dd注射机螺杆设计工艺学

Click to edit Master text styles,Second level,Third level,Fourth level,Fifth level,Click to edit Master title style,*,注射机螺杆设计的工艺学和流变学基础,刘 颖北京化工大学,2007,年,4,月,注射成型的预塑化过程,注射成型的预塑化过程,固体粒料或粉料经过加热、压实、剪切、混合，从玻璃态转变为均化的粘流态,均化：聚合物温度均化、粘度均化、密度均化和组分均化。塑化质量高,塑化机理：热量来自料筒的外部加热，螺杆转动产生的摩擦热,预塑阶段提高塑化能力，塑化质量是关键,注射成型的预塑化过程,螺杆塑化能力的表征：,螺杆背压增加，则其熔体输送能力会下降，而熔体输送能力则随螺杆转速和计量段长度的增加而增加。,注射成型的预塑化过程,螺杆的后退速度：（与塑化能力相关）,螺杆后退速度与螺杆几何参数、加工物料的性能及加工工艺参数有关。,注射成型的预塑化过程,影响因素：,螺杆几何参数、加工物料的性能及加工工艺参数有关,螺杆几何参数、加工工艺条件均与高分子材料的性能相关。,相关的聚合物性能：,聚合物的热性能，流动性能。,高聚物的性能由,结构,决定,高分子结构特点,分子量高难溶，难熔，粘度高，无气态，力学强度高，高弹性等,分子量提高：拉伸强度，伸长率，冲击强度，耐低温脆性，耐环境应力开裂性，耐药品性提高，流动性下降。,例：聚乙烯，超高分子量聚乙烯,高分子结构特点,高分子结构特点,高分子结构特点,分子量具有多分散性用平均分子量及分子量分布表示。,分子量分布窄,宽：拉伸强度，冲击强度，熔体弹性，熔体粘度下降；耐低温脆性，耐应力开裂性提高。,结构多分散性,聚乙烯：低压聚乙烯，高压聚乙烯，线型低密度聚乙烯，超高分子量聚乙烯，交联聚乙烯,高聚物的结构层次,链结构（单个分子的结构与形态）,聚集态结构（高聚物整体的内部结构）,近程结构,（一级结构）,远程结构,（二级结构）,链中原子的种类和排列,取代基和端基的种类,单体单元排列顺序,支链的类型和长度,取代基在空间的排列,分子的大小和形态,链的柔顺性及构象,结晶结构,非结晶结构,取向结构,液晶结构,三级结构,聚集态结构,一次及二次结构 成型加工控制,高聚物性能,高聚物的结构层次,高聚物的结构层次,高聚物的结构决定其性能，而高聚物的,聚集态结构通过加工可以改变。,高聚物的结晶与非结晶结构,结晶结构,高聚物的分子,高度有序、紧密堆砌,在一起形成结晶结构。典型的结晶聚合物：高密度聚乙烯,HDPE,，,聚丙烯,PP,，,尼龙,PA,，,聚酯等。,非结晶结构,高聚物分子,无序紊乱堆砌,在一起形成非结晶结构。典型的非结晶聚合物：聚氯乙烯,PVC,，,聚苯乙烯,PS,，,聚碳酸酯,PC,，,聚甲基丙烯酸甲酯,PMMA,等。,高聚物的结晶与非结晶结构,高聚物的结晶是不完全的，存在晶区和非晶区。,存在结晶度的概念，结晶型高聚物的结晶度一般为,40,90,。,结晶度：结晶部分含量的量度。通常用重量百分数或体积百分数来表示。,W,重量，,V,体积，,c,结晶，,a,非结晶,高聚物的结晶与非结晶结构,高聚物的结晶与非结晶结构,聚合物晶体生长规律往往是沿螺旋位错中心不断盘旋生长变厚的。特点：,1,、,不同的高聚物的单晶外形不同，但晶片厚度几乎都在,10nm,左右。,2,、,晶片厚度与分子量无关。,3,、,晶片中分子链垂直于晶面。,4,、,高分子链在晶片中折迭排列，称为折迭链晶片。,高聚物的结晶与非结晶结构,高聚物的结晶与非结晶结构,高聚物的结晶过程,高聚物的结晶与非结晶结构,高聚物的结晶过程,高聚物的结晶与非结晶结构,区：,Tm,以下,10,30,，成核速度极小，结晶速度实际等于零。,区,:,从,区下限向下,30,60,，成核速度增大，晶体生长速度增大，结晶速度迅速增大。结晶速度由成核速度控制。,区,:,最大结晶速度出现，熔体结晶的主要区域。,区：晶体生长速度减慢，结晶速度下降。结晶速度由晶体生长速度控制。,高聚物的结晶与非结晶结构,结晶速度高的温度区域结晶，则聚合物的结晶度高，晶体结构完整。,结晶温度低，则形成较多的小球晶。,结晶温度过低，越过最大结晶速度区域，则球晶小，结晶度低，晶体结构不完善，结晶度低。,高聚物的结晶与非结晶结构,结晶度提高，密度增大，冷却体积收缩大。,拉伸强度提高，硬度增大，形变能力下降，模量提高。但晶粒尺寸过大，会使拉伸及冲击强度降低。,结晶度提高，结晶结构均匀，尺寸稳定性增加。,后处理可增加结晶度。,高聚物的结晶与非结晶结构,结晶度提高，渗透和溶解性降低。,结晶度提高，透光率降低，晶粒尺寸小于可见光波波长二分之一时，结晶不影响透光率。,结晶提高热变形温度，即提高耐热性。,高聚物的结晶与非结晶结构,加工过程中各种因素的改变可使高聚物的相态结构发生不同的变化。,高聚物相态结构的变化是通过分子运动实现的。,高 聚 物 的 热 转 变,运动单元的多重性,分子链的整体运动，链段的运动，链节的运动，侧基的运动，晶区的运动,分子运动的时间依赖性,松弛时间长，具有松弛时间谱,分子运动的温度依赖性,温度影响分子运动，进而松弛时间,高 聚 物 的 热 转 变,高聚物分子运动的特点,高聚物由于温度改变（在一定应力下）呈现的力学状态变化可通过,形变温度曲线,（热力学曲线）表示。,高 聚 物 的 热 转 变,高 聚 物 的 热 转 变,A,B,C,D,E,T,b,T,g,T,f,T/,形变,%,A-,玻璃态；,B-,过渡区；,C-,高弹态；,D-,过渡区；,E-,黏流态,T,b,-,脆化温度；,T,g,-,玻璃化温度；,T,f,-,黏流温度,线型非晶态高聚物的形变,-,温度曲线,特征温度：,Tb,脆化温度,Tg,玻璃化转变温度,Tf,粘流温度,Td,分解温度,高 聚 物 的 热 转 变,Tg,以下：,普弹形变，形变小，可逆，弹性模量大。,当高聚物在室温下，处于玻璃态，称为塑料或纤维。,高弹态（,Tg,Tf,）,可逆的高弹形变（,100,1000,），弹性模量小。,高聚物特有的力学状态,当高聚物室温下处于高弹态，称作橡胶,可进行拉伸成型，吹塑成型,吸塑成型或压制成型,高 聚 物 的 热 转 变,粘流态,(,Tf,以上,),不可逆的永久变形塑性形变或粘流形变,运动单元是链段和大分子链，大分子重心产生相对移动,室温下处于粘流态的高聚物用作涂料或粘合剂,高 聚 物 的 热 转 变,高 聚 物 的 热 转 变,结晶高聚物的热转变,结晶态高聚物的物理状态,玻璃态,黏流态,黏流态,玻璃态,高弹态,M,较小,M,很大,高 聚 物 的 热 转 变,1,结晶度高，分子量不太大的高聚物；,2,分子量很大；,3,结晶度很低的高聚物,结晶聚合物的熔点与熔限：,高 聚 物 的 热 转 变,熔限,熔点,结晶高聚物体积温度曲线,低分子体积温度曲线,高聚物的熔化和低分子熔化的相似点和区别：,相似点：熔化过程都有某种热力学函数的突变。,区别：,1,）,低分子晶体熔点几乎是一个常数；而结晶高聚物的熔化发生在一个较宽的温度范围内，称为,熔限,，把熔限的终点对应的温度叫,熔点,。,2,）,低分子晶体在熔化过程中温度不变；结晶高聚物在熔限范围内，边熔化边升温。,3,）低分子反复熔化和结晶，熔点是固定的；结晶高聚物的熔点和熔限都受结晶温度的影响：结晶温度低，熔限宽，熔点低；结晶温度高，熔限窄，熔点高。,高 聚 物 的 热 转 变,高 聚 物 的 热 转 变,非结晶（低结晶）聚合物的热转变过程或熔化过程具有较长的软化区间。,结晶（高结晶）聚合物在熔点,Tm,以下处于玻璃态，即熔融前模量高，不发生软化，到熔点后，很快变为粘流态，软化区间短。,结晶聚合物的紧密堆砌的结构改善了分子热振动的传递，即增加了热传导，其导热率比非结晶聚合物高。,高 聚 物 的 热 转 变,总结,高 聚 物 的 热 转 变,由于晶体存在相变，因此，结晶聚合物比非结晶聚合物需要吸收更多的热量才能熔化。结晶度提高，吸收的热量也会随之提高。,结晶聚合物在相态转变时，比热会有突变，而非结晶聚合物的比热变化则比较缓和。,无论是结晶还是非结晶聚合物，分子之间的极性同样会影响其热转变过程。,聚乙烯（,1,）和聚苯乙烯（,2,）的热焓图,高 聚 物 的 热 转 变,固体和熔体,PE,的比热与温度的关系 固体和熔体,PS,的比热与温度的关系,高 聚 物 的 热 转 变,高 聚 物 的 力 学,性 能,屈服应变,弹性,线性,B,（屈服点）,C,断裂点,塑性,聚合物力学类型,软而弱,软而韧,硬而脆,硬而强,硬而韧,聚合物应力,应变曲线,应,力,应,变,曲,线,特,点,模 量,（刚性）,低,低,高,高,高,屈服应力,（强度）,低,低,高,高,高,极限强度,（强度）,低,中,高,高,断裂伸长,（延性）,中等,按屈服应力,低,中,高,应力应变曲线,下面积（韧）,小,中,小,中,大,实,例,聚合物凝胶,橡胶,.,增塑,.,PVC.PE.PTFE,PS.PMMA.,固,化酚醛树脂断,裂前无塑性形,变断裂前有银,纹,硬,PVC,ABS.PC.,PA,有明显的,屈服和塑性,形变,.,韧性好,高 聚 物 的 分 类,重要的碳链聚合物,高 聚 物 的 分 类,重要的杂链聚合物,高 聚 物 的 分 类,碳链高分子：这类高聚物不易水解，易加工，易燃烧，易老化，耐热性较差。一般用作通用塑料。,杂链高分子：主链带极性，易水解，醇解或酸解。优点：耐热性好，强度高。这类聚合物主要用作工程塑料,