[发明专利]聚合物材料

说明书

背景技术

本发明涉及聚合物材料，并且特别涉及将半结晶聚合物成型为预定形状。

将非晶态聚合物成型的常规方法是通过热成型。该方法是通过将非晶态聚合物板加热至玻璃化温度(Tg)以上的温度，但该温度低于所述聚合物能够形成为熔体的温度点，将材料弹性变形以形成部件的轮廓，然后将其冷却至温度低于Tg，同时仍然进行变形。Tg表示聚合物材料的玻璃态-高弹态转变，并且低于Tg的冷却限制了部分分子的运动，并由此通过形变过程抑制在部件中形成的应力衰减，将应力有效地冻在材料中。如果将部件重新加热至Tg以上，将发生明显数量的复原，材料回到与其初始态相似的状态。相似地，如果对部件施加应力从而使该应力消除某些冻结应力，则当应力移除时，对变形的程度回复是不完全的。这种完全回复的不足与聚合物的粘弹性有关。聚合物的任何变形将具有可回复和不可回复的部分，后者出现是由于在施加的应力下相互关联的分子的运动。

半结晶聚合物含有一定程度的结晶材料和一定程度的非晶态材料。后者通常是显著的。因此，以与上述讨论的非晶态材料相似的方法对这种材料进行变形是可能的。与非晶态材料相同，热成型后，如果将该材料加热至其Tg以上，则会有一些回复，并且如果对该材料施加应力，将出现类似的行为。

存在以下情形，其中将在热成型处理中制备的部件在使用中经历热和/或应力，这可不利地导致部件的形状和/或尺寸的变形，这是由于聚合物的非晶态区域在某种程度上复原并且向它们的初始形式移回。

例如，已知由聚合物材料制成的密封环是沿着转轴布置以提供密封。这种环的直径可为约25mm，并且在使用中其位于轴中的槽内，从而使环的外径与轴处于其中的外罩相匹配。为了将环打开并将其放在轴上，要将环开口。为了确保沿着其完整圆周的密封完整性，需要适当的连接来确定将所述开口闭合，例如所述连接包含互锁部分。这种连接的结构通常是指开口环在限定开口的两个连接端之间具有明显距离。模塑后，可将开口环进行热处理(有效热成型方法)形成合适的形状，从而使连接端不再分离。这能够通过将通常结晶度水平为25-35％的模塑的环放置在金属轴上并将轴和环嵌在外罩夹具内部，夹具的内部固定环的外径。然后将夹具和环加热至聚合物材料Tg以上的温度，并组装一起冷却同时环仍被受限。结果是一旦除去夹具，环仍保持着受限夹具的尺寸。然而，打开环以将其套在轴上导致某些不可回复的变形，从而当使用环时，在最终的工程组装中使环不再很好的与外罩匹配。

通常诸如注塑的方法能够导致一定水平的残余应力，该应力在诸如微芯片盘的最终部件中产生不允许的翘曲变形。在加工中晶粒盘用于输送微芯片并且其平整很重要。晶粒盘的设计通常非常复杂并且这种复杂性容易导致与流动有关的残余应力。综合该因素，晶粒盘通常由含有纤维和其它填料的聚合物组合物制备，所述填料用来控制静电电荷的消散。这样的填料通常具有高的长宽比，使上述与流动有关的应力加重。

螺杆压缩机的螺杆是由横截面较小的螺旋状管构成，所述螺旋状管由聚合物材料制成。螺杆通常是注塑成型的，但是鉴于所需要的流程存在约束以完全形成部件。由于在填充模型腔时聚合物材料过早被冻结，这限制了横截面与长度的潜在组合(横截面越小长度越短)。模塑的另一个劣势是残余应力的发展，该残余应力沿着螺杆长度方向变化，从而存在螺杆产生的尺寸精确度的问题。另外，在纤维填充的聚合物材料的情况下，与长度相关的纤维的取向也发生变化。理想地，纤维应该主要沿着螺杆轴取向以最大限度地发挥在这个方向的性能。然而，对于制备其中完全不同的壳/核取向结构的模塑部件就不是这么回事了。

因此，通常，通过模塑来确定第一形状，然后通过热成型确定第二形状制成的部件或者模塑之后除此之外还含有残余应力的部件，在使用中当其受到热和/或应力时，可改变形状和/或尺寸。

发明内容

本发明的优选实施方案的目的涉及处理上述问题。

通常，本发明的优选实施方案的目的还涉及处理与将半结晶聚合物成型为预定形状有关的问题。

根据本发明的第一方面，提供形成预定形状的物品的至少部分的方法：

(a)选择所述物品的前体，其中所述前体包含具有第一结晶度水平的热塑性聚合物材料；

(b)将所述前体的至少部分限定成所述预定形状；并且

(c)促使所述物品的至少所述部分的热塑性材料的结晶度提高超过5％。