材料成型原理第15章

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1、第四篇　塑性成型及粉末成形的理论基础第十五章　塑性成型的理论基础第十六章　粉末材料成形原理第十五章　塑性成型的理论基础15-1塑料的基本性质塑料的结构：1．聚合材料1)热塑性塑料(Thermoplasticplastics)2)热固性塑料(Thermosetplastics)2、长链分子结构3、分子链的排列乙烯单体与聚乙烯分子（a）单体；（b）聚乙烯分子聚乙烯中的支链聚乙烯模型塑料的基本物理性质聚合物的玻璃化温度是指线型非结晶聚合物由玻璃态(硬脆状态)向高弹态(橡胶弹性态)、或由后者向前者转变的温度。当温度低于玻璃化温度时，聚合物中的大

2、分子链段凝固成坚硬的固态。当温度高于玻璃化温度时，大分子链段就拥有了足够的自由活动能量，但此时还不是整个大分子链段在运动，故表现出来的还是高弹性橡胶的性质，此时，聚合物中的自由容积会突然增加。玻璃化温度主要与聚合物中大分子键的柔性有关。另外，大分子的交联、结晶取向等都会使升高。塑料的基本力学性质固态塑料的第一个力学特性是蠕变特性。固态塑料的第二个力学特性是应力松弛。固态塑料的第三个力学特性是应变速率保持为常数时的拉伸特性。塑料的流变性不同类型流体的流动曲线不同类型流体粘度与剪切速率的关系聚合物熔体的粘性1、幂律粘度模型2、Cross粘度

3、模型15-2注射过程及塑料熔体在型腔中的流动塑料在注塑机料筒内经过加热、塑化达到流动状态后，由模具的浇注系统进入模具型腔，其过程可以分为充模、压实、保压、倒流和冷却五个阶段。熔体流经流道充模v－螺杆速度p－型腔压力Ａ－计量室流量Ｂ－喷嘴流量　Ｃ－主流道Ｄ－分流道Ｅ－浇口Ｆ－型腔注塑周期中塑料熔体和模具温度随时间的变化曲线1－熔体2－模具温度当塑料熔体流入型腔时熔体温度稍有升高。当型腔压力迅速上升时熔体温度也上升到最高值。随着保压阶段的开始，熔体逐渐冷却，温度下降。塑料熔体在型腔中的流动型腔充填过程可以分为三个阶段，但为了避免和程序注塑中

4、采用的阶段相混淆，习惯上不叫阶段，而称为相。（１）充填相在充填相中，注塑机的柱塞以稳定的速度向前运动，将塑料熔体注入型腔。充填相一直继续到型腔恰好充满为止。（２）增压相(或称压缩相)在增压相，注塑机柱塞仍继续向前运动。塑料熔体仍不断注入型腔，一直到模具承受到一定压力为止。在增压相开始时，塑料熔体己将型腔充满，柱塞向前运动的速度也已下降，但仍要向前移动一段距离，这是因为塑料熔体有很大的可压缩性，在此相中约有15％的额外材料在压力作用下进入型腔。（３）补偿相塑料由熔态冷却至固态时体积变化约有25％，而在增压相最多只补充了约15％的材料，故补

5、偿相总是必须的。充填相流动特点充填相的流动前沿前沿区流速分布示意图充填时的取向和残余应力补偿相流动简图在补偿相中，熔体的流动是不稳定的，流动形态与河流三角洲的流道很相似形成这种流动图像的原因有以下几个方面。（１）温度的变化来自注塑机料筒的熔体其本身温度就不均匀，可以测出，在特殊情况下，此温差可以达到约40℃。温度高的熔体粘度低，流速快，使得更多的熔体流入此高温区，造成此区熔体温度进一步升高，进一步促进了该区域的流动，最后形成了类似河流三角洲的图像。（２）熔体内部温度的不稳定性若熔体中某一部分较其余部分温度稍高，则该部分就会因粘度低而流速

6、高，这样就会将更多的熔体带入该区，使该区得以维持较高的温度、较低的粘度和较快的流速。因为河道外熔体大块的温度较河道中熔体的温度低，因而会先于流道中熔体而凝固并收缩。而河道内熔体不但温度稍高，取向和收缩率亦大，冷却凝固时受到已凝固的河道外材料的限制而形成拉伸残余应力，而河道外材料则形成压缩残余应力，这种不均匀收缩而造成的残余应力也是造成制品翘曲的重要原因之一。15-3注塑制品中的取向注塑件厚度取向变化情况等温条件下剪应力沿厚向的变化非等温条件下厚向取向分布松弛前后取向沿厚向的分布注塑件流动前沿为零级黑，表示流动前沿无取向；从流动前沿出发．

7、逆流而上，取向级别逐渐升高，至浇口前一定距离处达列最大，之后，取向级别又逐渐降低。15-4注塑制品中的残余应力残余应力(Residualstress)可以定义为无外力作用下存在于物体内部任意点的局部应力。残余应力所产生的合力或力矩必须为零。流动残余应力流动应力主要出现于型腔充填阶段，保压对流动应力只起到补充作用。注塑时，熔体中的高应变速率引起了剪应力和第一、第二正应力差。热残余应力图15-16厚度为0.3cm的PMMA板从170℃（曲线1）和130℃（曲线2）淬火至0℃，以及厚度为0.26cm的PS板从150℃（曲线3）和130℃（曲线

8、4）淬火至23℃时厚向热应力分布图15-17厚度为0.3cm的PMMA板从170℃淬火至22℃（曲线1）和0℃（曲线2）时厚向热应力分布15-5塑料熔体的复杂流动现象与缺陷一、翘曲翘曲(Warp)是塑料制品