最新塑料成型理论基础解读教学讲义ppt.ppt

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1、塑料成型理论基础解读第一节聚合物的流变学性质什么是流变学？流变学是研究物质变形与流动的科学。聚合物流变学是怎样产生的？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。聚合物流变学的研究对象是什么？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。主要为了应用其成型理论，正确地选择工艺条件，设计合理的塑料成型系统和模具结构。注射成型生产中研究聚合物流变学的目的是什么？速度梯度分析：设两液层径向距离dr，移动速度分别为v、(v十dv)，液层间单位距离的速度差dv

2、／dr（速度梯度）。液层的移动速度v=dx／dt，速度梯度为切应变分析：dx／dr两相邻液层相对移动距离，即切应力作用下流体产生的切应变，记为：γ=dx／dr。上式又可改写为:式中，单位时间内流体所产生的切应变（剪切速率），s—1。（2-1）牛顿流体的流变方程：式中η，比例常数，牛顿黏度或绝对黏度(简称黏度)，Pa.s。η越大，黏稠性越大，剪切变形和流动越不容易，需较大的切应力。（2-2）二、幂律流动规律和表观黏度注射成型中，大多数聚合物熔体都是非牛顿流体，且近似服从幂律流动规律，即式中K，稠度，与聚合物、温度有关的常数，反映聚合物熔体的黏稠性；n，非牛顿指数，与聚合物和温度有关的

3、常数，反映聚合物熔体偏离牛顿性质的程度。（2-3）比较牛顿流动规律，上式可改写为流动方程:(2-4)流变方程:(2-5)式中ηa，聚合物熔体的表观黏度(或非牛顿黏度)，表征非牛顿流体(服从幂律函数流动规律)在外力作用下抵抗切变形的能力。表观黏度除与流体本身性质、温度有关之外，还受剪切速率影响，即外力大小及作用的时间也能改变流体的黏稠性。在幂律流动规律中，n和K均可由试验测定。讨论：⑴n=1时，ηa=K=η，即非牛流体转变为牛顿流体。⑵n≠1时，绝对值│1—n│越大，流体的非牛顿性越强，剪切速率对表观黏度的影响越强。⑶其他条件一定时，K值越大，流体的黏稠性也就越大，切变形和流动困难，

4、需较大的切应力作用。三种类型：⑴n<1时，称为假塑性液体；⑵n>1时，称为膨胀性液体；⑶n=1，但只有切应力达到或超过一定值后才能流动时，称为宾哈液体。黏性液体（服从幂律流动规律的非牛顿流体）有哪些类型？注射成型中，除热固性聚合物和少数热塑性聚合物外，大多数聚合物熔体均有近似假塑性液体的流变学性质。属膨胀性和宾哈液体的主要是一些固体含量较高的聚合物悬浮液及带有凝胶结构的聚合物溶液。三、假塑性液体的流变学性质及有关问题1、假塑性液体的流变学性质假塑性液体的非牛顿指数n<1，通常约为0．25～0．67，但剪切速率较大时，n值可降至0．20。⑴液体在低剪切速率(=1-102s—1)作用下

5、呈现牛顿性质(零切牛顿黏度区，零切黏度，记作，ηo)⑵液体在高剪切速率作用下呈现牛顿性质(≥106s—1，极限黏度区,极限黏度，记作，η∞)；黏性液体非牛顿性的前提条件：剪切速率不能太大，也不能太小，否则，会出现牛顿性质。⑶液体在中等剪切速率作用下呈非牛顿性质。注射成型的剪切速率通常为103～105s—1，均在此区。假塑性液体流动曲线和流变曲线讨论：⑴根据和作出理论流动曲线和流变曲线，图2-6。什么是假塑性？与对数方程相应的直线型流动曲线和流变曲线如图2-7。对数流动方程:lnτ=lnk+nln(2-10)对数流变方程:lnηa=lnK+(n-1)1n(2-11)将式（2-10）两

6、边微分，整理后得（2-12）此式可见非牛顿指数实际上等于对数流动曲线的斜率，这从几何方面显示了n值能够反映非牛顿程度的流变学意义。(2)图2-8、9分别给出了由试验得到的几种聚合物流变曲线(其中图2-9为对数坐标)。将它们分别与图2-6(b)和图2-7(b)比较，实验曲线与理论曲线的变化趋势基本相似，这说明幂律流动规律对于假塑性液体基本上是适合的。结论：①在中等剪切速率区域，假塑性液体的变形和流动所需的切应力随剪切速率变化，并呈幂律函数规律增大；②变形和流动所受到的黏滞阻力，即液体的表观黏度随剪切速率变化，并呈幂律函数规律减小（这种现象称为假塑性液体的“剪切稀化”效应）。这源于聚合

7、物的大分子结构和它的变形能力。熔体进行假塑性流动时，增大剪切速率，就增大了熔体内的切应力，于是大分子链从其聚合网络结构中解缠、伸长和滑移的运动加剧，链段的位移(高弹变形)相对减小，分子间的静电引力也将逐渐减弱，熔体内自由空间增加，黏稠性减小，整个体系趋于稀化，从而在宏观上呈现出表观黏度减小的力学性质。为什么聚合物熔体会有“剪切稀化”效应？2．聚合物熔体黏度对剪切速率的依赖性⑴用定温下剪切速率相差10倍时的黏度比值λ，表征熔体黏度对剪切速率的依赖性，并用λ代表熔体对剪切