高分子聚合物结构特点与性能.ppt

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1、第二章塑料成型理论基础为了获得合格的成型塑件，要了解塑料的结构特点、物理状态、热力学曲线与加工适应性、流变性质、熔体弹性、加热与冷却、成型过程的物理与化学变化等。目的与要求(1)掌握聚合物的结构类型与物理状态。(2)了解聚合物的流变方程，并会定性应用分析。(3)掌握聚合物成型过程中的物理与化学变化。(4)了解聚合物熔体的弹性及残余应力。一、高分子聚合物的结构特点高聚物的结构非常复杂，高分子不是小分子的简单堆积,高分子材料结构与性能的关系是确定其加工成型工艺的依据.1．聚合物的高分子结构特点聚合物高分子是具有原子数目很多，相对分子质量很高，分子很长的

2、巨型分子。2．高分子链结构特点聚合物的分子链结构：高分子呈现链式结构高分子链具有柔性高聚物的多分散性聚合物分子结构类型有线型和体型两大类。线型聚合物：如果聚合物的分子链呈不规则的线状（或者团状），聚合物是一根根的分子链组成的，则称为线型聚合物.支链的线型聚合物聚合物的大分子主链上带有一些或长或短的小支链，整个分子链呈枝状，称为带有支链的线型聚合物.体型聚合物：如果在大分子的链之间还有一些短链把它们连接起来，成为立体结构，则称为体型聚合物.1）线型聚合物的物理特性具有弹性和塑性，在适当的溶剂中可溶解，当温度升高时，则软化至熔化状态而流动，可以反复成型

3、，这样的聚合物具有热塑性。2）体型聚合物的物理特性是脆性大、弹性较高和塑性很低，成型前是可溶和可熔的，而一经硬化成型后，就成为不溶不熔的固体，即使在再高的温度下（甚至被烧焦碳化）也不会软化，因此，又称这种材料具有热固性。二、聚合物的流变学性质研究物质变形与流动的科学称为流变学。由于聚合物的各种成型方法都必须依靠聚合物自身的变形和流动来实现，所以也就相应产生了聚合物流变学这样一门科学。它主要研究聚合物材料在外力作用下产生的应力、应变和应变速率等力学现象与自身黏度之间的关系，以及影响这些关系的各种因素，如聚合物的分子结构、相对分子质量的大小及其分布、温

4、度和压力等。在塑料成型生产中，研究聚合物流变学的目的主要是为了应用其理论，正确地选择和确定比较合理的工艺条件，以及利用这些理论设计合理的塑料成型系统和模具结构。1．聚合物的流变压力液体的流动和变形都是应力作用的结果。在实际加工中，材料的应力往往是三种简单应力的组合，但一般说来，剪切流动是主要形式。随受力方式不同，应力有三种类型：剪切应力；拉伸应力；压缩应力2．聚合物的流变方程1）牛顿流动规律流体在管道内流动时，可呈现层流和湍流两种不同的流动状态。层流也称为“黏性流动”，当流速很小时，流体分层流动，互不混合，称为层流。其特征是流体的质点沿着平行于流道

5、轴线方向相对运动，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，因而所有质点的流线均相互平行。湍流又称“紊流”，当流速增加到很大时，流线不再清楚可辨，流场中有许多小漩涡，层流被破坏，相邻流层间不但有滑动，还有混合。这时的流体作不规则运动，有垂直于流管轴线方向的分速度产生。其特征是流体的质点除向前运动外，还在主流横向上作无规则的任意运动，质点的流线呈紊乱状态。英国物理学家雷诺(Reynold)提出流体的流动状态由层流转变为湍流的条件为：式中Re雷诺数，为一无量纲的数群；D——管道直径；p——流体的密度；u——流体的流速；η流体的

6、剪切黏度；由于Re与流体的流速成正比，与其黏度成反比，所以流体的流速越小、黏度越大就越不容易呈现湍流状态。大多数聚合物熔体，在成型时的流动都有很高的黏度，而且成型时的流速都不允许过高，故其流动时的Re值总远小于Rec（临界雷诺数2000-2300），一般不大于10。故可将它们的流动视为层流流动状态。2）牛顿流动方程大多数低分子流体以切变方式流动时，其切应力与剪切速率间存在线性关系，通常将符合这种关系的流体称为牛顿流体。聚合物熔体的流动行为远比低分子流体的流动复杂，除极少数几种外，大多数聚合物流体在塑料成型条件下的流动行为与牛顿流体不符。凡流体以切变

7、方式流动但其切应力与剪切速率之间呈非线性关系者，均称为非牛顿流体。牛顿液体、非牛顿液体流变方程及定性分析η0与η的异同（η牛顿液体粘度、η0非牛顿液体粘度）三、聚合物熔体的弹性聚合物熔体是一种具有粘性、弹性双重性质的液体，是一种粘弹性材料。1．弹性的实质：即弹性储存与释放。2．弹性的表现行为(1)端末效应注射成型时，聚合物熔体经常需要通过截面大小不同的浇口和流道。当熔体经过流道截面变化的部位时，将会因界面的影响发生弹性收敛或膨胀运动，这些运动统称为端末效应。(2)熔体破裂：指当一定熔融指数的聚合物在恒温下通过喷嘴口时当流速超过某一数值时，熔体表面即

8、发生横向裂纹。熔融指数把被测塑料装入熔融指数测定仪，在一定温度和压力的作用下，通过测定熔体在10分钟内通过毛细管(直径为由