塑料成型工艺学第二章塑料成型的理论基础课件.ppt

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1、第二章塑料成型的理论基础聚合物的流变行为聚合物的加热和冷却聚合物的结晶成型过程中取向作用聚合物的降解热固性聚合物的交联作用流动和形变是高聚物成型加工过程中的基本工艺特征，流变学是高聚物成型加工理论的重要组成部分，所以它对高聚物成型加工具有非常重要的现实意义，主要表现在以下几个方面：1.●有利于高分子材料的选择和使用；2.●有利于最佳成型工艺条件的确定；3.●有利于成型加工设备与模具设计；4.●有利于提高制品质量和生产效率；5.●对高分子合成具有重要指导意义。第一节聚合物的流变行为流：常用来描述液体的流动。古希腊

2、和古中国哲人已有“万物皆流”的思想萌芽。变：常用来描述固体形变。流变：研究流动和变形规律的科学，“流”和“变”是两个紧密结合的概念，万物皆流，万物皆变。1928年美国物理化学家Bingham正式命名“流变学（rheology）”的概念，取自古希腊哲学家Heraclitus所说的，意即万物皆流。他次年创办了至今都十分著名的流变学报。聚合物流变学：主要包括结构流变学（流变特性和链结构、聚集态结构之间的关系）和加工流变学（加工工艺与流动性质之间的关系、流动性能与聚合物分子结构和组成之间的关系）。1.1基本定义聚合物加

3、工流变学：研究高聚物在成型加工中流动和形变的科学称为高聚物加工流变学。高聚物加工流变学的主要研究对象：是认识应力作用下高分子材料产生弹性、塑性和黏性形变的行为以及研究这些行为与各种因素之间的关系。影响流变行为的主要因素：●高聚物体系的组成；●高聚物结构与性质；●温度；●力的大小、作用方式和作用时间。流体的定义：大多数成型过程中都要求聚合物处于粘流状态(塑化状态)，因为在这种状态下聚合物不仅易于流动，而且易于变形，这给它的输送和成型都带来极大的方便。为使塑料在成型过程中易于流动和变形，并不限定用粘流态的聚合物(聚

4、合物熔体)，采用聚合物的溶液或分散体(悬浮液)等也是可以的，熔体和分散体都属于流体的范畴。熔体应力的分类：液体的流动和变形受到的应力有剪切、拉伸和压缩三种应力。三种应力中，剪切和拉伸应力对塑料的成型最为重要。但在很多成型方法中，往往是多种应力的耦合作用。熔体流动的形式：流体在平直管内受剪切应力而引发的流动形式有层流和湍流两种，流动的形式和雷诺数有关（公式见下），聚合物流体在成型的时由于粘度较大、速率小，属于层流。描述层流的最简单定律是牛顿流动定律：当有剪切应力τ（N/m2或Pa）于定温下作用在两个相距为dr的流

5、体平行层面并以相对速率dv运动，则剪切应力和剪切速率之间呈线性关系：τ=(ηdv)/dr=ηγRe<2100~2300时均为层流Re＝2300~4000时为过渡流Re>4000时为湍流1.2几个基本概念应力：单位面积上所受的力称为应力。剪切应力（τ）拉伸应力（б）流体静压力（P）应变：材料在应力作用下产生的形变和尺寸的改变称为应变。(单位长度的形变量)剪切应变（γ）拉伸应变（ε）流体静压力的均匀压缩。几种流动●高聚物受剪切力作用而产生的流动称为剪切流动(具有横向速度梯度场的流动)。高聚物在挤出机、口模、注塑机

6、、喷嘴、流道及喷丝板的毛细管中的流动等。●高聚物受拉应力作用而引起的流动称为拉伸流动（具有纵向速度梯度场的流动）。牛顿流体及其流变方程●层流：雷诺准数小于2100时为层流流动。高聚物流体的雷诺准数一般都远小于2100，所以，高聚物熔体一般为层流。●湍流：雷诺准数大于2500时为湍流流动。雷诺准数的过度区一般为2000～4000或更多。Re<2100~2300时均为层流Re＝2300~4000时为过渡流Re>4000时为湍流牛顿流动方程（定律）由下图可知，剪切应力为：τ=F/A式中，F：外部作用于整个液体的恒定的

7、剪切力(N)。A：向两端无限延伸的液层面积(m2)。熔体在管内流动时流动速率与管子半径的关系剪切下的形变●速度梯度在恒定应力作用下，液体的应变表现为液层以均匀的速度v沿剪应力作用方向移动。液层间的黏性阻力和管壁的摩擦力使相邻液层间在移动方向上存在速度差。当液层间的径向距离为dr的两液层的移动速度为v和v+dv时，则液层单位距离内的速度差就是速度梯度dv/dr。液层移动速度v等于单位时间dt内液层沿管轴x—x上移动距离dx，即dx/dt。故速度梯度又可表示为:●剪切应变上式中，dx/dr是一个液层相对于另一个液层

8、移动的距离，实际上是τ作用下的该液层产生的剪切应变，即γ=dx/dr。●剪切速率(秒-1或s-1)上式中的表示单位时间内的剪切应变，即剪切速率。可见，和速度梯度在数值上是相等的，这样可以用代替速度梯度。·γ·γ·γ●牛顿流体流动定律上式为牛顿流体流动定律。说明液层单位面积上所加的τ与液层间的速度梯度dv/dr成正比。上式中，μ为比例常数，称为牛顿黏度。是液体自身所固有的性质，其表征液体