塑料成型工艺学 课件 第二章 塑料成型的理论基础.ppt

第二章塑料成型的理论基础2.1概述1.聚合物的可挤压性评价聚合物挤压性的方法，是测定聚合物的流动度(粘度的倒数)，通常简便实用的方法是测定聚合物的熔体流动速率；2.聚合物的可模塑性聚合物的可模塑性通常用下图所示的螺旋流动试验来判断。
聚合物熔体在注射压力作用下，由阿基米德螺旋形槽的模具的中部进入，经流动而逐渐冷却硬化为螺旋线．以螺旋线的长度来判断聚合物流动件的优劣。聚合物的可模塑性(即L的长度)与加工条件ΔP/Δt有关，也与聚合物的流变性、热性能ρΔH／λη有关，还与螺槽的截面尺寸、形状(cd2)有关，螺旋线愈长．聚合物的流动性愈好。压力过高会引起溢料，
压力过低则充模不足成型困难；
温度过高会使制品收缩率增大，甚至引起聚合物的分解，
温度过低则物料流动困难，交联反应不足，制品性能变劣。3.聚合物的可纺性当熔体以速度υ从喷丝板毛细孔流出后，形成稳定细流。4.聚合物的可延性等速拉仲条件下测得的非晶态聚合物拉伸断裂状态图．2.2聚合物的流变行为2.2.1概述在上述三种应力作用下的应变相应为简单的剪切、简单的拉伸和流体静压力的均匀压缩。加工过程中聚合物的流变性质主要表现为粘度的变化，所以聚合物流体的粘度及其变化是聚合物加工过程最为重要的参数。2.2.2剪切粘度和非牛顿流动当有剪切应力τ（N/m2或Pa）于定温下施加到两个相距为dr的流体平行层面并以相对速度dυ运动，则剪切应力与剪切速率dυ/dr（s-1）之间呈直线关系。牛顿流体的流动曲线是通过原点的直线，该直线与轴夹角θ的正切值为牛顿粘度值。（2）湍流（又称紊流）2、稳态流动和非稳态流动3、等温流动和非等温流动5、一维流动、二维流动和三维流动二、非牛顿型流体（1）宾哈流体（2）假塑性流体（4）幂律函数方程ηa为非牛顿型流体的表观粘度，单位Pa.s。幂律方程的另外一种变换形式：（5）聚合物流体的普适切变流动曲线可将聚合物流体在宽广剪切速率范围内测得的流动曲线划分为三个流动区：塑料的主要成型技术多在这一流动区所对应的剪切速率范围内进行成型操作。第三流动区，也称第二牛顿区或高剪切牛顿区。
大多数聚合物流体的粘度再次表现出不依赖剪切速率而为恒定值的特性。
聚台物流体在这一区具有最小粘度值，常称为第二牛顿粘度或极限粘度，以符号η∞表示。
塑料成型极少在这一流动区所对应的剪切速率范围内进行。（6）热固性聚合物的流变特性②剪切速率的影响：
剪切作用可增加活性基团和活性点间的碰撞机会，有利于降低反应活化能，故可增大交联反应的速度，这将使熔体的粘度随之增大。加之，大多数交联反应都明显放热，反应热引起的系统温度升高也对交联固化过程有加速作用，这又导致粘度的更迅速增大。加热初期热固性聚合物粘度的急剧减小或流动性的明显增大．是由于在交联反应尚未发生之前加热使聚合物分于活动性迅速增大的结果。在流动性达到最大值后的一段长时间内，由于交联反应的速度还很低使体系的流动性随时间的变化不大。此后，当交联反应以较高的速度进行时，随交联固化程度的增大，体系粘度急剧增大而流动性迅速降低。④固化时间来表征：
热固性聚合物熔体流动性降低到某一指定值所需之固化时间与温度的关系可表示为：2.有时间依赖性的系统2.2.3拉伸粘度拉伸应变：拉伸粘度随拉应力方向（单向或双向）而不同。1、温度对剪切粘度的影响聚合物分子表观粘度对温度的敏感性与聚合物分子链刚性、分子间引力、分子量及其分布有关。2、压力对剪切粘度的影响单纯通过压力来提高聚合物的流动性是不恰当的。过大的压力会造成功率消耗过大和设备的磨损，甚至使塑料熔体变得象固体而不能流动，不易成型。对聚合物流体而言，压力的增加相当于温度的降低。称为“压力-温度等效性”大多数聚合物在流动中除表现出粘性行为外，还不同程度地表现出弹性行为。聚合物熔体在流动时，由于大分子构象的变化，产生可回复的弹性形变，因而发生了弹性效应。如：出模膨胀因为聚合物熔体弹性形变的实质是大分子长链的弯曲和延伸，应力解除后，这种弯曲和延伸的回复需要克服内在的粘性阻滞。因此，这种回复不是瞬间完成的。
所以：在聚合物加工过程中的弹性形变及其随后的回复，对制品的外观、尺寸、产量和质量都有重要影响。1、剪切弹性温度、压力和相对分子量对聚合物熔体的剪切弹性模量的影响都很有限，影响比较显著的是相对分子量。相对分子量分布宽的具有较小的模量和大而缓的弹性回复，相对分子量分布窄的则相反。2、拉伸弹性2.2.6流体在简单截面管道中的流动由于大多数聚合物熔体的粘度很高，服从幂律函数，在通常情况下为稳态层流的流体，为简化分析及计算过程，作以下假设：一、在圆形流道中的流动如果聚合物熔体在半径为R的等截面圆管中的流动符合上述假设条件，取距离管中心为r长为L的流体圆柱单元当其在压力梯度(ΔP/L)的推动下移动时，将受到相邻液层阻止其移动的摩擦力作用，在达