聚合物的在成型过程中的流动和形变.doc

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1、聚合物的在成型过程中的流动和形变聚合物在各种成型过程中，大部分工艺均要求它处于粘流态，因为在这种状态下，聚合物在外力的作用下易于发生流动和变形。流动与形变是聚合物成型加工中最基本的工艺特征。高聚物流体有两种形式，一种是由固体加热到粘流温度或熔点以上，变成熔融状液体，即熔体。也称干法塑化，特点是利用加热将高聚物固体变成熔体，定型时仅为简单的冷却。但塑化时局部易产生过热现象。另一种是加入溶剂使高聚物达到粘流态，即分散体。也称湿法塑化，特点是用溶剂将塑料充分软化，定型时须脱溶剂，同时考虑溶剂的回收。其优点是塑化均匀，能避免高聚物过热。在成型加工过程中，两种高聚物流体都有着广泛的应

2、用。这里主要介绍高聚物熔体的形式。一、聚合物在成型过程中的流动性能聚合物在加工过程中具有的流动和形变均是由外力作用的结果。聚合物成型时，在外力作用下，其内部必然会产生与外力相平衡的应力。主要的应力有三种：即切应力、拉伸应力和流体静压力。如熔体在注射机喷嘴或模具的流道的流动产生剪切应力；熔体在挤出吹塑时被拉伸产生拉伸应力，实际加工过程中，聚合物的受力非常复杂，往往是这三种应力同时出现，如熔体在挤出成型和注射成型中物料进入口模、浇口和型腔时流道截面积发生改变条件下的流动等，但剪切应力最为重要，因为聚合物流体在成型过程中流动的压力降，塑件的质量等都受其制约。流体静压力是熔体受到压

3、缩作用而产生的，它对流体流动性质的影响相对较小，一般可以忽略不计，但对粘度有一定的影响，在压缩成型时流体静压力是较为主要的应力。聚合物在一定的温度和压力条件下具有流动性，流体在平直圆管内流动的形式有层流和湍流两种，如图2—5所示，图a为层流，层流是一层层相邻的薄层液体沿外力作用方向进行的滑移。流体的质点沿着许多彼此平行的流层运动，同一流层以同一速度向前移动，各流层的速度虽不一定相等，但各流层之间不存在明显的相互影响。图b为湍流，又称“紊流”，流体的质点除向前运动外，各点速度的大小、方向都随时间而变化，质点的流线呈紊乱状态。层流和湍流是以临界雷偌数（Re）来判定，一般Re小于

4、2100－4000时均为层流，大于4000时为湍流，在成型过程中，聚合物熔体流动时的雷偌数常小于10，聚合物分散体的雷偌数也不会大于2100，所以其流动基本上属于层流。图2－5流体在平直圆管内流动层流流动看成是一层层相邻的薄层流体沿外力作用方向进行的相对滑移，流层是完全平行、平直的平面。如图2－6层流滑移示意图。F为外部作用于整个流体的恒定剪切力。图2－6层流滑移示意图1－移动层2－管中心3－管壁4－固定层在剪切应力作用下发生的形变称为切应变，=dx/dr单位时间内的剪切应变则称为剪切速率，以ﻵ表示，单位为s-1。ﻵ=d/dt（2—2）切应力τ和剪切速率存在一定的关系：表达

5、式：τ=η（dv/dr）=η(d/dt)=ηﻵ（2—3）上式称之为牛顿流动定律或牛顿流变方程，液层单位面积上施加的切应力与液层间的剪切速率（速度梯度）成正比。η是一个比例常数，称之为牛顿粘度，单位为Pa·s。其值大小表征流体在外力作用下，抵抗剪切变形的能力，仅与流体分子结构和温度有关，与剪切应力和剪切速率的变化无关。凡流体流动行为符合牛顿流动定律的流动统称为牛顿流体。牛顿流动定律有一定的局限性，只能适用于低分子化合物的液体或溶液。而对于聚合物熔体、分散体，只有聚碳酸能、聚酰胺和聚对苯二甲酸乙二酯等少数聚合物熔体和牛顿流体相近，绝大数聚合物熔体只是在剪切应力很小或很大时表现为

6、牛顿流体。在成型过程中，聚合物熔体大多处于中等剪切速率范围（ﻵ=10－104s-1），流体的流动行为不遵从牛顿流动定律的流体。即切应力与剪切速率不成正比，熔体的粘度也不再是一个常数，而是和剪切速率有关，通常把流体流动行为不符合牛顿流动定律的流动统称为非牛顿流体。表达式：τ=ηaﻵ（ηa=Kﻵn-1）（2—4）式中ηa—非牛顿粘度或表观粘度，单位为Pa·s；K—流体稠度，由实验测定，k值越高，流体粘度越大；n—非牛顿指数，与聚合物和温度有关的常数，由实验测定，可反映聚合物熔体偏离牛顿流体性质的程度。表观粘度ηa表征非牛顿流体抵抗外力引起流动变形的能力，和牛顿粘度一样都是剪切粘

7、度，但其不仅于流体本身性质和温度有关，还和剪切速率有关。当n=1时，ηa=η，非牛顿流体转变为牛顿流体。n＞1时，非牛顿型流体的粘度会随剪切速率的增加而升高，称之为膨胀性流体。它所表现的流动曲线是非直线的，属于这一类型的流体大多数是固体含量高的悬浮液，如含有增塑剂的塑料糊、少数有填料的塑料熔体等；n＜1时，非牛顿型流体的粘度却会随剪切速率的增大而降低，称之为假塑性流体。这种流体是非牛顿流体中最为普通的一种，它所表现的流动曲线也是非直线的。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