注塑模具設(shè)計基礎(chǔ)知識課件

1、注塑模具設(shè)計基礎(chǔ)知識塑料注塑模具設(shè)計注塑模具設(shè)計基礎(chǔ)知識緒 論1塑料成型工業(yè)在生產(chǎn)中的重要地位塑料成型工業(yè)在生產(chǎn)中的重要地位n塑料成型所用的模具稱為塑料成型模，是用于成型塑塑料成型所用的模具稱為塑料成型模，是用于成型塑料制件的模具，它是型腔模的一種類型。料制件的模具，它是型腔模的一種類型。n塑料成型工業(yè)是新興的工業(yè)，并隨著石油工業(yè)的發(fā)展塑料成型工業(yè)是新興的工業(yè)，并隨著石油工業(yè)的發(fā)展應(yīng)運而生，目前，塑料制件幾乎已經(jīng)進(jìn)入了一切工業(yè)應(yīng)運而生，目前，塑料制件幾乎已經(jīng)進(jìn)入了一切工業(yè)部門以及人民日常生活的各個領(lǐng)域。部門以及人民日常生活的各個領(lǐng)域。n世界塑料工業(yè)從世界塑料工業(yè)從20世紀(jì)世紀(jì)30年代前后開始研

2、制，經(jīng)歷年代前后開始研制，經(jīng)歷了了30年代以前的初創(chuàng)階段、年代以前的初創(chuàng)階段、30年代的發(fā)展階段、年代的發(fā)展階段、5060年代的飛躍發(fā)展階段和年代的飛躍發(fā)展階段和70年代至今的穩(wěn)定增年代至今的穩(wěn)定增長階段。長階段。注塑模具設(shè)計基礎(chǔ)知識n 現(xiàn)代塑料成型生產(chǎn)中，塑料制件的現(xiàn)代塑料成型生產(chǎn)中，塑料制件的質(zhì)量與塑料成型模具、塑料成型設(shè)備和質(zhì)量與塑料成型模具、塑料成型設(shè)備和塑料成型工藝密切相關(guān)。在這三項要素塑料成型工藝密切相關(guān)。在這三項要素中，塑料成型模具的質(zhì)量最為關(guān)鍵，它中，塑料成型模具的質(zhì)量最為關(guān)鍵，它的功能是雙重的：賦予塑料熔體以期望的功能是雙重的：賦予塑料熔體以期望的形狀、性能、質(zhì)量；冷卻并推出

3、成型的形狀、性能、質(zhì)量；冷卻并推出成型的制件。的制件。1塑料成型工業(yè)在生產(chǎn)中的重要地位塑料成型工業(yè)在生產(chǎn)中的重要地位注塑模具設(shè)計基礎(chǔ)知識1塑料成型工業(yè)在生產(chǎn)中的重要地位塑料成型工業(yè)在生產(chǎn)中的重要地位n 據(jù)有關(guān)統(tǒng)計資料表明，在國內(nèi)外模具工業(yè)中，各據(jù)有關(guān)統(tǒng)計資料表明，在國內(nèi)外模具工業(yè)中，各類模具占模具總量的比例大致如下：沖壓模、塑料模類模具占模具總量的比例大致如下：沖壓模、塑料模各占各占3540，壓鑄模占，壓鑄模占1015，粉末冶金，粉末冶金模、陶瓷模、玻璃模等其他模具約占模、陶瓷模、玻璃模等其他模具約占10。n 塑料成型模具的應(yīng)用在各類模具的應(yīng)用中占有與塑料成型模具的應(yīng)用在各類模具的應(yīng)用中占有與

4、沖壓模齊駕并驅(qū)的沖壓模齊駕并驅(qū)的“老大老大”位置。隨著我國經(jīng)濟(jì)與國位置。隨著我國經(jīng)濟(jì)與國際的接軌和國家經(jīng)濟(jì)建設(shè)持續(xù)穩(wěn)定的發(fā)展，塑料制件際的接軌和國家經(jīng)濟(jì)建設(shè)持續(xù)穩(wěn)定的發(fā)展，塑料制件的應(yīng)用快速上升，模具設(shè)計與制造和塑料成型的各類的應(yīng)用快速上升，模具設(shè)計與制造和塑料成型的各類企業(yè)日益增多，塑料成型工業(yè)在基礎(chǔ)工業(yè)中的地位和企業(yè)日益增多，塑料成型工業(yè)在基礎(chǔ)工業(yè)中的地位和對國民經(jīng)濟(jì)的影響日益重要。對國民經(jīng)濟(jì)的影響日益重要。注塑模具設(shè)計基礎(chǔ)知識2塑料成型技術(shù)的發(fā)展趨勢塑料成型技術(shù)的發(fā)展趨勢n 考察國內(nèi)外模具工業(yè)的現(xiàn)狀及我國考察國內(nèi)外模具工業(yè)的現(xiàn)狀及我國國民經(jīng)濟(jì)和現(xiàn)代工業(yè)品生產(chǎn)中模具的地國民經(jīng)濟(jì)和現(xiàn)代工業(yè)品

5、生產(chǎn)中模具的地位，從塑料成型模具的設(shè)計理論、設(shè)計位，從塑料成型模具的設(shè)計理論、設(shè)計實踐和制造技術(shù)出發(fā)，設(shè)計與制造大致實踐和制造技術(shù)出發(fā)，設(shè)計與制造大致有以下幾個方面的發(fā)展趨勢有以下幾個方面的發(fā)展趨勢:注塑模具設(shè)計基礎(chǔ)知識(1)CADCAECAM技術(shù)在模具設(shè)計與制造中的應(yīng)用 經(jīng)過多年的推廣應(yīng)用，模具設(shè)計經(jīng)過多年的推廣應(yīng)用，模具設(shè)計“軟件化軟件化”和模具制造和模具制造“數(shù)控化數(shù)控化”已經(jīng)在我國模具企業(yè)中已經(jīng)在我國模具企業(yè)中成為現(xiàn)實。采用成為現(xiàn)實。采用CAD技術(shù)是模具生產(chǎn)的一次革技術(shù)是模具生產(chǎn)的一次革命，是模具技術(shù)發(fā)展的一個顯著特點。引用模命，是模具技術(shù)發(fā)展的一個顯著特點。引用模具具CAD系統(tǒng)后，借

6、助計算機完成傳統(tǒng)模具設(shè)計系統(tǒng)后，借助計算機完成傳統(tǒng)模具設(shè)計中各個環(huán)節(jié)的設(shè)計工作，大部分設(shè)計與制造信中各個環(huán)節(jié)的設(shè)計工作，大部分設(shè)計與制造信息由系統(tǒng)直接傳送，圖紙不再是設(shè)計與制造環(huán)息由系統(tǒng)直接傳送，圖紙不再是設(shè)計與制造環(huán)節(jié)的分界線，也不再是制造、生產(chǎn)過程中的唯節(jié)的分界線，也不再是制造、生產(chǎn)過程中的唯一依據(jù)，圖紙將被簡化，甚至最終消失。近年一依據(jù)，圖紙將被簡化，甚至最終消失。近年來，來，CAD技術(shù)發(fā)展主要有以下特點：技術(shù)發(fā)展主要有以下特點：注塑模具設(shè)計基礎(chǔ)知識(1)CADCAECAM技術(shù)在模具設(shè)計與制造中的應(yīng)用模具模具CAD技術(shù)及其應(yīng)用日趨成熟技術(shù)及其應(yīng)用日趨成熟 發(fā)達(dá)國家機械制造業(yè)中發(fā)達(dá)國家機械

7、制造業(yè)中CAD覆蓋率超過覆蓋率超過60，十分注重，十分注重CAD專業(yè)應(yīng)用軟件的開發(fā)。專業(yè)應(yīng)用軟件的開發(fā)。模具模具CAD/CAM技術(shù)日益深入人心，并且發(fā)揮技術(shù)日益深入人心，并且發(fā)揮著越來越重要的作用。在著越來越重要的作用。在20世紀(jì)，能夠進(jìn)行復(fù)世紀(jì)，能夠進(jìn)行復(fù)雜形體幾何造型和雜形體幾何造型和NC加工的加工的CADCAM系統(tǒng)，系統(tǒng)，主要是在工作站上采用主要是在工作站上采用UNIX操作系統(tǒng)開發(fā)和操作系統(tǒng)開發(fā)和應(yīng)用的，如美國的應(yīng)用的，如美國的ProE、UG、CADS5軟件軟件等。隨著計算機技術(shù)突飛猛進(jìn)的發(fā)展，新一代等。隨著計算機技術(shù)突飛猛進(jìn)的發(fā)展，新一代CADCAM軟件軟件(如如Solidworks、

8、Solidage)已嶄露頭角，并深得用戶好評。已嶄露頭角，并深得用戶好評。注塑模具設(shè)計基礎(chǔ)知識(1)CADCAECAM技術(shù)在模具設(shè)計與制造中的應(yīng)用基于網(wǎng)絡(luò)化的基于網(wǎng)絡(luò)化的CAD/CAECAM一體化系統(tǒng)結(jié)一體化系統(tǒng)結(jié)構(gòu)初見端倪構(gòu)初見端倪. 隨著計算機硬件和軟件的進(jìn)步以及工業(yè)部隨著計算機硬件和軟件的進(jìn)步以及工業(yè)部門的實際需求，國外許多著名計算機軟件開發(fā)門的實際需求，國外許多著名計算機軟件開發(fā)商已能按實際生產(chǎn)過程中的功能要求劃分產(chǎn)品商已能按實際生產(chǎn)過程中的功能要求劃分產(chǎn)品系列，在網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)下實現(xiàn)了系列，在網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)下實現(xiàn)了CADCAM的一的一體化，解決了傳統(tǒng)混合型體化，解決了傳統(tǒng)混合型CADCAM系統(tǒng)無

9、系統(tǒng)無法滿足實際生產(chǎn)過程分工協(xié)作的要求，更能符法滿足實際生產(chǎn)過程分工協(xié)作的要求，更能符合實際應(yīng)用的自然過程。合實際應(yīng)用的自然過程。注塑模具設(shè)計基礎(chǔ)知識(2)大力發(fā)展快速原型制造n 對于形狀復(fù)雜的曲面塑料制件，為了縮短研對于形狀復(fù)雜的曲面塑料制件，為了縮短研制周期，在現(xiàn)代制造模具技術(shù)中，可以不急于加制周期，在現(xiàn)代制造模具技術(shù)中，可以不急于加工出難以測量和加工的模具凹模和凸模，而是采工出難以測量和加工的模具凹模和凸模，而是采用快速原型制造技術(shù)，先制造出與實物相同的樣用快速原型制造技術(shù)，先制造出與實物相同的樣品，看該樣品是否滿足設(shè)計要求和工藝要求，然品，看該樣品是否滿足設(shè)計要求和工藝要求，然后再開發(fā)

10、模具。后再開發(fā)模具。n 快速原型制造快速原型制造(RPM)技術(shù)是一種綜合運用技術(shù)是一種綜合運用計算機輔助設(shè)計技術(shù)、數(shù)控技術(shù)、激光技術(shù)和材計算機輔助設(shè)計技術(shù)、數(shù)控技術(shù)、激光技術(shù)和材料科學(xué)的發(fā)展成果，采用分層增材制造的新概念料科學(xué)的發(fā)展成果，采用分層增材制造的新概念取代了傳統(tǒng)的去材或變形法加工，是當(dāng)代最具有取代了傳統(tǒng)的去材或變形法加工，是當(dāng)代最具有代表性的制造技術(shù)之一。代表性的制造技術(shù)之一。注塑模具設(shè)計基礎(chǔ)知識(3)研究和應(yīng)用模具的快速測量技術(shù)與逆向工程n 從實物樣件獲取產(chǎn)品數(shù)學(xué)模型的相關(guān)技從實物樣件獲取產(chǎn)品數(shù)學(xué)模型的相關(guān)技術(shù)，稱為逆向工程或反求工程技術(shù)。對于具術(shù)，稱為逆向工程或反求工程技術(shù)。對于

11、具有復(fù)雜自由曲面零件的模具設(shè)計，可采用逆有復(fù)雜自由曲面零件的模具設(shè)計，可采用逆向工程技術(shù)，首先獲取其表面幾何點的數(shù)據(jù)，向工程技術(shù)，首先獲取其表面幾何點的數(shù)據(jù)，然后通過然后通過CAD系統(tǒng)對這些數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理，系統(tǒng)對這些數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理，并考慮模具的成型工藝性再進(jìn)行曲面重構(gòu)，并考慮模具的成型工藝性再進(jìn)行曲面重構(gòu)，以獲得模具的凹模和凸模的型面，最后通過以獲得模具的凹模和凸模的型面，最后通過CAM系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)控編程，完成模具的加工。系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)控編程，完成模具的加工。注塑模具設(shè)計基礎(chǔ)知識(4)發(fā)展優(yōu)質(zhì)模具材料和采用先進(jìn)的熱處理和表面處理技術(shù)n 模具材料的選用在模具設(shè)計與制造中是涉及模具加工工藝、模具使用壽命

12、、塑料制件成型質(zhì)量和加工成本等的重要問題。開發(fā)研制出了具有良好使用性能和加工性能、熱處理變形小、抗熱疲勞性能好的新型模具鋼種，如預(yù)硬鋼預(yù)硬鋼、耐腐蝕鋼等，模具成型零件的表面拋光處理技術(shù)和表面強化處理技術(shù)方面的發(fā)展也很快，國內(nèi)的許多單位進(jìn)行丁研究與工程實踐，取得了一些可喜的成績。模具熱處理的發(fā)展方向是采用真空熱處理。該技術(shù)在國內(nèi)許多熱處理中心和一些大型模具企業(yè)已經(jīng)得到應(yīng)用并且正在進(jìn)一步推廣。模具表面處理除完善普及常用表面處理方法(如滲碳、滲氮、滲硼、滲鉻、滲釩)外，應(yīng)發(fā)展設(shè)備昂貴、工藝先進(jìn)的氣相沉積、等離子噴涂等技術(shù)。注塑模具設(shè)計基礎(chǔ)知識(5)提高模具標(biāo)準(zhǔn)化水平和模具標(biāo)準(zhǔn)件的使用率n 模具標(biāo)準(zhǔn)化

13、的水平在某種意義上體現(xiàn)了一模具標(biāo)準(zhǔn)化的水平在某種意義上體現(xiàn)了一個國家模具工業(yè)發(fā)展的水平。采用標(biāo)準(zhǔn)模架和個國家模具工業(yè)發(fā)展的水平。采用標(biāo)準(zhǔn)模架和使用標(biāo)準(zhǔn)零件，可以滿足大批量制造模具和縮使用標(biāo)準(zhǔn)零件，可以滿足大批量制造模具和縮短模具制造周期的需要。經(jīng)過一段時期的建設(shè)，短模具制造周期的需要。經(jīng)過一段時期的建設(shè)，我國模具標(biāo)準(zhǔn)化程度正在不斷提高，估計目前我國模具標(biāo)準(zhǔn)化程度正在不斷提高，估計目前我國模具標(biāo)準(zhǔn)件使用覆蓋率已達(dá)到我國模具標(biāo)準(zhǔn)件使用覆蓋率已達(dá)到40左右，左右，發(fā)達(dá)國家的模具標(biāo)準(zhǔn)件使用覆蓋率一般為發(fā)達(dá)國家的模具標(biāo)準(zhǔn)件使用覆蓋率一般為80左右。為了適應(yīng)模具工業(yè)發(fā)展，模具標(biāo)準(zhǔn)化工左右。為了適應(yīng)模具工業(yè)

14、發(fā)展，模具標(biāo)準(zhǔn)化工作必將加強，模具標(biāo)準(zhǔn)化程度將進(jìn)一步提高，作必將加強，模具標(biāo)準(zhǔn)化程度將進(jìn)一步提高，模具標(biāo)準(zhǔn)件生產(chǎn)也必將得到發(fā)展。模具標(biāo)準(zhǔn)件生產(chǎn)也必將得到發(fā)展。注塑模具設(shè)計基礎(chǔ)知識(6)模具的復(fù)雜化、精密化與大型化n 為了滿足塑料制件在各種工業(yè)產(chǎn)品中的使為了滿足塑料制件在各種工業(yè)產(chǎn)品中的使用要求，塑料成型技術(shù)正朝著復(fù)雜化，精密化用要求，塑料成型技術(shù)正朝著復(fù)雜化，精密化與大型化方向發(fā)展，例如汽車的保險杠和某些與大型化方向發(fā)展，例如汽車的保險杠和某些內(nèi)裝飾件等塑料件的成型。大型塑料件和精密內(nèi)裝飾件等塑料件的成型。大型塑料件和精密塑料件的成型，除了必須研制開發(fā)或引進(jìn)大型塑料件的成型，除了必須研制開發(fā)或

15、引進(jìn)大型的和精密的成型設(shè)備外，大型的和精密的塑料的和精密的成型設(shè)備外，大型的和精密的塑料件成型模具更需要采用先進(jìn)的模具件成型模具更需要采用先進(jìn)的模具CADCAECAM技術(shù)來設(shè)計與制造，否則這類投資很大技術(shù)來設(shè)計與制造，否則這類投資很大的模具研制將難以獲得成功。的模具研制將難以獲得成功。注塑模具設(shè)計基礎(chǔ)知識3塑料成型模具的分類塑料成型模具的分類 按照塑料制件成型的方法不同，塑料成型按照塑料制件成型的方法不同，塑料成型模具通?？梢苑殖梢韵聨最悾耗＞咄ǔ？梢苑殖梢韵聨最悾?1)注射模注射模n注射模又稱注塑模。塑料注射成型是在金屬壓注射模又稱注塑模。塑料注射成型是在金屬壓鑄成型的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，成型

16、所使用的設(shè)鑄成型的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，成型所使用的設(shè)備是注射機。注射模通常適合于熱塑性塑料的備是注射機。注射模通常適合于熱塑性塑料的成型，目前部分熱固性塑料也可以采用該方法成型，目前部分熱固性塑料也可以采用該方法成型。塑料注射成型是塑料成型生產(chǎn)中自動化成型。塑料注射成型是塑料成型生產(chǎn)中自動化程度最高、采用最廣泛的一種成型方法。程度最高、采用最廣泛的一種成型方法。注塑模具設(shè)計基礎(chǔ)知識3塑料成型模具的分類塑料成型模具的分類(2)壓縮模壓縮模n壓縮模又稱壓塑?；驂耗z模。塑料壓縮壓縮模又稱壓塑?；驂耗z模。塑料壓縮成型是塑件成型方法中較早采用的一種成型是塑件成型方法中較早采用的一種方法，成型所使用的設(shè)備是

17、塑料成型壓方法，成型所使用的設(shè)備是塑料成型壓力機，是熱固性塑料通常采用的成型方力機，是熱固性塑料通常采用的成型方法之一。與塑料注射成型相比，成型周法之一。與塑料注射成型相比，成型周期較長，生產(chǎn)效率較低。期較長，生產(chǎn)效率較低。注塑模具設(shè)計基礎(chǔ)知識3塑料成型模具的分類塑料成型模具的分類n(3)壓注模壓注模n壓注模又稱傳遞模。壓注成型所使用的壓注模又稱傳遞模。壓注成型所使用的設(shè)備和塑料的適應(yīng)性與壓縮成型完全相設(shè)備和塑料的適應(yīng)性與壓縮成型完全相同，只是模具的結(jié)構(gòu)不同。同，只是模具的結(jié)構(gòu)不同。 注塑模具設(shè)計基礎(chǔ)知識3塑料成型模具的分類塑料成型模具的分類n(4)擠出模擠出模n擠出模是安裝在擠出機料筒端部進(jìn)

18、行生擠出模是安裝在擠出機料筒端部進(jìn)行生產(chǎn)的，因此也稱為擠出機頭。成型所使產(chǎn)的，因此也稱為擠出機頭。成型所使用的設(shè)備是塑料擠出機。只有熱塑性塑用的設(shè)備是塑料擠出機。只有熱塑性塑料才能采用擠出成型。料才能采用擠出成型。注塑模具設(shè)計基礎(chǔ)知識3塑料成型模具的分類塑料成型模具的分類(5)氣動成型模氣動成型模n氣動成型模是指利用氣體作為動力介質(zhì)氣動成型模是指利用氣體作為動力介質(zhì)成型塑料制件的模具。氣動成型包括中成型塑料制件的模具。氣動成型包括中空吹塑成型、抽真空成型和壓縮空氣成空吹塑成型、抽真空成型和壓縮空氣成型等。與其他模具相比較，氣動成型模型等。與其他模具相比較，氣動成型模具結(jié)構(gòu)最為簡單，只有熱塑性塑

19、料才能具結(jié)構(gòu)最為簡單，只有熱塑性塑料才能采用氣動成型。采用氣動成型。 注塑模具設(shè)計基礎(chǔ)知識第一章第一章 高分子聚合物結(jié)構(gòu)特點與性高分子聚合物結(jié)構(gòu)特點與性能能 n塑料是以高分子聚合物塑料是以高分子聚合物(樹脂樹脂)為主要成為主要成分的物質(zhì)，高分子聚合物也稱高聚物分的物質(zhì)，高分子聚合物也稱高聚物.n要了解塑料的性能和特點，研究塑料成要了解塑料的性能和特點，研究塑料成型工藝，正確設(shè)計塑料成型模具，就必型工藝，正確設(shè)計塑料成型模具，就必須認(rèn)識高分子聚合物的結(jié)構(gòu)、熱力學(xué)性須認(rèn)識高分子聚合物的結(jié)構(gòu)、熱力學(xué)性能、流變學(xué)性質(zhì)、成型過程中的流動行能、流變學(xué)性質(zhì)、成型過程中的流動行為和物理化學(xué)變化。為和物理化學(xué)變

20、化。注塑模具設(shè)計基礎(chǔ)知識1.1 高分子聚合物的結(jié)構(gòu)特點高分子聚合物的結(jié)構(gòu)特點n 高聚物的結(jié)構(gòu)是非常復(fù)雜的，在早高聚物的結(jié)構(gòu)是非常復(fù)雜的，在早期由于受生產(chǎn)和科學(xué)技術(shù)水平的限制和期由于受生產(chǎn)和科學(xué)技術(shù)水平的限制和認(rèn)識上的錯誤理解，曾把高分子看成是認(rèn)識上的錯誤理解，曾把高分子看成是小分子的簡單堆積。小分子的簡單堆積。 H.Staudinger提提出大分子學(xué)說，隨著高分子工業(yè)的發(fā)展出大分子學(xué)說，隨著高分子工業(yè)的發(fā)展及近代科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，人們對高分子及近代科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，人們對高分子結(jié)構(gòu)的探究也在不斷深化。結(jié)構(gòu)的探究也在不斷深化。注塑模具設(shè)計基礎(chǔ)知識n聚合物分子的鏈結(jié)構(gòu)不同，其性質(zhì)也不同。聚合物分子的鏈

21、結(jié)構(gòu)不同，其性質(zhì)也不同。n線型聚合物線型聚合物(見圖見圖1.2a)包括帶有支鏈的線型聚合物包括帶有支鏈的線型聚合物(見見圖圖l.2b)，其物理特性是具有彈性和塑性，在適當(dāng)?shù)娜埽湮锢硖匦允蔷哂袕椥院退苄?，在適當(dāng)?shù)娜軇┲锌扇苊浕蛉芙猓S溫度的不斷升高，聚合物微觀劑中可溶脹或溶解，隨溫度的不斷升高，聚合物微觀表現(xiàn)為分子鏈逐漸由鏈段運動乃至整個分子鏈的運動，表現(xiàn)為分子鏈逐漸由鏈段運動乃至整個分子鏈的運動，宏觀表現(xiàn)為聚合物逐漸開始軟化乃至熔化而流動，這宏觀表現(xiàn)為聚合物逐漸開始軟化乃至熔化而流動，這些特性隨溫度的降低而呈現(xiàn)逆向性。些特性隨溫度的降低而呈現(xiàn)逆向性。n體型聚合物的大分子鏈之間形成立體網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)

22、體型聚合物的大分子鏈之間形成立體網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)(見圖見圖12c)，它具有脆性，彈性較高，塑性較低，成型前，它具有脆性，彈性較高，塑性較低，成型前是可溶可熔的，一旦成型固化后就成為既不溶解也不是可溶可熔的，一旦成型固化后就成為既不溶解也不熔融的固體。熔融的固體。注塑模具設(shè)計基礎(chǔ)知識12 聚合物的熱力學(xué)性能聚合物的熱力學(xué)性能n1.2.1 聚合物分子運動單元的多重性聚合物分子運動單元的多重性n聚合物性能是高聚物微觀分子運動的宏聚合物性能是高聚物微觀分子運動的宏觀表現(xiàn)，而聚合物的物理、力學(xué)性能與觀表現(xiàn)，而聚合物的物理、力學(xué)性能與溫度密切相關(guān)。溫度密切相關(guān)。n因而，要想了解高分子宏觀上的熱力學(xué)因而，要想了解高

23、分子宏觀上的熱力學(xué)性能，必須通過材料內(nèi)部的分子熱運動，性能，必須通過材料內(nèi)部的分子熱運動，才能揭示不同高分子材料性能的真正本才能揭示不同高分子材料性能的真正本質(zhì)。質(zhì)。注塑模具設(shè)計基礎(chǔ)知識1.2.1 聚合物分子運動單元的多重性聚合物分子運動單元的多重性n從高分子結(jié)構(gòu)來看，高分子有很多運動單元，除了高從高分子結(jié)構(gòu)來看，高分子有很多運動單元，除了高分子主鏈可以運動外，分子鏈上的側(cè)基、支鏈、鏈節(jié)、分子主鏈可以運動外，分子鏈上的側(cè)基、支鏈、鏈節(jié)、鏈段等部可以產(chǎn)生相應(yīng)的各種運動。一般來說，高分鏈段等部可以產(chǎn)生相應(yīng)的各種運動。一般來說，高分子運動主要包括三種類型：子運動主要包括三種類型：n(1)分子鏈的整體

24、運動分子鏈的整體運動 這是分子鏈質(zhì)量中心的相對移這是分子鏈質(zhì)量中心的相對移動，它的宏觀表現(xiàn)就是高分子熔體的流動。動，它的宏觀表現(xiàn)就是高分子熔體的流動。n(2)鏈段的運動鏈段的運動 這種運動是高分子的特殊運動形式；這種運動是高分子的特殊運動形式；它是指高分子鏈在質(zhì)量中心不變的情況下，一部分鏈它是指高分子鏈在質(zhì)量中心不變的情況下，一部分鏈段通過單鍵內(nèi)旋轉(zhuǎn)而相對于另一部分鏈段的運動。這段通過單鍵內(nèi)旋轉(zhuǎn)而相對于另一部分鏈段的運動。這種運動可導(dǎo)致高分子主鏈伸展或卷曲，宏觀上表現(xiàn)有種運動可導(dǎo)致高分子主鏈伸展或卷曲，宏觀上表現(xiàn)有橡皮的回彈、拉伸等。橡皮的回彈、拉伸等。n(3)鏈節(jié)、支鏈和側(cè)基的運動鏈節(jié)、支鏈

25、和側(cè)基的運動 實驗表明，這類運動對實驗表明，這類運動對聚合物的韌性有很大影響。聚合物的韌性有很大影響。注塑模具設(shè)計基礎(chǔ)知識1.2.2 聚合物的熱力學(xué)性能聚合物的熱力學(xué)性能非晶態(tài)高聚物的熱力學(xué)性能非晶態(tài)高聚物的熱力學(xué)性能n固體聚合物可劃分為晶態(tài)固體聚合物可劃分為晶態(tài)聚合物和非晶態(tài)聚合物。聚合物和非晶態(tài)聚合物。取一塊線形非晶態(tài)（無定取一塊線形非晶態(tài)（無定形）聚合物，對它施加一形）聚合物，對它施加一個恒定應(yīng)力，可發(fā)現(xiàn)試樣個恒定應(yīng)力，可發(fā)現(xiàn)試樣的形變和溫度的關(guān)系如圖的形變和溫度的關(guān)系如圖13所示。這種描述高聚所示。這種描述高聚物在恒定應(yīng)力作用下形變物在恒定應(yīng)力作用下形變隨溫度改變而變化的關(guān)系隨溫度改變

26、而變化的關(guān)系曲線稱為熱力學(xué)曲線。曲線稱為熱力學(xué)曲線。注塑模具設(shè)計基礎(chǔ)知識1.2.2 聚合物的熱力學(xué)性能聚合物的熱力學(xué)性能n由圖中可以看出，當(dāng)溫度較低時，試樣成剛性由圖中可以看出，當(dāng)溫度較低時，試樣成剛性固體狀態(tài)，在外力作用下只發(fā)生較小變化。固體狀態(tài)，在外力作用下只發(fā)生較小變化。n當(dāng)溫度升到某一定范圍后，試樣的形變明顯增當(dāng)溫度升到某一定范圍后，試樣的形變明顯增加，并在隨后的溫度區(qū)間達(dá)到一種相對穩(wěn)定的加，并在隨后的溫度區(qū)間達(dá)到一種相對穩(wěn)定的形變。在這一區(qū)域中，試樣變成柔軟的彈性體，形變。在這一區(qū)域中，試樣變成柔軟的彈性體，溫度繼續(xù)升高時形變基本上保持不變；溫度繼續(xù)升高時形變基本上保持不變；n溫度再

27、進(jìn)一步升高，則形變量又逐漸加大，試溫度再進(jìn)一步升高，則形變量又逐漸加大，試樣最后完全變成粘性的流體。樣最后完全變成粘性的流體。n根據(jù)這種變化特征，可以把非晶態(tài)高聚物按溫根據(jù)這種變化特征，可以把非晶態(tài)高聚物按溫度區(qū)域不同劃分為三種力學(xué)狀態(tài)度區(qū)域不同劃分為三種力學(xué)狀態(tài)玻璃態(tài)、玻璃態(tài)、高彈態(tài)和粘流態(tài)。高彈態(tài)和粘流態(tài)。g注塑模具設(shè)計基礎(chǔ)知識1.3 聚合物的流變學(xué)性質(zhì)聚合物的流變學(xué)性質(zhì)n 流變學(xué)是研究物質(zhì)變形與流動的一門學(xué)科，聚流變學(xué)是研究物質(zhì)變形與流動的一門學(xué)科，聚合物流變學(xué)研究的是聚合物材料在外力作用下產(chǎn)生合物流變學(xué)研究的是聚合物材料在外力作用下產(chǎn)生的力學(xué)現(xiàn)象的力學(xué)現(xiàn)象(如應(yīng)力、應(yīng)變及應(yīng)變速率等如應(yīng)

28、力、應(yīng)變及應(yīng)變速率等)與聚合物與聚合物流動時自身粘度之間的關(guān)系，以及影響聚合物流動流動時自身粘度之間的關(guān)系，以及影響聚合物流動的各種因素，諸如聚合物的分子結(jié)構(gòu)、相對分子質(zhì)的各種因素，諸如聚合物的分子結(jié)構(gòu)、相對分子質(zhì)量的大小及其分布，成型溫度，成型壓力等。量的大小及其分布，成型溫度，成型壓力等。n 注射成型中，聚合物的成型依靠的是聚合物自注射成型中，聚合物的成型依靠的是聚合物自身的變形和流動實現(xiàn)的，故有必要了解聚合物流變身的變形和流動實現(xiàn)的，故有必要了解聚合物流變學(xué)，以便應(yīng)用流變學(xué)理論止確地選擇和確定合理的學(xué)，以便應(yīng)用流變學(xué)理論止確地選擇和確定合理的成型工藝條件，設(shè)計合理的注射成型澆注系統(tǒng)和模成

29、型工藝條件，設(shè)計合理的注射成型澆注系統(tǒng)和模具結(jié)構(gòu)。具結(jié)構(gòu)。注塑模具設(shè)計基礎(chǔ)知識1.3.1 牛頓流體與非牛頓流體牛頓流體與非牛頓流體n流體在管內(nèi)一般有層流和湍流兩種流動狀態(tài)。層流體在管內(nèi)一般有層流和湍流兩種流動狀態(tài)。層流的特征是流體質(zhì)點的流動方向與流道軸線平行，流的特征是流體質(zhì)點的流動方向與流道軸線平行，其流動速度也相同，所有流體質(zhì)點的流動軌跡均其流動速度也相同，所有流體質(zhì)點的流動軌跡均相互平行，如圖相互平行，如圖15a所示；湍流的特點是管內(nèi)所示；湍流的特點是管內(nèi)的流體質(zhì)點除了在與軸線平行的方向流動外，還的流體質(zhì)點除了在與軸線平行的方向流動外，還在管內(nèi)的橫向上做不規(guī)則的任意流動，質(zhì)點的流在管內(nèi)的

30、橫向上做不規(guī)則的任意流動，質(zhì)點的流動軌跡成紊亂狀態(tài)，如圖動軌跡成紊亂狀態(tài)，如圖15b所示。所示。注塑模具設(shè)計基礎(chǔ)知識1.3.1 牛頓流體與非牛頓流體牛頓流體與非牛頓流體n英國物理學(xué)家雷諾提出的流體的流動狀態(tài)轉(zhuǎn)變英國物理學(xué)家雷諾提出的流體的流動狀態(tài)轉(zhuǎn)變(由層流變?yōu)橥牧饔蓪恿髯優(yōu)橥牧?條件為條件為n (11)n式中式中 Re雷諾數(shù)；雷諾數(shù)；nd管道直徑；管道直徑；n流體密度；流體密度；nv 流體速度；流體速度；n流體動力粘度；流體動力粘度；nRec臨界雷諾數(shù)。臨界雷諾數(shù)。 cdvRe/Re注塑模具設(shè)計基礎(chǔ)知識1.3.1 牛頓流體與非牛頓流體牛頓流體與非牛頓流體n其中臨界雷諾數(shù)其中臨界雷諾數(shù)Rec的

31、大小與流道的斷面形狀的大小與流道的斷面形狀和流道壁的表面粗糙度有關(guān)系，對于光滑的圓和流道壁的表面粗糙度有關(guān)系，對于光滑的圓管，管，Re=20002300，故只有當(dāng)只，故只有當(dāng)只Re的值的值大于大于20002300時，流體流動的狀態(tài)才能轉(zhuǎn)時，流體流動的狀態(tài)才能轉(zhuǎn)變?yōu)橥牧鳌Ｗ優(yōu)橥牧?。n大多數(shù)聚合物熔體的粘度都很高，成型時的流大多數(shù)聚合物熔體的粘度都很高，成型時的流速不大，流體流動的速不大，流體流動的Re值遠(yuǎn)小于值遠(yuǎn)小于Re一般為一般為10左右，因此，通?？蓪⒕酆衔锶垠w的流動視為左右，因此，通?？蓪⒕酆衔锶垠w的流動視為層流狀態(tài)來進(jìn)行研究。層流狀態(tài)來進(jìn)行研究。注塑模具設(shè)計基礎(chǔ)知識1.3.1 牛頓流體與

32、非牛頓流體牛頓流體與非牛頓流體n牛頓流體是指當(dāng)流體以切變方式流動時，其切牛頓流體是指當(dāng)流體以切變方式流動時，其切應(yīng)力與剪切速率間存在線性關(guān)系應(yīng)力與剪切速率間存在線性關(guān)系.牛頓流體的牛頓流體的流變方程式為：流變方程式為：n式中式中切應(yīng)力，切應(yīng)力，Pa；n比例常數(shù)比例常數(shù)(粘度粘度)，也稱為牛頓粘度，其大小反，也稱為牛頓粘度，其大小反映了牛頓流體抵抗外力引起流動變形的能力，映了牛頓流體抵抗外力引起流動變形的能力，Pas；n單位時間內(nèi)流體產(chǎn)生的切應(yīng)變，一般稱為單位時間內(nèi)流體產(chǎn)生的切應(yīng)變，一般稱為剪切速率，剪切速率，s-1。注塑模具設(shè)計基礎(chǔ)知識1.3.1 牛頓流體與非牛頓流體牛頓流體與非牛頓流體n由于

33、大分子的長鏈結(jié)構(gòu)和纏結(jié)，聚合物熔體的由于大分子的長鏈結(jié)構(gòu)和纏結(jié)，聚合物熔體的流動行為遠(yuǎn)比低分子液體復(fù)雜。在廣闊的剪切流動行為遠(yuǎn)比低分子液體復(fù)雜。在廣闊的剪切速率范圍內(nèi)，這類液體流動時，切應(yīng)力和剪切速率范圍內(nèi)，這類液體流動時，切應(yīng)力和剪切速率不再成正比關(guān)系，熔體的粘度也不在是一速率不再成正比關(guān)系，熔體的粘度也不在是一個常數(shù)，因而聚合物熔體的流變行為不服從牛個常數(shù)，因而聚合物熔體的流變行為不服從牛頓流動規(guī)律。頓流動規(guī)律。n通常把不服從牛頓流動規(guī)律的流動稱為非牛頓通常把不服從牛頓流動規(guī)律的流動稱為非牛頓型流動，具有這種流動行為的液體稱為非牛頓型流動，具有這種流動行為的液體稱為非牛頓流體，在注射成型，

34、其他絕大多數(shù)的聚合物熔流體，在注射成型，其他絕大多數(shù)的聚合物熔體都表現(xiàn)為非牛頓流體，其表達(dá)式為體都表現(xiàn)為非牛頓流體，其表達(dá)式為注塑模具設(shè)計基礎(chǔ)知識n式中式中 K與聚合物和溫度有關(guān)的常數(shù)，可以與聚合物和溫度有關(guān)的常數(shù)，可以反映聚合物熔體的粘稠性，稱為粘度系數(shù)；反映聚合物熔體的粘稠性，稱為粘度系數(shù)；nn與聚合物和溫度有關(guān)的常數(shù)，可以反映與聚合物和溫度有關(guān)的常數(shù)，可以反映聚合物熔體偏離牛頓流體性質(zhì)的程度，稱為非聚合物熔體偏離牛頓流體性質(zhì)的程度，稱為非牛頓指數(shù)。牛頓指數(shù)。n上式也可改寫為上式也可改寫為n式中式中 a非牛頓流體的表觀粘度。非牛頓流體的表觀粘度。注塑模具設(shè)計基礎(chǔ)知識1.3.1 牛頓流體與非

35、牛頓流體牛頓流體與非牛頓流體n就表觀粘度的力學(xué)性質(zhì)而言，它與牛頓粘度相同。但是，表就表觀粘度的力學(xué)性質(zhì)而言，它與牛頓粘度相同。但是，表觀粘度表征的是，服從指數(shù)流動規(guī)律的非牛頓流體在外力的觀粘度表征的是，服從指數(shù)流動規(guī)律的非牛頓流體在外力的作用下抵抗剪切變形的能力。由于非牛頓流體的流動規(guī)律比作用下抵抗剪切變形的能力。由于非牛頓流體的流動規(guī)律比較復(fù)雜，表觀粘度除與流體本身以及溫度有關(guān)以外，還受到較復(fù)雜，表觀粘度除與流體本身以及溫度有關(guān)以外，還受到剪切速率的影響，這就意味著外力的大小及其作用時間也能剪切速率的影響，這就意味著外力的大小及其作用時間也能夠改變流體的粘稠性。夠改變流體的粘稠性。n式式(1

36、3)中的中的K值及值及n值均可由實驗測定。之所以說值均可由實驗測定。之所以說n的大小的大小反映了聚合物熔體偏離牛頓性質(zhì)的程度，是因為當(dāng)反映了聚合物熔體偏離牛頓性質(zhì)的程度，是因為當(dāng)n=1時，時，a=K=，這時非牛頓流體就轉(zhuǎn)變?yōu)榱伺ｎD流體。當(dāng)，這時非牛頓流體就轉(zhuǎn)變?yōu)榱伺ｎD流體。當(dāng)n1時，時，絕對值絕對值?1-n?越大，流體的流動性越強，剪切速率對表觀粘越大，流體的流動性越強，剪切速率對表觀粘度度a的影響也越大。當(dāng)其他條件一定時，的影響也越大。當(dāng)其他條件一定時，K值的大小反映了值的大小反映了流體粘稠性的程度。流體粘稠性的程度。 注塑模具設(shè)計基礎(chǔ)知識1.3.2 假塑性液體的流變學(xué)性質(zhì)及其影響因素假塑性

37、液體的流變學(xué)性質(zhì)及其影響因素 n1假塑性液體的流變學(xué)性質(zhì)n非牛頓流體也稱為粘性液體，當(dāng)式(13)中的n1時，這種粘性液體稱為假塑性液體。大多數(shù)注射成型用的聚合物熔體都具有近似假塑性液體的流變學(xué)性質(zhì)。假塑性液體的非牛頓指數(shù)n通常為025067，當(dāng)剪切速率較大時n值可降至020。假塑性液體的剪切速率與切應(yīng)力及表觀粘度的關(guān)系如圖16所示。圖16a為切應(yīng)力與剪切速率的關(guān)系；圖16b為表觀粘度a與剪切速率的關(guān)系。由圖可以看出，聚合物熔體粘度對剪切速率具有依賴性，且剪切速率的增大可導(dǎo)致熔體粘度的降低剪切速率的增大可導(dǎo)致熔體粘度的降低。 注塑模具設(shè)計基礎(chǔ)知識1假塑性液體的流變學(xué)性質(zhì)n一般來說，對于假塑性流體

38、而言，當(dāng)流體處于一般來說，對于假塑性流體而言，當(dāng)流體處于中等剪切速率區(qū)域時，流體變形和流動所需的中等剪切速率區(qū)域時，流體變形和流動所需的切應(yīng)力隨剪切速率而變化，并呈指數(shù)規(guī)律增大；切應(yīng)力隨剪切速率而變化，并呈指數(shù)規(guī)律增大；流體的表觀粘度也隨剪切速率而變化，呈指數(shù)流體的表觀粘度也隨剪切速率而變化，呈指數(shù)規(guī)律減小。這種現(xiàn)象稱為假塑性液體的規(guī)律減小。這種現(xiàn)象稱為假塑性液體的“剪切剪切稀化稀化”。n注射成型中，多數(shù)聚合物的表觀粘度對熔體內(nèi)注射成型中，多數(shù)聚合物的表觀粘度對熔體內(nèi)部的剪切速率具有敏感性，對于這些聚合物，部的剪切速率具有敏感性，對于這些聚合物，可以通過調(diào)整剪切速率來控制聚合物的熔體粘可以通過

39、調(diào)整剪切速率來控制聚合物的熔體粘度。度。注塑模具設(shè)計基礎(chǔ)知識2影響假塑性液體流變性的主要因素影響假塑性液體流變性的主要因素 (1)聚合物本身的影響聚合物本身的影響 n 聚合物的相對分子質(zhì)量較大時，大聚合物的相對分子質(zhì)量較大時，大分子鏈加長，分子鏈的重心移動變慢，分子鏈加長，分子鏈的重心移動變慢，鏈的纏結(jié)點增多，解纏、伸長和滑移變鏈的纏結(jié)點增多，解纏、伸長和滑移變得困難，因而宏觀上表現(xiàn)為熔體的表觀得困難，因而宏觀上表現(xiàn)為熔體的表觀粘度加大。粘度加大。注塑模具設(shè)計基礎(chǔ)知識2影響假塑性液體流變性的主要因素影響假塑性液體流變性的主要因素(2)聚合物中添加劑的影響聚合物中添加劑的影響 注射成型用的聚合物

40、中一般都要加入少量注射成型用的聚合物中一般都要加入少量的添加劑，以提高其實用性能。這些添加劑主的添加劑，以提高其實用性能。這些添加劑主要有著色劑、潤滑劑、稀釋劑、增塑劑、穩(wěn)定要有著色劑、潤滑劑、稀釋劑、增塑劑、穩(wěn)定劑、抗靜電劑、填料等。雖然添加劑在聚合物劑、抗靜電劑、填料等。雖然添加劑在聚合物中所占的比例不大，但當(dāng)聚合物中加入這些添中所占的比例不大，但當(dāng)聚合物中加入這些添加劑后，聚合物大分子間的作用力會發(fā)生很大加劑后，聚合物大分子間的作用力會發(fā)生很大變化，熔體的粘度也會隨之改變。例如，增塑變化，熔體的粘度也會隨之改變。例如，增塑劑的加入會使熔體粘度降低，從而提高熔體的劑的加入會使熔體粘度降低，

41、從而提高熔體的流動性。流動性。注塑模具設(shè)計基礎(chǔ)知識2影響假塑性液體流變性的主要因素影響假塑性液體流變性的主要因素(3)溫度對聚合物熔體粘度的影響溫度對聚合物熔體粘度的影響 在聚合物注射成型過程中，溫度對熔體粘在聚合物注射成型過程中，溫度對熔體粘度的影響與剪切速率同等重要。一般而言，溫度的影響與剪切速率同等重要。一般而言，溫度升高，大分子間的自由空間隨之增大，分子度升高，大分子間的自由空間隨之增大，分子間作用力減小，分子運動變得容易，從而有利間作用力減小，分子運動變得容易，從而有利于大分子的流動與變形，宏觀上表現(xiàn)為聚合物于大分子的流動與變形，宏觀上表現(xiàn)為聚合物熔體的表觀粘度下降，故在注塑成型過程

42、中常熔體的表觀粘度下降，故在注塑成型過程中常常利用提高溫度來降低粘度，提高流動性。常利用提高溫度來降低粘度，提高流動性。注塑模具設(shè)計基礎(chǔ)知識14 聚合物成型過程中的物理化學(xué)變化聚合物成型過程中的物理化學(xué)變化n在塑料的成型加工過程中，聚合物會發(fā)生物理在塑料的成型加工過程中，聚合物會發(fā)生物理和化學(xué)變化，聚合物可能產(chǎn)生結(jié)晶和取向等物和化學(xué)變化，聚合物可能產(chǎn)生結(jié)晶和取向等物理變化，還可能在聚合物內(nèi)部產(chǎn)生化學(xué)交聯(lián)和理變化，還可能在聚合物內(nèi)部產(chǎn)生化學(xué)交聯(lián)和降解等化學(xué)變化，這些物理化學(xué)變化對成型制降解等化學(xué)變化，這些物理化學(xué)變化對成型制件的性能和質(zhì)量有很大的影響件的性能和質(zhì)量有很大的影響.n因此很有必要對聚

43、合物的物理化學(xué)變化進(jìn)行深因此很有必要對聚合物的物理化學(xué)變化進(jìn)行深入研究，以便更好地控制、調(diào)整工藝參數(shù)，獲入研究，以便更好地控制、調(diào)整工藝參數(shù)，獲得高質(zhì)量、高性能的滿意產(chǎn)品。得高質(zhì)量、高性能的滿意產(chǎn)品。注塑模具設(shè)計基礎(chǔ)知識141 聚合物在成型過程中的物理變化聚合物在成型過程中的物理變化n聚合物在成型過程中發(fā)生的物理變化主聚合物在成型過程中發(fā)生的物理變化主要是結(jié)晶和取向，處理不好結(jié)晶和取向要是結(jié)晶和取向，處理不好結(jié)晶和取向這兩個問題，制件的質(zhì)量將會受到很大這兩個問題，制件的質(zhì)量將會受到很大影響。因此，生產(chǎn)中對結(jié)晶和取向的問影響。因此，生產(chǎn)中對結(jié)晶和取向的問題很重視。題很重視。注塑模具設(shè)計基礎(chǔ)知識1

44、聚合物的結(jié)晶聚合物的結(jié)晶n固體聚合物可劃分為結(jié)晶態(tài)聚合物和非晶態(tài)聚合固體聚合物可劃分為結(jié)晶態(tài)聚合物和非晶態(tài)聚合物，其中非晶態(tài)聚合物又稱為無定形聚合物。物，其中非晶態(tài)聚合物又稱為無定形聚合物。n結(jié)晶態(tài)聚合物是指，在高聚物微觀結(jié)構(gòu)中存在一結(jié)晶態(tài)聚合物是指，在高聚物微觀結(jié)構(gòu)中存在一些具有穩(wěn)定規(guī)整排列的分子的區(qū)域，這些分子有些具有穩(wěn)定規(guī)整排列的分子的區(qū)域，這些分子有規(guī)則緊密排列的區(qū)域稱為結(jié)晶區(qū)。存在結(jié)晶區(qū)的規(guī)則緊密排列的區(qū)域稱為結(jié)晶區(qū)。存在結(jié)晶區(qū)的高聚物稱為結(jié)晶態(tài)高聚物。高聚物稱為結(jié)晶態(tài)高聚物。n非晶態(tài)高聚物的本體中，分子鏈的構(gòu)象呈現(xiàn)無規(guī)非晶態(tài)高聚物的本體中，分子鏈的構(gòu)象呈現(xiàn)無規(guī)則線團(tuán)狀，線團(tuán)分子之間

45、是無規(guī)則纏結(jié)的。則線團(tuán)狀，線團(tuán)分子之間是無規(guī)則纏結(jié)的。注塑模具設(shè)計基礎(chǔ)知識1聚合物的結(jié)晶聚合物的結(jié)晶n一般來說，高聚物的結(jié)晶總是從非晶態(tài)熔體中形成的，結(jié)一般來說，高聚物的結(jié)晶總是從非晶態(tài)熔體中形成的，結(jié)晶態(tài)高聚物中實際上仍包含著非晶區(qū)，其結(jié)晶的程度可用晶態(tài)高聚物中實際上仍包含著非晶區(qū)，其結(jié)晶的程度可用結(jié)晶度來衡量。結(jié)晶度是指聚合物中的結(jié)晶區(qū)在聚合物中結(jié)晶度來衡量。結(jié)晶度是指聚合物中的結(jié)晶區(qū)在聚合物中所占的重量百分?jǐn)?shù)。所占的重量百分?jǐn)?shù)。n通常，分子結(jié)構(gòu)簡單、對稱性高的聚合物以及分子間作用通常，分子結(jié)構(gòu)簡單、對稱性高的聚合物以及分子間作用力較大的聚合物等從高溫向低溫轉(zhuǎn)變時都能結(jié)晶。例如聚力較大的聚

46、合物等從高溫向低溫轉(zhuǎn)變時都能結(jié)晶。例如聚乙烯乙烯(PE)的分子結(jié)構(gòu)簡單，對稱性好，故當(dāng)溫度由高到低的分子結(jié)構(gòu)簡單，對稱性好，故當(dāng)溫度由高到低轉(zhuǎn)變時易發(fā)生結(jié)晶。轉(zhuǎn)變時易發(fā)生結(jié)晶。n高聚物的結(jié)晶與低分子結(jié)晶區(qū)別很大，晶態(tài)高聚物的晶體高聚物的結(jié)晶與低分子結(jié)晶區(qū)別很大，晶態(tài)高聚物的晶體結(jié)晶不完全，而且晶體也不及小分子晶體整齊，結(jié)晶速度結(jié)晶不完全，而且晶體也不及小分子晶體整齊，結(jié)晶速度慢，且沒有明顯的熔點，而是一個熔融的溫度范圍，通常慢，且沒有明顯的熔點，而是一個熔融的溫度范圍，通常稱為熔限。聚合物的結(jié)晶有很多不同的形態(tài)，但以球晶形稱為熔限。聚合物的結(jié)晶有很多不同的形態(tài)，但以球晶形態(tài)居多。態(tài)居多。注塑模

47、具設(shè)計基礎(chǔ)知識1聚合物的結(jié)晶聚合物的結(jié)晶n聚合物一旦發(fā)生結(jié)晶，則其性能也將隨之產(chǎn)生相聚合物一旦發(fā)生結(jié)晶，則其性能也將隨之產(chǎn)生相應(yīng)變化。應(yīng)變化。n結(jié)晶可導(dǎo)致聚合物的密度增加，這是因為結(jié)晶使結(jié)晶可導(dǎo)致聚合物的密度增加，這是因為結(jié)晶使得聚合物本體的微觀結(jié)構(gòu)變得規(guī)整而緊密的緣故。得聚合物本體的微觀結(jié)構(gòu)變得規(guī)整而緊密的緣故。n這種由結(jié)晶而導(dǎo)致的規(guī)整而緊密的微觀結(jié)構(gòu)還可這種由結(jié)晶而導(dǎo)致的規(guī)整而緊密的微觀結(jié)構(gòu)還可使聚合物的拉伸強度增大，沖擊強度降低使聚合物的拉伸強度增大，沖擊強度降低.n同時，結(jié)晶還有助于提高聚合物的軟化溫度和熱同時，結(jié)晶還有助于提高聚合物的軟化溫度和熱變形溫度變形溫度.n表面光潔度增大。表

48、面光潔度增大。n塑件的透明度降低甚至喪失。塑件的透明度降低甚至喪失。注塑模具設(shè)計基礎(chǔ)知識2聚合物的取向現(xiàn)象聚合物的取向現(xiàn)象n當(dāng)線型高分子受到外力而充分伸展的時候，其當(dāng)線型高分子受到外力而充分伸展的時候，其長度遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過其寬度，這種結(jié)構(gòu)上的不對稱性，長度遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過其寬度，這種結(jié)構(gòu)上的不對稱性，使它們在某些情況下很容易沿某特定方向做占使它們在某些情況下很容易沿某特定方向做占優(yōu)勢的平行排列，這種現(xiàn)象稱為取向。優(yōu)勢的平行排列，這種現(xiàn)象稱為取向。n宏觀上取向一般分為拉伸取向和流動取向兩種宏觀上取向一般分為拉伸取向和流動取向兩種類型。拉伸取向是由拉應(yīng)力引起的，取向方位類型。拉伸取向是由拉應(yīng)力引起的，取向方位與

49、應(yīng)力作用方向一致；而流動取向是在切應(yīng)力與應(yīng)力作用方向一致；而流動取向是在切應(yīng)力作用下沿著熔體流動方向形成的。作用下沿著熔體流動方向形成的。注塑模具設(shè)計基礎(chǔ)知識2聚合物的取向現(xiàn)象聚合物的取向現(xiàn)象n高聚物的取向現(xiàn)象從微觀上來看，主要高聚物的取向現(xiàn)象從微觀上來看，主要是高聚物分子的分子鏈、鏈段及結(jié)晶高是高聚物分子的分子鏈、鏈段及結(jié)晶高聚物的晶片、晶帶沿特定方向的擇優(yōu)排聚物的晶片、晶帶沿特定方向的擇優(yōu)排列。取向的高聚物分子的鏈段在某些方列。取向的高聚物分子的鏈段在某些方向上是擇優(yōu)取向的；因此材料性質(zhì)呈現(xiàn)向上是擇優(yōu)取向的；因此材料性質(zhì)呈現(xiàn)出各向異性。出各向異性。注塑模具設(shè)計基礎(chǔ)知識2聚合物的取向現(xiàn)象聚合

50、物的取向現(xiàn)象n聚合物取向的結(jié)果是導(dǎo)致高分子材料的聚合物取向的結(jié)果是導(dǎo)致高分子材料的力學(xué)性質(zhì)、光學(xué)性質(zhì)以及熱性能等方面力學(xué)性質(zhì)、光學(xué)性質(zhì)以及熱性能等方面發(fā)生了顯著的變化。力學(xué)性能中，抗拉發(fā)生了顯著的變化。力學(xué)性能中，抗拉強度和疲勞強度在取向方向上顯著增加，強度和疲勞強度在取向方向上顯著增加，而與取向方向相垂直的方向上則顯著降而與取向方向相垂直的方向上則顯著降低，同時，沖擊強度、斷裂伸長率等也低，同時，沖擊強度、斷裂伸長率等也發(fā)生相應(yīng)的變化，聚合物的光學(xué)性質(zhì)也發(fā)生相應(yīng)的變化，聚合物的光學(xué)性質(zhì)也將呈現(xiàn)各向異性。將呈現(xiàn)各向異性。 注塑模具設(shè)計基礎(chǔ)知識1.4.2 聚合物在成型過程中的化學(xué)變化聚合物在成型

51、過程中的化學(xué)變化n降解和交聯(lián)是聚合物成型過程中發(fā)生的降解和交聯(lián)是聚合物成型過程中發(fā)生的主要化學(xué)反應(yīng)，它們對制件的質(zhì)量有很主要化學(xué)反應(yīng)，它們對制件的質(zhì)量有很大的影響。大的影響。注塑模具設(shè)計基礎(chǔ)知識1聚合物的降解聚合物的降解n降解是指聚合物在某些特定條件下發(fā)生的大分子鏈斷裂、側(cè)基的改變、分降解是指聚合物在某些特定條件下發(fā)生的大分子鏈斷裂、側(cè)基的改變、分子鏈結(jié)構(gòu)的改變及相對分子質(zhì)量降低等高聚物微觀分子結(jié)構(gòu)的化學(xué)變化。子鏈結(jié)構(gòu)的改變及相對分子質(zhì)量降低等高聚物微觀分子結(jié)構(gòu)的化學(xué)變化。n導(dǎo)致這些變化的條件有：高聚物受熱、受力、氧化，或水、光及核輻射等導(dǎo)致這些變化的條件有：高聚物受熱、受力、氧化，或水、光及

52、核輻射等的作用的作用.n按照聚合物產(chǎn)生降解的不同條件可把降解分為很多種，主要有熱降解、水按照聚合物產(chǎn)生降解的不同條件可把降解分為很多種，主要有熱降解、水降解、氧化降解、應(yīng)力降解等。降解、氧化降解、應(yīng)力降解等。n熱降解主要是由于高聚物長時間高溫受熱時引起的降解；熱降解主要是由于高聚物長時間高溫受熱時引起的降解；n水降解是指當(dāng)聚合物分子中含有容易被水解的化學(xué)基團(tuán)時，高聚物就可能水降解是指當(dāng)聚合物分子中含有容易被水解的化學(xué)基團(tuán)時，高聚物就可能在成型加工過程中遇到水分而被分解，這種成型生產(chǎn)中出現(xiàn)的現(xiàn)象稱為水在成型加工過程中遇到水分而被分解，這種成型生產(chǎn)中出現(xiàn)的現(xiàn)象稱為水降解；降解；n而當(dāng)高聚物與空氣中的氧接觸后導(dǎo)致的降解現(xiàn)象稱為氧化降解；而當(dāng)高聚物與空氣中的氧接觸后導(dǎo)致的降解現(xiàn)象稱為氧化降解；n應(yīng)力降解是指聚合物受到外力時導(dǎo)致微觀分子結(jié)構(gòu)發(fā)生化學(xué)變化，同時還應(yīng)力降解是指聚合物受到外力時導(dǎo)致微觀分子結(jié)構(gòu)發(fā)生化學(xué)變化，同時還會導(dǎo)致聚合物相對分子質(zhì)量降低的現(xiàn)象。會導(dǎo)致聚合物相對分子質(zhì)量降低的現(xiàn)象。注塑模具設(shè)計基礎(chǔ)知識1聚合物的降解聚合物的降解n在成型過程中時，聚合物發(fā)生降解是難以避免的，這是因為聚合物中如果存在某些雜質(zhì)(如引發(fā)劑、催化劑以及酸、堿等)，或是在貯運過程中吸水或混入某些機械雜質(zhì)等都會