塑料成型理论基础V

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1、第二章塑料成型理论基础8/13/2021《塑料成型加工与模具》PlasticsMolding&MoldDesigning主讲教师：袁宝国第二章塑料成型理论基础四、塑料成型过程中聚合物的化学反应三、塑料成型过程中聚合物的物理变化一、聚合物的流变学性质二、聚合物熔体在模内的流动行为流体在管道内流动时的流动状态：层流和湍流。层流（黏性流动或流线流动）特征：流体的质点沿着平行于流道轴线的方向相对运动，与边壁等距离的液层以同一速度向前移动，不存在任何宏观的层间质点运动，所有质点的流线均相互平行。湍流（紊流）特征：流体的质点除向前运动外，还在主流动的横向上作不规则的任意运动，质点的流线呈紊乱状态

2、。一、牛顿流动规律第一节聚合物的流变学性质流体的流动状态由层流转变为湍流的条件：Re=Dvρ/η>Rec式中Re——雷诺数，为一无量纲的数群；D——管道直径；ρ——流体密度；v——流体速度；η——流体剪切黏度；Rec——临界雷诺数，其值与流道的断面形状和流道壁的表面粗糙度等有关，光滑的金属圆管Rec=2000～2300。上式讨论：Re与v成正比与η成反比，v越小、η越大就越不易呈现湍流状态。牛顿流体：切应力与剪切速率间呈线性关系。非牛顿流体：切应力与剪切速率间呈非线性关系。流体层流切应力分析：单位面积上受到的剪切力称为切应力，以τ表示，单位Pa，τ=F／A=-(F1／A)。速度梯度分

3、析：设两液层径向距离dr，移动速度分别为v、(v十dv)，液层间单位距离的速度差dv／dr（速度梯度）。液层的移动速度v=dx／dt，速度梯度为切应变分析：dx／dr两相邻液层相对移动距离，即切应力作用下流体产生的切应变，记为：γ=dx／dr。上式又可改写为:式中，单位时间内流体所产生的切应变（剪切速率），s—1。（2-1）牛顿流体的流变方程：式中η，比例常数，牛顿黏度或绝对黏度(简称黏度)，Pa.s。η越大，黏稠性越大，剪切变形和流动越不容易，需较大的切应力。（2-2）二、指数流动规律和表观黏度注射成型中，大多数聚合物熔体都是非牛顿流体，且近似服从指数流动规律，即式中K，稠度，与聚

4、合物、温度有关的常数，反映聚合物熔体的黏稠性；n，非牛顿指数，与聚合物和温度有关的常数，反映聚合物熔体偏离牛顿性质的程度。（2-3）比较牛顿流动规律，上式可改写为流动方程:(2-4)流变方程:(2-5)式中ηa，聚合物熔体的表观黏度(或非牛顿黏度)，表征非牛顿流体(服从指数流动规律)在外力作用下抵抗切变形的能力。表观黏度除与流体本身性质、温度有关之外，还受剪切速率影响，即外力大小及作用的时间也能改变流体的黏稠性。在指数流动规律中，n和K均可由试验测定。讨论：⑴n=1时，ηa=K=η，即非牛流体转变为牛顿流体。⑵n≠1时，绝对值│1—n│越大，流体的非牛顿性越强，剪切速率对表观黏度的影

5、响越强。⑶其他条件一定时，K值越大，流体的黏稠性也就越大，切变形和流动困难，需较大的切应力作用。三种类型：⑴n<1时，称为假塑性液体；⑵n>1时，称为膨胀性液体；⑶n=1，但只有切应力达到或超过一定值后才能流动时，称为宾哈液体。黏性液体（服从指数流动规律的非牛顿流体）有哪些类型？注射成型中，除热固性聚合物和少数热塑性聚合物外，大多数聚合物熔体均有近似假塑性液体的流变学性质。属膨胀性和宾哈液体的主要是一些固体含量较高的聚合物悬浮液及带有凝胶结构的聚合物溶液。三、假塑性液体的流变学性质及有关问题1、假塑性液体的流变学性质假塑性液体的非牛顿指数n<1，通常约为0．25～0．67，但剪切速率

6、较大时，n值可降至0．20。⑴液体在低剪切速率(=1-102s—1)作用下呈现牛顿性质(零切牛顿黏度区，零切黏度，记作，ηo)⑵液体在高剪切速率作用下呈现牛顿性质(≥106s—1，极限黏度区,极限黏度，记作，η∞)；黏性液体非牛顿性的前提条件：剪切速率不能太大，也不能太小，否则，会出现牛顿性质。⑶液体在中等剪切速率作用下呈非牛顿性质。注射成型的剪切速率通常为103～105s—1，均在此区。假塑性液体流动曲线和流变曲线讨论：⑴根据和作出理论流动曲线和流变曲线，图2-6。什么是假塑性？与对数方程相应的直线型流动曲线和流变曲线如图2-7。对数流动方程:lnτ=lnk+nln(2-10)对数

7、流变方程:lnηa=lnK+(n-1)1n(2-11)将式（2-10）两边微分，整理后得（2-12）此式可见非牛顿指数实际上等于对数流动曲线的斜率，这从几何方面显示了n值能够反映非牛顿程度的流变学意义。(2)图2-8、9分别给出了由试验得到的几种聚合物流变曲线(其中图2-9为对数坐标)。将它们分别与图2-6(b)和图2-7(b)比较，实验曲线与理论曲线的变化趋势基本相似，这说明指数流动规律对于假塑性液体基本上是适合的。结论：①在中等剪切速率区域，假塑性液体