有机高分子材料成形加工技术基础

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1、聚合物成型加工基础第三章高分子材料：是分子量大于1万以上的有机材料，实际上分子量一般在十几万乃至数十万以上，再大者可达数百万。是通过聚合反应由低分子化合物单质材料制得，故又称为高聚物材料，或简称聚合物。结晶度10％～60％热塑性塑料成型后再加热重新软化加工而化学组成不变的一类塑料→→可溶可熔如聚氯乙烯、聚乙烯、聚丙烯等。热固性塑料成型后不能再加热重新软化加工的一类塑料→→不溶不熔如酚醛树脂、氨基树脂、不饱和聚酯、环氧树脂等。热塑性塑料固态时的线型结构热固性塑料硬化后的体型网状结构聚集状态?聚合物原料制品聚合物加工共混

2、、改性、成型合成态是粉末或颗粒具有一定的几何形状谁决定?随温度升高，聚合物将呈现玻璃态、高弹态、粘流态三种状态。1－线性非结晶聚合物；2－线形聚合物；3－金属。聚合物的物理状态与温度的关系符号状态PVC(℃)PP(℃)脆化温度TbT﹤Tb脆硬态-610玻璃化温度TgTb﹤T﹤Tg普弹态8710-15粘流温度TfTg﹤T﹤Tf高弹态136～熔融温度TmTd﹥T﹥Tf（Tm）粘流态～164-175分解温度Td140300粘流态是高分子材料主要的加工态聚氯乙烯聚丙烯成型温度要选在：结晶聚合物的温度-形变曲线非晶与结晶聚合物

3、的温度-形变曲线非晶态线型聚合物的温度-形变曲线对非晶的无定型聚合物而言，温度高于粘流温度Tf即进入粘流态。分子量低时，温度高于Tm即进入粘流态；分子量高时，熔融后可能存在高弹态，需继续升温，高于流动温度才进入粘流态温度高于Tf才进入粘流态。成型温度要选在：HDPE100~130170~200>300PP170~175200~220PS112~146170~190PVC165~190170~190140PMMA210~240ABS180~200适宜的成型温度要根据经验反复实践才能确定，与相差越远越有利于成型加工。高分

4、子成形在粘流态，高分子熔体和溶液具有流变性，处理粘流态下材料的问题需要运用流变学理论！第一节聚合物的流变学原理流变学的基本概念某一种物质对外力表现为弹性和粘性双重特性（粘弹性）。这种性质称为流变学性质，对这种现象进行定量解析的学问称为流变学。流变性流动变形粘性，不可逆过程，耗散能量弹性，可逆过程，储存能量非线性粘弹性高聚物流体（熔体或溶液）具有流变行为！τ=ηdε/dt式中：τ为切应力；η为动力粘度系数，单位是Ｐａ•s；dε/dt为切应变速率。牛顿流动定律——大多数小分子液体流动时，剪切应力与剪切速率成正比，遵循牛顿

5、流动定律。牛顿流体的流动曲线是一条通过原点的直线。直线斜率即剪切粘度，显然是与剪切速率无关的材料常数。1、经典流变学（牛顿流变学）τεdε/dt一、聚合物的流变特性非牛顿流动非牛顿流体的剪切速度dε/dt和剪切应力τ的变化规律，经作图后可得四种曲线的类型：塑性流动、假塑性流动、胀形流动、触变流动。塑性流动假塑性流动胀性流动触变流动实际上大多数液体不符合牛顿粘度定律摇溶性(或触变性)流体，震凝性流体在实际中，大多数聚合物熔体的粘度并不是一个常数，它与流体的温度、切应力、切应变速率有关。经修正后为：τ=K（dε/dt）ｎ

6、式中，ｎ为非牛顿指数，（ｎ＜１）；K为稠度（表观黏度）。上式还可写成：dε/dt＝кτｍ式中，к为流动度；ｍ为流动指数（ｍ＞1）。2、聚合物熔体的流变定律粘度是描述塑料熔体流变行为最重要的参数。（1）对牛顿型流体，n=1，K=η；对假塑性流体，n<1。n偏离1的程度越大，表明材料的假塑性（非牛顿性）越强；n与1之差，反映了材料非线性性质的强弱。（2）同一种材料，在不同的剪切速率范围内，n值也不是常数。通常剪切速率越大，材料的非牛顿性越显著，n值越小。（3）温度下降、分子量增大、填料量增多等，都会使材料非线性性质增强，

7、从而使n值下降；填入软化剂，增塑剂则使n值上升。简单讨论假塑性高分子液体的流动曲线表观粘度-剪切速率曲线表观粘度是剪切速率（或剪切应力）的函数。剪切速率增大，表观粘度降低，呈剪切变稀效应。我们称这类流体为假塑性流体。3、剪切变稀关于“剪切变稀”行为的说明大分子链在切应力作用下沿流动方向取向取向的大分子间相对流动阻力减少（3）熔体流动时伴随高弹形变：因为在外力作用下，高分子链沿外力方向发生伸展，当外力消失后，分子链又由伸展变为卷曲，使形变部分恢复，表现出弹性行为。（1）粘度大，流动性差:这是因为高分子链的流动是通过链段

8、的相继位移来实现分子链的整体迁移，类似蚯蚓的蠕动。（2）不符合牛顿流动规律：在流动过程中粘度随切变速率的增加而下降（剪切变稀）。聚合物熔体流动特点粘性流动弹性变形二、聚合物熔体的弹性效应高分子粘流过程中伴随着可逆的高弹形变，这是高分子熔体区别于低分子液体的重要特征之一。原理:高分子熔体的流动是各链段运动的总结果，在外力作用下，高分子链顺流动方向