第二章-----塑料成型理论基础

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,*,第二章 塑料成型理论基础,本章重点,:,1.,了解高分子聚合物的流变学性质,2.,聚合物熔体的模内流动行为,3.,聚合物熔体成型过程中的物理变化,4.,聚合物熔体成型过程中的化学变化,一,、,聚合物的流变学性质,流变学,:,研究物质,高分子聚合物,变形和流动的科学,.,聚合物流变学,主要研究内容,:,聚合物在外力作用下,其应力、应变、应变速率等,力学性能与自身粘度之间的关系,以及影响这些参数的外界,因素,.,如,:,聚合物的分子结构、相对分子量的大小及分布、,温度和压力,.,目的,:,应用流变学理论,正确选择和确定合理的工艺条件,以指导成型模具的结构设计,.,一,牛顿流动规律,1.,层流和湍流,紊流,流体管内流动,表现为层流和湍流,紊流,.,其决定因素,:,雷诺系数,Reynolds,管径,流体速度,流体密度,流体剪切粘度,临界雷诺系数,Rec,:,流体由层流转变为湍流,影响因素,:,管道形状与流体流速,一般光滑金属圆管,其,Rec,=2000,2300,Re:,正比与流速,v,反比与粘度,y,故,:,流速越小,粘度越大,Re,越小,越不容易出现湍流,.,塑料成型流动时,起粘度很高,流速很第,其,Re,约为,10,左右,远小于,临界雷诺系数,Rec,故一般为层流状态,.,2.,牛顿流体与非牛顿流体,1,牛顿流体,:,大多数低分子流体流动时,其切应力与剪切速率成,线性关系,即,:,切应力,剪切粘度,常数,剪切速率,2,非,牛顿流体,:,大多数高分子聚合物,聚合物粘度,非常数,剪切速率,其切应力与剪切速率成,非线性关系,:,指数关系,二,.,剪切稀化效应,定义,:,绝大多数聚合物成型时,都处于,P10,图,2.5,的中等,剪切速度区域,即,:,非,牛顿区,.,此时,变形和流动所受到的粘滞阻力,即,:,剪切粘度随,剪切,速率,呈,指数规律减小,.,这种现象称,剪切稀化效应,.,应用,:,实际注塑成型时,必须选择合适的成型温度、注射压力、注射速度、及模具,结构,以保证聚合物熔体不会因为粘度过大而影响流动成型,或因为粘度过小,而影响成型制品的质量,.,三,热塑性,聚合物与,热固性,聚合物的成型原理,:,1.,热塑性,聚合物,成型过程中主要为物理变化,即加热,使线性大分子结构的物料达到粘流态后流动充填,再冷却固化,.,成型过程中,只发生局部降解或很小的交联化学反应,尤其不会使黏度发生不可逆转的变化,故可以反复加热、冷却定型或回收,.,2.,热固性,聚合物,成型过程中除发生物理变化外,还伴随交联化学反应,.,即,:,加热使大分子的预聚物熔融后,在压力的作用下变形流动,充入模具型腔,发生交联化学反应后,固化成模具型腔的形状,.,因此,:,热固性塑料是在模具型腔中经过发生交联化学反应后,固化成型腔的,.,生产中模具型腔的温度必须高于料筒温度,.,热固性聚合物一经交联化学反应,其分子由线性转变为体形结构,即使,再加热,大分子也不会发生解缠或滑移,所以粘度变得无限大,从而,永远失去变形的能力,.,二,.,聚合物熔体的流动行为,聚合物熔体的变形和流动具有,粘弹性,其中,弹性行为,对成型质量有较大的影响,.,主要表现为,:,端末效应和失稳流动,1.,端末效应,定义,:,熔体在经过截面大小不同的流道和浇口时,因为,流道截面面积的变化,而产生弹性收敛或膨胀运动,这种现象称为,端末效应,.,危害,:,导致制品变形、尺寸不稳定、内应力产生等,.,表现,:P30,入口效应,:,产生较大的压力降,引起压力损失,.,离模膨胀效应,:,弹性回复引起失稳流动,从而使制品表面粗糙,无光泽,.,2.,失稳流动和熔体破裂,定义,:,当流速较高时,熔体粘度降低,大分子链会在极大的,剪切速率作用下被拉直接,表现出弹性,导致流动无法保持层流,熔体进入一种弹性紊流的状态,这种现象称为,失稳流动,.,表现,:,熔体在,失稳流动下成型时,制品表面质量会变差,.,如,:,产生喷射纹、表面无光泽、粗糙,严重时使,熔体,产生碎片或破裂,.,影响因素,:,分子结构,:,相对分子量越大,相对分子量分布越窄,越容易产生,.,压力和温度,:,压力合适,温度不宜过高,.,流道结构,:,由大截面向小截面过渡时,应采用渐变结构,.P33,图,2-26,三,.,熔体的充模流动,要求,:,采用平稳,、,连续的,扩展流,避免,喷射流,的产生,.,扩展流的特点,:P35,图,2-29,保证措施,:,模具的浇注系统,:P34,图,2-27-28,注塑工艺,:,温度、压力的平衡,熔体绕过障碍物的流动和熔接痕的产生,:,熔体绕过障碍物的流动,:,产生熔接痕,以圆柱形为佳,.P36,图,2-31,熔接痕的产生的原因,:,障碍物,:,型芯或嵌件,多浇口,:,壁厚的变化,:,不均衡,喷流和蛇形流动,四,.,聚合物成型过程中的物理变化,:,1.,结晶和取向,:,主要指,:,熔体有高温向低温转变过程中,分子链结构形态的变化,.,结晶,:,分子链稳定,、,规则,制品具有较高强度,.,取向,:,分子链有序排列,制品具有各向异性,.,2.,残余应力,:,主要有熔体在型腔内流动和冷却不平衡引起,.,分为,:,残余流动应力和残余冷却应力,五,.,聚合物成型过程中的化学变化,:,1.,降解,:,定义,P46,类型,:,热降解,:,温度引起,氧化降解,:,热量和紫外线引起,水降解,应力降解,避免降解的措施,:P48,2.,交联,:P48,定义,:,聚合物,由线性结构转变为体形结构的化学反应过程,成为,交联,.,