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1、注射机螺杆设计的工艺学和流变学基础刘颖北京化工大学2007年4月注射成型的预塑化过程注射成型的预塑化过程固体粒料或粉料经过加热、压实、剪切、混合,从玻璃态转变为均化的粘流态均化:聚合物温度均化、粘度均化、密度均化和组分均化。-塑化质量高塑化机理:热量来自料筒的外部加热,螺杆转动产生的摩擦热预塑阶段提高塑化能力,塑化质量是关键注射成型的预塑化过程螺杆塑化能力的表征:螺杆背压增加,则其熔体输送能力会下降,而熔体输送能力则随螺杆转速和计量段长度的增加而增加。注射成型的预塑化过程螺杆的后退速度:(与塑化能力相关)螺杆后退速度与螺杆几何参数、加工物料的性能
2、及加工工艺参数有关。注射成型的预塑化过程影响因素:螺杆几何参数、加工物料的性能及加工工艺参数有关螺杆几何参数、加工工艺条件均与高分子材料的性能相关。相关的聚合物性能:聚合物的热性能,流动性能。高聚物的性能由结构决定高分子结构特点分子量高-难溶,难熔,粘度高,无气态,力学强度高,高弹性等分子量提高:拉伸强度,伸长率,冲击强度,耐低温脆性,耐环境应力开裂性,耐药品性提高,流动性下降。例:聚乙烯,超高分子量聚乙烯高分子结构特点高分子结构特点高分子结构特点分子量具有多分散性-用平均分子量及分子量分布表示。分子量分布窄→宽:拉伸强度,冲击强度,熔体弹性,熔体粘度下
3、降;耐低温脆性,耐应力开裂性提高。结构多分散性聚乙烯:低压聚乙烯,高压聚乙烯,线型低密度聚乙烯,超高分子量聚乙烯,交联聚乙烯高聚物的结构层次链结构(单个分子的结构与形态)聚集态结构(高聚物整体的内部结构)近程结构(一级结构)远程结构(二级结构)链中原子的种类和排列取代基和端基的种类单体单元排列顺序支链的类型和长度取代基在空间的排列分子的大小和形态链的柔顺性及构象结晶结构非结晶结构取向结构液晶结构三级结构聚集态结构一次及二次结构成型加工控制高聚物性能高聚物的结构层次高聚物的结构层次高聚物的结构决定其性能,而高聚物的聚集态结构通过加工可以改变。高聚物的结晶与
4、非结晶结构结晶结构高聚物的分子高度有序、紧密堆砌在一起形成结晶结构。典型的结晶聚合物:高密度聚乙烯HDPE,聚丙烯PP,尼龙PA,聚酯等。非结晶结构高聚物分子无序紊乱堆砌在一起形成非结晶结构。典型的非结晶聚合物:聚氯乙烯PVC,聚苯乙烯PS,聚碳酸酯PC,聚甲基丙烯酸甲酯PMMA等。高聚物的结晶与非结晶结构高聚物的结晶是不完全的,存在晶区和非晶区。存在结晶度的概念,结晶型高聚物的结晶度一般为40%~90%。结晶度:结晶部分含量的量度。通常用重量百分数或体积百分数来表示。W-重量,V-体积,c-结晶,a-非结晶高聚物的结晶与非结晶结构高聚物的结晶与非结晶结
5、构聚合物晶体生长规律往往是沿螺旋位错中心不断盘旋生长变厚的。特点:1、不同的高聚物的单晶外形不同,但晶片厚度几乎都在10nm左右。2、晶片厚度与分子量无关。3、晶片中分子链垂直于晶面。4、高分子链在晶片中折迭排列,称为折迭链晶片。高聚物的结晶与非结晶结构高聚物的结晶与非结晶结构高聚物的结晶过程高聚物的结晶与非结晶结构高聚物的结晶过程高聚物的结晶与非结晶结构Ⅰ区:Tm以下10-30℃,成核速度极小,结晶速度实际等于零。Ⅱ区:从Ⅰ区下限向下30-60℃,成核速度增大,晶体生长速度增大,结晶速度迅速增大。结晶速度由成核速度控制。Ⅲ区:最大结晶速度出现,熔体结晶
6、的主要区域。Ⅳ区:晶体生长速度减慢,结晶速度下降。结晶速度由晶体生长速度控制。高聚物的结晶与非结晶结构结晶速度高的温度区域结晶,则聚合物的结晶度高,晶体结构完整。结晶温度低,则形成较多的小球晶。结晶温度过低,越过最大结晶速度区域,则球晶小,结晶度低,晶体结构不完善,结晶度低。高聚物的结晶与非结晶结构结晶度提高,密度增大,冷却体积收缩大。拉伸强度提高,硬度增大,形变能力下降,模量提高。但晶粒尺寸过大,会使拉伸及冲击强度降低。结晶度提高,结晶结构均匀,尺寸稳定性增加。后处理可增加结晶度。高聚物的结晶与非结晶结构结晶度提高,渗透和溶解性降低。结晶度提高,透光率
7、降低,晶粒尺寸小于可见光波波长二分之一时,结晶不影响透光率。结晶提高热变形温度,即提高耐热性。高聚物的结晶与非结晶结构加工过程中各种因素的改变可使高聚物的相态结构发生不同的变化。高聚物相态结构的变化是通过分子运动实现的。高聚物的热转变运动单元的多重性分子链的整体运动,链段的运动,链节的运动,侧基的运动,晶区的运动分子运动的时间依赖性松弛时间长,具有松弛时间谱分子运动的温度依赖性温度影响分子运动,进而松弛时间高聚物的热转变高聚物分子运动的特点高聚物由于温度改变(在一定应力下)呈现的力学状态变化可通过形变-温度曲线(热力学曲线)表示。高聚物的热转变高聚物的热
8、转变ABCDETbTgTfT/℃形变%A-玻璃态;B-过渡区;C-高弹态;D-过
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