注射成型張力桿進行流動和熱傳遞模擬。我們跟踪了流體流動的軌跡，並觀察了深度為50、200、700 和1000μm 的特定位置的轉化情況，如圖1 所示。我們記錄了每個節點從高溫到低溫的冷卻速率曲線，當熔體達到與模具溫度相同的溫度時，熔體在模擬過程中冷卻。
圖1 :CAD 三維模型構造了聚酰胺11(PA11) 標本( 插圖左下) 並將模型導入Moldflow 仿真分析軟件，觀察深度
為50、200、700 和1000μm 的特定位置的轉化情況。MD、ND、TD：熔體流動方向、熔體流動垂直方向、熔體
流動水平方向
圖2: 在50μm( 綠色)700μm( 藍色) 的不同距離製備的PA11 模型的x 射線衍射圖樣，適合於用結晶溫度對同一等級的等溫製備PA11 的一系列模式 ;
由於換熱的方式與模具鋼的距離不同，因此每一個節點都以不同的速度冷卻。圖3 展示了其冷卻速率。( 圖1)CAD 三維模型構造了聚酰胺11(PA11) 標本( 插圖左下) 並將模型導入Moldflow 仿真分析軟件，觀察深度為50、200、700 和1000μm 的特定位置的轉化情況。 MD、ND、TD：熔體流動方向、熔體流動垂直方向、熔體流動水平方向。圖2 中的星標顯示了先前研究的冷卻速率結晶數據：隨著PA11 冷卻速率的增加，結晶溫度降低。
( 圖2) 在PA11 的注塑模具壁在不同距離的模擬冷卻速率，符號所示——綠色(50μm)、紅(200μm)、白(700μm) 和藍色(1000μm)，模具溫度25( 上)，50( 中)，80 ° C( 底部)。每個圖中的星形符號表示PA11 的結晶溫度，這是在單獨的研究中測量的冷卻速率函數。
( 圖3) 中的綠色、紅色和藍色虛線顯示了星標線與模擬冷卻速率線相交的溫度，因此我們模擬的冷卻曲線預測聚合物的溫度將會結晶。對於25、50 和80℃的模具溫度，物料分別在117-135、123-139 和131-142，℃結晶。
圖3: 在PA11 的注塑模具壁在不同距離的模擬冷卻速率，符號所示——綠色(50μm)、紅
(200μm)、白(700μm) 和藍色(1000μm)，模具溫度25( 上)， 50( 中)，80° C( 底部)。每個圖中的
星形符號表示PA11 的結晶溫度，這是在單獨的研究中測量的冷卻速率函數
使用廣角x 射線衍射(XRD)
為了評估這種方法，我們在模擬的條件下對物理樣本進行了模擬。然後用廣角x 射線衍射(XRD) 對每一模態溫度下的PA11 拉伸條進行切片和表徵。 ，使用XRD，我們在每個位置識別了特定晶體的多種形態(α、δ 或，δ′ )。
為簡便起見，我們只詳細描述50° C 模具溫度。在50μm 和700μm 的深度，我們期望( 從圖2 的數據)聚合物將分別在121℃和139℃結晶，如果是這樣的話，那麼XRD 的數據應該證明模塑樣品和相同材料的顆粒料是相似的。事實確實如此。圖3 顯示了從模塑棒料( 藍、綠線) 中提取的樣品的XRD 模式，適合於以結晶溫度排序的等溫線製備的PA11 樣品的一系列XRD 模式。
圖2，在50μm( 綠色)700μm( 藍色) 的不同距離製備的PA11 模型的x 射線衍射圖樣，適合於用結晶溫度對同一等級的等溫製備PA11 的一系列模式。綜上所述，我們展示了傳統的等溫熱法研究與在實踐中獲得的模製微觀結構之間的聯繫。雖然我們沒有考慮剪切效應或流誘導結晶的影響，但我們的預測與等溫分析是一致的。這表明，至少在這些加工條件下的PA11熱效應主導了結晶過程。在理論上，可以預測加工的PA11 的總體微觀結構和體積特性。研究解決了熔體流動後聚合物的非等溫結晶。■
