塑料成型的理论基础

《塑料成型的理论基础》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在教育资源-天天文库。

1、第二章塑料成型的理论基础2．1概述塑料成型是一门工程技术，它所涉及的内容是将塑料转变为具有使用价值并能保持原有性能，甚至超过原有性能的材料和制品。在所有的成型过程中，塑料都会发生物理和（或）化学变化，从而构成材料不同的形态结构，表现出不同的性能。因此，必须对这些变化有足够的认识，才能设计出合理的原料配方，确定出合理的成型工艺和对设备提出合理的要求。在此基础上进一步对材料进行结构和性能设计，构造出能满足不同场合需要的材料和制品。本章将简要叙述塑料在成型过程中表现的一些共同的基本物理和化学行为——聚合物的流变、传热、结晶、定向和化学反应等现象。其它的一些内容，则将分散在以

2、后各章中讨论。2.2　聚合物的流变行为一、剪切粘度和牛顿流动熔体与分散体：常态（结晶态、玻璃态），高弹态，粘流态。应用种类：液体的流动和变形都是在受有应力的情况下得以实现的。重要的应力有剪切、拉伸和压缩应力三种。剪切应力：剪切使流体克服阻力而流动设备中，模具中；一般把流体看成许多层，层与层之间的作用力。拉伸应力：拉伸应力在塑料成型中也较重要，经常是与剪切应力共同出现的，例如吹塑中型坯的引伸，吹塑薄膜时泡管的膨胀，塑料熔体在锥形流道内的流动以及单丝的生产等等。牛顿流体层流：液体主体的流动是按许多彼此平行的流层进行的，同一流层之间的各点速度彼此相同，但各层之间的速度却不一

3、定相等，而且各层之间也无可见的扰动。湍流：流动速度增大且超过临界值时则流动转变为湍流。临界：式中D为管道直径，v为液体流动的平均速度，ρ为流体的密度。η为流体的剪切粘度。对通过流体而言，凡Re<2100~2300，均为层流；当Re＝2300～4000时，为过渡流；当Re>4000时则为湍流。由于聚合物流体的粘度大，流速低，在成型中其Re<10,一般为层流。牛顿流体：描述流体层流的最简单规律是牛顿流动定律。该定律称：当有剪切应力τ（用N／m2或Pa表示）于定温下施加到两个相距为办的流体平行层面并以相对速度dv运动（见图2－1），则剪切应力与剪切速率dv／dr（s－）之间

4、呈直线关系，可表示如式：式中η为比例常数，称为切变粘度系数或牛顿粘度，简称粘度，单位为Pa.S。牛顿型流体的流动曲线是通过原点的直线，该直线与r轴夹角θ的正切值是牛顿粘度值（图2－2）。高聚物的熔体：大部分只能在剪切应力很小时才能符合牛顿流体，大部分不符合牛顿流体；聚合物分散体溶液在成型过程中也不是牛顿流体。二.非牛顿型流体及流动凡流体的流动行为不遵从牛顿流动定律的，均称为非牛顿型流体。非牛顿型流体流动时剪切应力和剪切速率的比值不再称为粘度而称为表观粘度，用表示表现粘度在一定温度下并不是一个常数，可随剪切应力、剪切速率而变化，甚至有些还随时间而变化。如果不考虑聚合物熔

5、体的弹性（这将在以后讨论），可将非牛顿流体归为两个系统。1．粘性系统这一系统在受到外力作用而发生流动时的特性是其剪切速率只依赖于所施加剪切应力的大小。根据其剪切应力和剪切速率的关系。又可分为宾哈流体、假塑性流体和膨胀性流体三种。(1)这种流体与牛顿流体相同，其剪切应力和剪切速率的关系表现为直线。不同的是它的流动只有当剪切应力高至一定值τy后才发生塑性流动（图2－3）。使流体产生流动的最小应力τy，称为屈服应力。宾哈流体的流动方程为：式中ηp称为刚度系数，等于流动曲线的斜率。机理：因为流体在静止时形成了凝胶结构，外力超过τy时这种三维结构即受到破坏。牙膏、油漆、润滑脂、

6、钻井用的泥浆、下水污泥、聚合物在良溶剂中的浓溶液和凝胶性糊塑料等属于或接近于宾哈流体。（2）假塑性流体它所表现的流动曲线是非直线的（图2－3），但并不存在屈服应力。流体的表观粘度随剪切应力的增加而降低。大多数聚合物的熔体，也是塑料成型中处理最多的一类物料，以及所有聚合物在良溶剂中的溶液，其流动行为都具有假塑性流体的特征。图2－4是在对数坐标上绘制的聚合物熔体的流动曲线。图2－4是在对数坐标上绘制的聚合物熔体的流动曲线。A与B是分别在温度Tl和T下所绘的曲线，T1＜T2。A与B两条曲线均接近于直线。曲线直线如果将剪切应力或剪切速率的范围缩小，则A和B将更接

7、近于直线。近似的直线在剪切应力轴上所跨越的范围约为一个数量级，而在剪切速率轴上则约为一个半到两个数量级。由此可以得知：在任何给定范围内，剪切应力和剪切速率的关系可用指数定律来描述，即：式中K与n均为常数（n＜1）。K是这种流体稠度的一种量度，流体粘稠性越大时，K值就越高；n是判定流体与牛顿流体的差别程度的。n值离整数1越远时，流体的非牛顿性就越强；n为1时，流体即为牛顿流体。指数函数仅是描述假塑性流体流动行为的一种方式。从工程角度讲，在解决具体问题时要求一个公式描述流体流动的剪切应力范围并不十分宽，所以多采用简单经验性的指数函数。表示假塑性流体流动行