塑料成型工艺学 课件 第二章 塑料成型的理论基础

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1、第二章塑料成型的理论基础2.1概述2.2聚合物的流变行为2.3聚合物的加热与冷却2.4聚合物的结晶2.5成型过程中的定向作用2.6聚合物的降解2.7聚合物的交联JJJJJJJ2.1概述塑料成型是将塑料(聚合物及所需助剂)转变为实用材料或塑料制品的一门工程技术。本章内容：聚合物在成型加工过程中表现的一些共同的基本物理和化学行为。包括：流变、传热、结晶、定向、化学反应等。1.聚合物的可挤压性一、聚合物的加工性质可挤压性是指聚合物通过挤压作用形变时获得一定形状并保持这种形状的能力。在塑料成型过程中，常见的挤压作用有物料在挤出机和

2、注射机料筒中、压延机辊筒间以及在模具中所受到的挤压作用。衡量聚合物可挤压性的物理量是熔体的粘度(剪切粘度和拉伸粘度)。聚合物的可挤压性小仅与其分子结构、相对分子质量和组成有关，而且与温度、压力等成型条件有关。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；在给定温度和给定剪切应力(定负荷)下，10min内聚合物经出料孔挤出的克数，以[MFR]表示。2.聚合物的可模塑性聚合物在温度和压力作用下发生形变并在模具型腔中模制成型的能力，称为可模塑性。注射、挤出、模压等成型方

3、法对聚合物的可模塑性要求是：能充满模具型腔获得制品所需尺寸精度，有一定的密实度，满足制品合格的使用性能等。可模塑性主要取决于聚合物本身的属性(如流变性、热性能、物理力学性能以及热固性塑料的化学反应性能等)，工艺因素(温度、压力、成型周期等)以及模具的结构尺寸。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

4、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。螺旋流动实验的意义在于帮助人们了解聚合物的流变性质，确定压力、温度、模塑周期等最佳工艺条件，反映聚合物相对分子质量和配方中各助剂的成分和用量以及模具结构，尺寸对聚合物可模塑性的影响。为求得较好的可模塑性，要注意各影响因素之间的相互匹配和相互制约的关系；在提高可模塑性的同时，要兼顾到诸因素对制品使用性能的影响。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

5、应不足，制品性能变劣。四条曲线所构成的面积，才是模塑的最佳区域。3.聚合物的可纺性常规的纺丝方法有三种，即熔体纺丝、湿法纺丝和干法纺丝。聚合物的可纺性是指材料经成型加工为连续的固态纤维的能力。可纺性主要取决于聚合物材料的流变性，熔体粘度、拉伸比、喷丝孔尺寸和形状、挤出丝条与冷却介质之间传质和传热速率、熔体的热化学稳定性等。当熔体以速度υ从喷丝板毛细孔流出后，形成稳定细流。细流的稳定性可用下式表示：可以看出，聚合物具有可纺性，在于其熔体粘度较高(约104Pa·s)、表面张力较小(约为0.025N／m)所致。纺丝过程中，由于拉

6、伸定向以及随着冷却作用而使熔体粘度增大，都有利于拉丝熔体强度的提高，从面提高熔体绍流的稳定性。在纤维工业中，还常用拉伸比的最大值表示材料的可纺性。4.聚合物的可延性非晶或半结晶聚合物在受到压延成拉伸时变形的能力称为可延性，利用聚合物的可延性，通过压延和拉伸工艺可生产片材、薄膜和纤维。聚合物的可延性取决于材料产生塑性变形的能力和应变硬化作用。形变能力与固态聚合物的长链结构和柔性(内因)及其所处的环境温度(外因)有关：而应变硬化作用则与聚合物的取向程度有关。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

7、2.2.1概述2.2.2剪切粘度和非牛顿流动2.2.3拉伸粘度2.2.4温度和压力对粘度的影响2.2.5弹性2.2.6流体在简单截面管道中的流动2.2.7流动的缺陷2.2.1概述聚合物在成型加工过程中的形变是由于外力作用的结果，材料受力后内部产生与外力相平衡的应力。随受力方式的不同应力通常有三种类型：剪切应力：τ拉伸应力：σ流体静压力：P材料受力后产生的形变和尺寸改变（即几何形状的改变）称为应变γ。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。聚合物加工时受到剪切力作用产生的流动称为剪切流动

8、。如：聚合物在挤出机、口模、注射机、喷嘴、流道等中的流动。聚合物在加工过程中受到拉应力作用引起的流动称为拉伸流动。如：拉幅生产薄膜、吹塑薄膜等。加工中流体静压力对流体流动性质的影响相对来说不及前两者显著，但它对粘度有影响。在实际加工过程中材料受力非常复杂，往往是三种简单应力的组合。实际应变也是多种应变的