第1章塑料成型基礎(chǔ)知識

1、南昌大學(xué)科學(xué)技術(shù)學(xué)院理工部南昌大學(xué)科學(xué)技術(shù)學(xué)院理工部主講人：主講人： 羅華云羅華云第第1 1章章 塑料成型基礎(chǔ)知識塑料成型基礎(chǔ)知識 塑料成型塑料成型: :是將塑料材料轉(zhuǎn)變成塑件的生產(chǎn)工藝過程。要實現(xiàn)這是將塑料材料轉(zhuǎn)變成塑件的生產(chǎn)工藝過程。要實現(xiàn)這種轉(zhuǎn)變，就要研究在轉(zhuǎn)變過程中塑料的各種性質(zhì)和行為與各種種轉(zhuǎn)變，就要研究在轉(zhuǎn)變過程中塑料的各種性質(zhì)和行為與各種因素之間的關(guān)系，從而可以采用合理的工藝以獲得質(zhì)量良好的因素之間的關(guān)系，從而可以采用合理的工藝以獲得質(zhì)量良好的塑料制件。塑料制件。 1.1 1.1 聚合物的結(jié)構(gòu)和性能聚合物的結(jié)構(gòu)和性能 1.2 1.2 聚合物的流變性質(zhì)聚合物的流變性質(zhì) 1.3 1.

2、3 聚合物成型過程中的物理行為聚合物成型過程中的物理行為1.4 1.4 聚合物成型過程中的化學(xué)行為聚合物成型過程中的化學(xué)行為1.5 1.5 塑料組成、分類與用途塑料組成、分類與用途1.6 1.6 塑料成型工藝性能塑料成型工藝性能 塑料的概念塑料的概念 塑料中的必要和主要成分是樹脂。樹脂分為塑料中的必要和主要成分是樹脂。樹脂分為天然樹脂天然樹脂和和合成樹脂合成樹脂。合成樹脂合成樹脂是由一種或幾種簡單低分子化合物通過聚合反應(yīng)而生成的一種高分子化合物是由一種或幾種簡單低分子化合物通過聚合反應(yīng)而生成的一種高分子化合物 ，所以又叫聚合物或稱高聚物。所以又叫聚合物或稱高聚物。 塑料是以高分子聚合物為主要成

3、分，加入一定量添加劑而組成的一種混合物。塑料是以高分子聚合物為主要成分，加入一定量添加劑而組成的一種混合物。 1.1 1.1 聚合物的結(jié)構(gòu)和性能聚合物的結(jié)構(gòu)和性能 將低分子化合物將低分子化合物單體單體轉(zhuǎn)變成轉(zhuǎn)變成高分子物質(zhì)高分子物質(zhì)的過程叫做聚合反的過程叫做聚合反應(yīng)，單體經(jīng)過這種化學(xué)反應(yīng)之后，其原子便以共價鍵的方式應(yīng)，單體經(jīng)過這種化學(xué)反應(yīng)之后，其原子便以共價鍵的方式相結(jié)合，形成高分子結(jié)構(gòu)。相結(jié)合，形成高分子結(jié)構(gòu)。如乙烯經(jīng)聚合成為聚乙烯如乙烯經(jīng)聚合成為聚乙烯1.1.1 1.1.1 聚合物高分子的形成聚合物高分子的形成這種高分子又稱為這種高分子又稱為分子鏈分子鏈單體單體又稱為鏈節(jié)又稱為鏈節(jié)構(gòu)成大分

4、子的單體數(shù)又稱為構(gòu)成大分子的單體數(shù)又稱為鏈節(jié)數(shù)或聚合度鏈節(jié)數(shù)或聚合度 （1）原子數(shù)量多）原子數(shù)量多 一個高分子中含有幾千個、幾萬個、甚至一個高分子中含有幾千個、幾萬個、甚至幾百萬個原子。幾百萬個原子。（2）相對分子質(zhì)量大）相對分子質(zhì)量大 高分子化合物的分子量一般可自幾萬高分子化合物的分子量一般可自幾萬至幾十萬、幾百萬甚至上千萬。例如尼龍分子的分子量為二萬至幾十萬、幾百萬甚至上千萬。例如尼龍分子的分子量為二萬三千左右，天然橡膠的為四十萬。三千左右，天然橡膠的為四十萬。（3）分子長度相對于低分子長）分子長度相對于低分子長 例如低分子乙烯的長度約為例如低分子乙烯的長度約為0.0005m，而高分子聚乙

5、烯的長度則為，而高分子聚乙烯的長度則為6.8m，是前者的，是前者的13600倍。倍。聚合物高分子的特點聚合物高分子的特點 1.1.聚合物的長鏈結(jié)構(gòu)聚合物的長鏈結(jié)構(gòu) （決定聚合物的基本性質(zhì)）（決定聚合物的基本性質(zhì)） 聚合物高分子呈鏈狀結(jié)構(gòu)，其鏈狀結(jié)構(gòu)有以下三種類型：聚合物高分子呈鏈狀結(jié)構(gòu)，其鏈狀結(jié)構(gòu)有以下三種類型：a)a)線型高分子線型高分子：像一根長長的鏈條，主鏈上無分枝，又稱為熱：像一根長長的鏈條，主鏈上無分枝，又稱為熱塑性聚合物?？梢远啻畏磸?fù)加熱而仍具有可塑性的樹脂?？伤苄跃酆衔?。可以多次反復(fù)加熱而仍具有可塑性的樹脂。可循環(huán)利用。循環(huán)利用。 （PEPE、PPPP、PVCPVC、PSPS、A

6、BSABS、PMMAPMMA、PAPA、 POMPOM、PCPC等）等）b)b)帶支鏈的線型高分子：帶支鏈的線型高分子：具有線型主鏈，主鏈上具有線型主鏈，主鏈上帶有一些支鏈；可反復(fù)帶有一些支鏈；可反復(fù)加熱和冷卻，可循環(huán)加熱和冷卻，可循環(huán)利用。利用。1.1.2 1.1.2 聚合物高分子的結(jié)構(gòu)聚合物高分子的結(jié)構(gòu)a) 線型高分子線型高分子b) 帶有支鏈的線型高分子帶有支鏈的線型高分子 c) 體型高分子：體型高分子：這種聚合物這種聚合物成型前也是線型結(jié)構(gòu)成型前也是線型結(jié)構(gòu)，受熱熔化，受熱熔化，溶劑中溶解；如果在聚合物中溶劑中溶解；如果在聚合物中加入交聯(lián)劑加入交聯(lián)劑，多個聚合物的支，多個聚合物的支鏈間便

7、產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)，彼此相互連接，鏈間便產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)，彼此相互連接，形成一種體型結(jié)構(gòu)形成一種體型結(jié)構(gòu)，或網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)。又稱為或網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)。又稱為熱固性聚合物熱固性聚合物。這種聚合物在化學(xué)（交。這種聚合物在化學(xué)（交聯(lián)）反應(yīng)后便形成一種硬的固體，一般有較高的耐熱性和受聯(lián)）反應(yīng)后便形成一種硬的固體，一般有較高的耐熱性和受壓不變形，再高溫加熱也不軟化直至分解壓不變形，再高溫加熱也不軟化直至分解 為止。如一旦毀壞，便不能再回收利用。為止。如一旦毀壞，便不能再回收利用。 （酚醛塑料、氨基塑料、環(huán)氧塑料、（酚醛塑料、氨基塑料、環(huán)氧塑料、 聚鄰苯二甲酸、二烯丙酯、有機(jī)硅塑料、聚鄰苯二甲酸、二烯丙酯、有機(jī)硅塑料、 硅酮塑料

8、）硅酮塑料）c) 體型高分子體型高分子 2. 聚合物的聚集態(tài)結(jié)構(gòu)：聚合物的聚集態(tài)結(jié)構(gòu)： 指聚合物分子鏈之間的排列和堆砌指聚合物分子鏈之間的排列和堆砌結(jié)構(gòu)；結(jié)構(gòu)； 分三類：分三類：1.1.2 1.1.2 聚合物高分子的結(jié)構(gòu)聚合物高分子的結(jié)構(gòu)非晶態(tài)非晶態(tài)晶態(tài)晶態(tài)部分晶態(tài)部分晶態(tài) 2. 聚合物的聚集態(tài)結(jié)構(gòu)聚合物的聚集態(tài)結(jié)構(gòu) 指聚合物分子鏈之間的排列和堆砌結(jié)構(gòu)，指聚合物分子鏈之間的排列和堆砌結(jié)構(gòu)， 分三類：分三類：（聚集狀態(tài)有固（聚集狀態(tài)有固態(tài)、粘流態(tài)（液態(tài)）而無氣態(tài)，這里指的是固態(tài)的三種排列方式）態(tài)、粘流態(tài)（液態(tài)）而無氣態(tài)，這里指的是固態(tài)的三種排列方式）晶態(tài)：晶態(tài)：分子鏈在空間的規(guī)則排列；分子鏈間吸

9、引力大，分子鏈移分子鏈在空間的規(guī)則排列；分子鏈間吸引力大，分子鏈移動困難，因此，密度大，強(qiáng)度、硬度高，剛度好，熔點高，熱穩(wěn)動困難，因此，密度大，強(qiáng)度、硬度高，剛度好，熔點高，熱穩(wěn)定性好，化學(xué)穩(wěn)定性好，定性好，化學(xué)穩(wěn)定性好，非晶態(tài)：非晶態(tài)：分子鏈在空間的無規(guī)則排列；分子鏈間活動能力大，彈分子鏈在空間的無規(guī)則排列；分子鏈間活動能力大，彈性、伸長率及韌性好性、伸長率及韌性好部分晶態(tài)部分晶態(tài)：分子鏈在空間部分規(guī)則排列；介于晶態(tài)與非晶態(tài)之間：分子鏈在空間部分規(guī)則排列；介于晶態(tài)與非晶態(tài)之間結(jié)晶度：結(jié)晶度：表示聚合物的結(jié)晶程度，是指聚合物中結(jié)晶區(qū)所占的體表示聚合物的結(jié)晶程度，是指聚合物中結(jié)晶區(qū)所占的體積或質(zhì)

10、量的百分?jǐn)?shù)。聚合物的結(jié)晶度一般為積或質(zhì)量的百分?jǐn)?shù)。聚合物的結(jié)晶度一般為 30%90% ，特殊，特殊情況達(dá)情況達(dá) 98%隨結(jié)晶度提高其強(qiáng)度、剛度提高；塑性、韌性下降。隨結(jié)晶度提高其強(qiáng)度、剛度提高；塑性、韌性下降。1.1.2 1.1.2 聚合物高分子的結(jié)構(gòu)聚合物高分子的結(jié)構(gòu) 1.1.3 1.1.3 聚合物高分子的物理狀態(tài)、力學(xué)及加工適應(yīng)聚合物高分子的物理狀態(tài)、力學(xué)及加工適應(yīng)性性1.非結(jié)晶高聚物的溫度、力學(xué)狀態(tài)及成型加工的關(guān)系非結(jié)晶高聚物的溫度、力學(xué)狀態(tài)及成型加工的關(guān)系圖圖1-3 聚合物物理狀態(tài)與溫度的關(guān)系聚合物物理狀態(tài)與溫度的關(guān)系線型非結(jié)線型非結(jié)晶聚合物晶聚合物線型結(jié)晶線型結(jié)晶聚合物聚合物根據(jù)物理

11、狀態(tài)與溫度關(guān)系根據(jù)物理狀態(tài)與溫度關(guān)系分為：分為：玻璃態(tài)玻璃態(tài)高彈態(tài)高彈態(tài) 粘流態(tài)粘流態(tài) 1.1.3 1.1.3 聚合物高分子的物理狀態(tài)、力學(xué)及加工適應(yīng)聚合物高分子的物理狀態(tài)、力學(xué)及加工適應(yīng)性性1.非結(jié)晶高聚物的溫度、力學(xué)狀態(tài)及成型加工的關(guān)系非結(jié)晶高聚物的溫度、力學(xué)狀態(tài)及成型加工的關(guān)系玻璃態(tài)：玻璃態(tài)： 塑料處于溫度塑料處于溫度Tg 以下的狀態(tài)，為堅硬的固體，是大多以下的狀態(tài)，為堅硬的固體，是大多數(shù)塑件的使用狀態(tài)。數(shù)塑件的使用狀態(tài)。Tg 稱為玻璃化溫度，是多數(shù)塑料使用稱為玻璃化溫度，是多數(shù)塑料使用溫度的上限。（如有機(jī)玻璃）溫度的上限。（如有機(jī)玻璃）高彈態(tài)：高彈態(tài)： 塑料處于溫度塑料處于溫度Tg 和

12、和 Tf 之間的狀態(tài)，類似橡膠狀態(tài)的之間的狀態(tài)，類似橡膠狀態(tài)的彈性體，仍具有可逆的形變性質(zhì)。（如橡膠）彈性體，仍具有可逆的形變性質(zhì)。（如橡膠） 1.1.3 1.1.3 聚合物高分子的物理狀態(tài)、力學(xué)及加工適應(yīng)性聚合物高分子的物理狀態(tài)、力學(xué)及加工適應(yīng)性1.非結(jié)晶（無定型）高聚物的溫度、力學(xué)狀態(tài)及成型加工的關(guān)系非結(jié)晶（無定型）高聚物的溫度、力學(xué)狀態(tài)及成型加工的關(guān)系粘流態(tài)：粘流態(tài)： 當(dāng)塑料受熱溫度超過當(dāng)塑料受熱溫度超過Tf 時，由于分子鏈的整體運動，塑料時，由于分子鏈的整體運動，塑料開始有明顯的流動，塑料開始進(jìn)入粘流態(tài)變成粘流液體，通常我開始有明顯的流動，塑料開始進(jìn)入粘流態(tài)變成粘流液體，通常我們也稱之

13、為熔體。塑料在這種狀態(tài)下的變形不具可逆性質(zhì)，一經(jīng)們也稱之為熔體。塑料在這種狀態(tài)下的變形不具可逆性質(zhì)，一經(jīng)成型和冷卻后，其形狀永遠(yuǎn)保持下來。成型和冷卻后，其形狀永遠(yuǎn)保持下來。Tf 稱為粘流化溫度，是稱為粘流化溫度，是聚合物從高彈態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)檎沉鲬B(tài)（或粘流態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)楦邚棏B(tài)）的臨界聚合物從高彈態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)檎沉鲬B(tài)（或粘流態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)楦邚棏B(tài)）的臨界溫度。當(dāng)塑料繼續(xù)加熱，溫度至溫度。當(dāng)塑料繼續(xù)加熱，溫度至T d 時，聚合物開始分解變色，時，聚合物開始分解變色，Td 稱為熱分解溫度，是聚合物在高溫下開始分解的臨界溫度。稱為熱分解溫度，是聚合物在高溫下開始分解的臨界溫度。 1.非結(jié)晶高聚物的溫度、力學(xué)狀態(tài)及成型加工的關(guān)系非

14、結(jié)晶高聚物的溫度、力學(xué)狀態(tài)及成型加工的關(guān)系 2. 線性結(jié)晶聚合物的物理狀態(tài)、力學(xué)性能及加工狀態(tài)線性結(jié)晶聚合物的物理狀態(tài)、力學(xué)性能及加工狀態(tài)圖圖1-3 聚合物物理狀態(tài)與溫度的關(guān)系聚合物物理狀態(tài)與溫度的關(guān)系相對分子質(zhì)量相對分子質(zhì)量較低（較低（TmTf） 相對分子質(zhì)量相對分子質(zhì)量較高（較高（Tm40%40%， 熔點前曲線不出現(xiàn)轉(zhuǎn)折；無高彈態(tài)，熔化后直熔點前曲線不出現(xiàn)轉(zhuǎn)折；無高彈態(tài)，熔化后直接進(jìn)入粘流態(tài)接進(jìn)入粘流態(tài) 晶區(qū)熔化后是否直接進(jìn)入粘流態(tài)視相對分子質(zhì)量而定。晶區(qū)熔化后是否直接進(jìn)入粘流態(tài)視相對分子質(zhì)量而定。相對分子質(zhì)量較低（相對分子質(zhì)量較低（T Tm m T Tf f），晶區(qū)熔化后直接進(jìn)入粘流態(tài)。

15、），晶區(qū)熔化后直接進(jìn)入粘流態(tài)。相對分子質(zhì)量足夠大（相對分子質(zhì)量足夠大（T Tm m T Tf f），晶區(qū)熔化后出現(xiàn)轉(zhuǎn)折；出現(xiàn)高彈），晶區(qū)熔化后出現(xiàn)轉(zhuǎn)折；出現(xiàn)高彈態(tài)。溫度進(jìn)一步升高至態(tài)。溫度進(jìn)一步升高至T Tf f 才進(jìn)入粘流態(tài)。才進(jìn)入粘流態(tài)。 這樣需提高加工溫度；高溫下出現(xiàn)高彈態(tài)，給加工帶來困難。這樣需提高加工溫度；高溫下出現(xiàn)高彈態(tài)，給加工帶來困難。因此晶態(tài)聚合物相對分子質(zhì)量選得較低一些，以滿足力學(xué)性能因此晶態(tài)聚合物相對分子質(zhì)量選得較低一些，以滿足力學(xué)性能為宜。為宜。 晶態(tài)聚合物隨結(jié)晶度不同在此階段仍可產(chǎn)生一定變形，可進(jìn)行晶態(tài)聚合物隨結(jié)晶度不同在此階段仍可產(chǎn)生一定變形，可進(jìn)行薄膜、泠熱拉深成型

16、。薄膜、泠熱拉深成型。 2. 線性結(jié)晶聚合物的物理狀態(tài)、力學(xué)性能及加工狀態(tài)線性結(jié)晶聚合物的物理狀態(tài)、力學(xué)性能及加工狀態(tài)總之總之：Tg 材料玻璃化溫度，使用溫度上限，溫度越高，材料耐熱性材料玻璃化溫度，使用溫度上限，溫度越高，材料耐熱性 好，對環(huán)境溫度不敏感。好，對環(huán)境溫度不敏感。Tf 粘流態(tài)溫度，此溫度低有利熔融，粘流態(tài)溫度，此溫度低有利熔融，Tf（Tm）Td為成型加工溫度，溫度范圍越寬，成型加工越容為成型加工溫度，溫度范圍越寬，成型加工越容易易 1.成型過程中的應(yīng)力和應(yīng)變成型過程中的應(yīng)力和應(yīng)變 2.聚合物變形流動時的粘彈性質(zhì)聚合物變形流動時的粘彈性質(zhì) 3.塑料變形的滯后效應(yīng)與松弛塑料變形的滯

17、后效應(yīng)與松弛 流變學(xué)流變學(xué)研究物質(zhì)變形與流動的科學(xué)。研究物質(zhì)變形與流動的科學(xué)。 粘流態(tài)的聚合物在外力作用下，相互交纏卷曲的大分子鏈粘流態(tài)的聚合物在外力作用下，相互交纏卷曲的大分子鏈將會沿受力方向發(fā)生解纏，伸直以及相對滑移，從而表現(xiàn)出一將會沿受力方向發(fā)生解纏，伸直以及相對滑移，從而表現(xiàn)出一種變形量很大的宏觀流動。種變形量很大的宏觀流動。 聚合物的流變學(xué)聚合物的流變學(xué)主要研究聚合物在外力作用下產(chǎn)生的應(yīng)力、主要研究聚合物在外力作用下產(chǎn)生的應(yīng)力、應(yīng)變和應(yīng)變速率等力學(xué)現(xiàn)象與自身粘度之間的關(guān)系，以及影響應(yīng)變和應(yīng)變速率等力學(xué)現(xiàn)象與自身粘度之間的關(guān)系，以及影響這些關(guān)系的各種因素。這些關(guān)系的各種因素。如聚合物的

18、結(jié)構(gòu)、性能、溫度、作用力如聚合物的結(jié)構(gòu)、性能、溫度、作用力的大小和作用時間、方式等。的大小和作用時間、方式等。 1.2.1 1.2.1 聚合物的粘彈性質(zhì)聚合物的粘彈性質(zhì)1.2 1.2 聚合物的流變性質(zhì)聚合物的流變性質(zhì) 1.成型過程中的應(yīng)力和應(yīng)變成型過程中的應(yīng)力和應(yīng)變 塑料在成型過程中受到力的作用，往往會產(chǎn)生塑料在成型過程中受到力的作用，往往會產(chǎn)生切應(yīng)力和拉（壓）應(yīng)力切應(yīng)力和拉（壓）應(yīng)力，在應(yīng)，在應(yīng)力作用下會產(chǎn)生形狀和尺寸變化為力作用下會產(chǎn)生形狀和尺寸變化為應(yīng)變。切應(yīng)力使流體產(chǎn)生變形和流動應(yīng)變。切應(yīng)力使流體產(chǎn)生變形和流動應(yīng)應(yīng)變變2.2.聚合物變形流動時的粘彈性質(zhì)聚合物變形流動時的粘彈性質(zhì) 聚合物

19、在變形流動時既有粘性又有彈性的性質(zhì)稱為粘彈性質(zhì)聚合物在變形流動時既有粘性又有彈性的性質(zhì)稱為粘彈性質(zhì) 或粘彈性行為或粘彈性行為3.3.塑料變形的滯后效應(yīng)與松弛塑料變形的滯后效應(yīng)與松弛聚合物高彈變形和粘性變形都與時間有關(guān)，聚合物熔體從開始變形到變形與聚合物高彈變形和粘性變形都與時間有關(guān)，聚合物熔體從開始變形到變形與應(yīng)力相適應(yīng)的平衡狀態(tài)要經(jīng)過一個時間過程；這種變形對應(yīng)力的滯后響應(yīng)稱應(yīng)力相適應(yīng)的平衡狀態(tài)要經(jīng)過一個時間過程；這種變形對應(yīng)力的滯后響應(yīng)稱為為滯后效應(yīng)滯后效應(yīng)。而變形與應(yīng)力的適應(yīng)過程稱為。而變形與應(yīng)力的適應(yīng)過程稱為松弛。松弛。聚合物在壓力作用下快速泠卻時，變形量與壓力不適應(yīng)；塑件脫模后存在較聚

20、合物在壓力作用下快速泠卻時，變形量與壓力不適應(yīng)；塑件脫模后存在較大的殘余應(yīng)力，這種應(yīng)力隨時間而逐漸釋放；這種與松馳有關(guān)的現(xiàn)象稱為時大的殘余應(yīng)力，這種應(yīng)力隨時間而逐漸釋放；這種與松馳有關(guān)的現(xiàn)象稱為時效變形。為防止過大的時效變形，塑件脫模后常要進(jìn)行后處理如退火處理或效變形。為防止過大的時效變形，塑件脫模后常要進(jìn)行后處理如退火處理或調(diào)濕處理。調(diào)濕處理。1.2.1 1.2.1 聚合物的粘彈性質(zhì)聚合物的粘彈性質(zhì) 1. 牛頓型流體牛頓型流體 1.2.2 1.2.2 聚合物的流動規(guī)律聚合物的流動規(guī)律圖圖1-3 聚合物物理狀態(tài)與溫度的關(guān)系聚合物物理狀態(tài)與溫度的關(guān)系)/(drdv 1. 牛頓型流體牛頓型流體 1

21、.2.2 1.2.2 聚合物的流動規(guī)律聚合物的流動規(guī)律)/(drdv牛頓在研究液體流動時發(fā)現(xiàn)，溫度一定時，液體在流動時的切牛頓在研究液體流動時發(fā)現(xiàn)，溫度一定時，液體在流動時的切應(yīng)力和剪切速率之間存在著如下關(guān)系：應(yīng)力和剪切速率之間存在著如下關(guān)系： 式中式中 液層之間的單位距離內(nèi)的速度差，為速度梯度液層之間的單位距離內(nèi)的速度差，為速度梯度 單位時間內(nèi)的切應(yīng)變，稱為剪切速率。單位時間內(nèi)的切應(yīng)變，稱為剪切速率。 比例常數(shù)，稱為剪切粘度或牛頓粘度。比例常數(shù)，稱為剪切粘度或牛頓粘度。凡是液體層流時符合牛頓流動規(guī)律的通稱凡是液體層流時符合牛頓流動規(guī)律的通稱牛頓流體，牛頓流體，其特征為其特征為應(yīng)變隨應(yīng)力作用的

22、時間線性地增加，且粘度保持不變（定溫情應(yīng)變隨應(yīng)力作用的時間線性地增加，且粘度保持不變（定溫情況下）。況下）。 drdv/ 2. 非牛頓型流體非牛頓型流體指數(shù)流動規(guī)律和表觀粘度指數(shù)流動規(guī)律和表觀粘度 聚合物的流動行為遠(yuǎn)比低分子流體的復(fù)雜，絕大多數(shù)聚合物聚合物的流動行為遠(yuǎn)比低分子流體的復(fù)雜，絕大多數(shù)聚合物流體在塑料成型條件下的流動行為與牛頓流體不符。（流體在塑料成型條件下的流動行為與牛頓流體不符。（除聚碳酸除聚碳酸酯、聚酰胺、氯乙烯酯、聚酰胺、氯乙烯-偏二氯乙烯共聚物和聚對苯二甲酸乙二醇酯等少數(shù)幾種偏二氯乙烯共聚物和聚對苯二甲酸乙二醇酯等少數(shù)幾種外）外） 1. 指數(shù)流動規(guī)律指數(shù)流動規(guī)律高分子聚合物

23、由于大分子的長鏈結(jié)構(gòu)，相互纏結(jié)，它們高分子聚合物由于大分子的長鏈結(jié)構(gòu)，相互纏結(jié)，它們的流動規(guī)律不符合牛頓流動規(guī)律，在寬廣的剪切速率范圍內(nèi)，的流動規(guī)律不符合牛頓流動規(guī)律，在寬廣的剪切速率范圍內(nèi)，流動時切應(yīng)力和剪切速率不再成線性關(guān)系，流體的粘度也不再流動時切應(yīng)力和剪切速率不再成線性關(guān)系，流體的粘度也不再是一個常數(shù)。通常，將這種流體的流動稱為是一個常數(shù)。通常，將這種流體的流動稱為非牛頓流動，非牛頓流動，具有具有這種流動行為的流體稱為非牛頓流體。這種流動行為的流體稱為非牛頓流體。1.2.2 1.2.2 聚合物的流動規(guī)律聚合物的流動規(guī)律 2. 非牛頓型流體非牛頓型流體 1.2.2 1.2.2 聚合物的流

24、動規(guī)律聚合物的流動規(guī)律nndrdvKK稠度系數(shù)稠度系數(shù) 非牛頓指數(shù)非牛頓指數(shù) 1naKa非牛頓流體熔體的表觀黏度（或非牛頓黏度）非牛頓流體熔體的表觀黏度（或非牛頓黏度） （流變方程）（流變方程）（流動方程）（流動方程）就表觀粘度的力學(xué)性質(zhì)而言，它與牛頓粘度相同。但是，表觀粘度除與流體就表觀粘度的力學(xué)性質(zhì)而言，它與牛頓粘度相同。但是，表觀粘度除與流體本身的性質(zhì)以及溫度有關(guān)以外，還受剪切速率的影響，這就意味著外力的大本身的性質(zhì)以及溫度有關(guān)以外，還受剪切速率的影響，這就意味著外力的大小及其作用時間也能改變流體的粘稠性。小及其作用時間也能改變流體的粘稠性。 2. 非牛頓型流體非牛頓型流體在聚合物流變學(xué)

25、中凡是服從指數(shù)流動規(guī)律的流體稱為非牛頓流在聚合物流變學(xué)中凡是服從指數(shù)流動規(guī)律的流體稱為非牛頓流體或統(tǒng)稱粘性流體。體或統(tǒng)稱粘性流體。討論：討論： n1時，時， 意味著非牛頓流體變?yōu)榕ｎD流體，所以，意味著非牛頓流體變?yōu)榕ｎD流體，所以，n 值可以用來反值可以用來反映非牛頓流體偏離牛頓流體性質(zhì)的程度。映非牛頓流體偏離牛頓流體性質(zhì)的程度。 n1時時 ，絕對值，絕對值 1n 越大，流體的非牛頓性越強(qiáng)，剪切越大，流體的非牛頓性越強(qiáng)，剪切速率對表觀粘度的影響越強(qiáng)。速率對表觀粘度的影響越強(qiáng)。 n1時，稱為假塑性液體。時，稱為假塑性液體。在中等剪切速率區(qū)域，大多數(shù)聚合物熔在中等剪切速率區(qū)域，大多數(shù)聚合物熔體均有近

26、似假塑性液體流變學(xué)的性質(zhì)（在注射成型中，除了熱固性聚合物和體均有近似假塑性液體流變學(xué)的性質(zhì)（在注射成型中，除了熱固性聚合物和少數(shù)熱塑性聚合物外）少數(shù)熱塑性聚合物外）假塑性液體的流變學(xué)性質(zhì)為假塑性液體的流變學(xué)性質(zhì)為： 1）切應(yīng)力隨剪切速率呈指數(shù)規(guī)律增大；）切應(yīng)力隨剪切速率呈指數(shù)規(guī)律增大； 2）液體的表觀粘度隨剪切速率變化，呈指數(shù)規(guī)律減小。這種現(xiàn)象稱為假）液體的表觀粘度隨剪切速率變化，呈指數(shù)規(guī)律減小。這種現(xiàn)象稱為假塑塑性液體的性液體的“剪切稀化剪切稀化” 2. 非牛頓型流體非牛頓型流體 n1時時，稱為膨脹性液體。稱為膨脹性液體。（是一些固體含量較高的聚合物懸乳液是一些固體含量較高的聚合物懸乳液）n

27、ndrdvKKyn0, 10, 10n0, 10n0, 10n不同類型流體的表觀粘度和剪切速率的關(guān)系不同類型流體的表觀粘度和剪切速率的關(guān)系。 3. 影響高分子聚合物黏度的因素影響高分子聚合物黏度的因素（1）聚合物結(jié)構(gòu)和相對分子質(zhì)量對粘度的影響）聚合物結(jié)構(gòu)和相對分子質(zhì)量對粘度的影響 分子結(jié)構(gòu)分子結(jié)構(gòu)：影響較復(fù)雜，大分子鏈柔順性較大的聚合物，流動時的非牛頓影響較復(fù)雜，大分子鏈柔順性較大的聚合物，流動時的非牛頓性較強(qiáng)，熔體粘度及其對剪切速率的敏感性較強(qiáng)。對大分子鏈剛硬性高及分子性較強(qiáng)，熔體粘度及其對剪切速率的敏感性較強(qiáng)。對大分子鏈剛硬性高及分子間吸引大的聚合物，流動時的非牛頓性減弱，熔體粘度對溫度敏

28、感性增加。提間吸引大的聚合物，流動時的非牛頓性減弱，熔體粘度對溫度敏感性增加。提高溫度有利改善流動性。如高溫度有利改善流動性。如 PA 、PS 、PC等等 相對分子質(zhì)量相對分子質(zhì)量：相對分子質(zhì)量較大，滑移困難，粘度增加。需要較大的相對分子質(zhì)量較大，滑移困難，粘度增加。需要較大的剪切速率和剪切時間使粘度降低。剪切速率和剪切時間使粘度降低。 相對分子質(zhì)量分布相對分子質(zhì)量分布（聚合物內(nèi)大分子之間相對分子質(zhì)量的差異（聚合物內(nèi)大分子之間相對分子質(zhì)量的差異-差異大，差異大，分布寬分布寬）聚合物相對分子質(zhì)量分布較寬時，熔體的粘度較?。涣砭酆衔锵鄬Ψ肿淤|(zhì)量分布較寬時，熔體的粘度較??；另 在平均相對分在平均相對

29、分子質(zhì)量相同時，隨著剪切速率的增加，相對分子質(zhì)量分布寬的要比相對分子質(zhì)子質(zhì)量相同時，隨著剪切速率的增加，相對分子質(zhì)量分布寬的要比相對分子質(zhì)量分布窄的粘度下降快。但塑件質(zhì)量較差。量分布窄的粘度下降快。但塑件質(zhì)量較差。 3. 影響高分子聚合物黏度的因素影響高分子聚合物黏度的因素（2）溫度對粘度的影響）溫度對粘度的影響 溫度升高，分子間作用力減小，粘度降低。溫度升高，分子間作用力減小，粘度降低。但不同聚合物，對溫度敏感性不同，如但不同聚合物，對溫度敏感性不同，如PMMA、PC、PA-66等等對溫度極敏感，不需要增加很多溫度而它們的粘度卻下降不少。對溫度極敏感，不需要增加很多溫度而它們的粘度卻下降不少

30、。注射成型生產(chǎn)中，主要適用于粘度對剪切速率不太敏感或其熔注射成型生產(chǎn)中，主要適用于粘度對剪切速率不太敏感或其熔體近似服從牛頓流動規(guī)律的聚合物。體近似服從牛頓流動規(guī)律的聚合物。 而而 PE、 PP、POM 對溫度的敏感性要小一些對溫度的敏感性要小一些（3）壓力對粘度的影響）壓力對粘度的影響 壓力增加，分子間的距離減??；引力增加，粘度增加。粘壓力增加，分子間的距離減?。灰υ黾?，粘度增加。粘度對壓力的敏感性會因聚合物不同而不同。通常認(rèn)為，聚合物度對壓力的敏感性會因聚合物不同而不同。通常認(rèn)為，聚合物熔體的壓縮率越大，其粘度對壓力的敏感性越強(qiáng)熔體的壓縮率越大，其粘度對壓力的敏感性越強(qiáng)（4）助劑對粘度的

31、影響）助劑對粘度的影響 助劑的加入主要改變分子間的作用力，從而影響粘度。助劑助劑的加入主要改變分子間的作用力，從而影響粘度。助劑中的增塑劑和潤滑劑降低粘度，填充劑則增加粘度。中的增塑劑和潤滑劑降低粘度，填充劑則增加粘度。 3. 影響高分子聚合物黏度的因素影響高分子聚合物黏度的因素（5）剪切速率對粘度的影響）剪切速率對粘度的影響 如粗黑線所示：隨剪切速率增加，粘度下降如粗黑線所示：隨剪切速率增加，粘度下降1.2.2 1.2.2 聚合物的流動規(guī)律聚合物的流動規(guī)律溫度溫度增塑劑或溶劑增塑劑或溶劑填充劑填充劑相對分子量相對分子量壓力壓力 1.聚合物熔體的彈性類型聚合物熔體的彈性類型 （1）剪切彈性）剪

32、切彈性 成型物料所受的切應(yīng)力與其發(fā)生的剪切彈成型物料所受的切應(yīng)力與其發(fā)生的剪切彈性變形的比稱為剪切彈性模量，簡稱性變形的比稱為剪切彈性模量，簡稱“切變模量切變模量”。1.2.31.2.3高分子聚合物的彈性高分子聚合物的彈性（2）拉伸彈性）拉伸彈性 成型物料所受的拉應(yīng)力與其發(fā)生的拉伸彈成型物料所受的拉應(yīng)力與其發(fā)生的拉伸彈性變形的比稱為拉伸彈性模量。性變形的比稱為拉伸彈性模量。RGRE 2. 聚合物熔體流動過程中的彈性行為聚合物熔體流動過程中的彈性行為 對注射成型影響很大，常常會使熔體在模內(nèi)流動時產(chǎn)生端末對注射成型影響很大，常常會使熔體在模內(nèi)流動時產(chǎn)生端末效應(yīng)和失穩(wěn)流動等問題，最終導(dǎo)致塑件產(chǎn)生變形

33、、扭曲以及熔效應(yīng)和失穩(wěn)流動等問題，最終導(dǎo)致塑件產(chǎn)生變形、扭曲以及熔體破裂等成型缺陷。體破裂等成型缺陷。（1）端末效應(yīng)）端末效應(yīng) 在導(dǎo)管入口和出口端出現(xiàn)的與在導(dǎo)管入口和出口端出現(xiàn)的與熔體彈性行為有緊密聯(lián)系的現(xiàn)象；熔體彈性行為有緊密聯(lián)系的現(xiàn)象；聚合物熔體在管道入口端因出現(xiàn)聚合物熔體在管道入口端因出現(xiàn)收收斂流動，使壓力降突然增大的斂流動，使壓力降突然增大的現(xiàn)象稱為現(xiàn)象稱為入口效應(yīng)入口效應(yīng)。 在出口端在出口端出現(xiàn)體積膨脹的現(xiàn)象叫做出現(xiàn)體積膨脹的現(xiàn)象叫做出口出口膨脹效應(yīng)（膨脹效應(yīng)（Barun效應(yīng)）效應(yīng)）合稱為合稱為端末效端末效應(yīng)，如圖所示。應(yīng)，如圖所示。 2. 聚合物熔體流動過程中的彈性行為聚合物熔體流

34、動過程中的彈性行為產(chǎn)生入口效應(yīng)的原因：產(chǎn)生入口效應(yīng)的原因： 聚合物以收斂流動方式進(jìn)入導(dǎo)管入口時，它必須變形，以適應(yīng)壓縮性聚合物以收斂流動方式進(jìn)入導(dǎo)管入口時，它必須變形，以適應(yīng)壓縮性的流道內(nèi)流動，但聚合物熔體具有彈性，也就是的流道內(nèi)流動，但聚合物熔體具有彈性，也就是對變形具有抵抗力對變形具有抵抗力，因，因此，就必須消耗適當(dāng)?shù)哪芰?，即消耗相?dāng)?shù)膲毫?，來完成在這段管內(nèi)此，就必須消耗適當(dāng)?shù)哪芰?，即消耗相?dāng)?shù)膲毫担瑏硗瓿稍谶@段管內(nèi)的變形。的變形。 熔體各點的速度在進(jìn)入導(dǎo)管前后是不同的，為熔體各點的速度在進(jìn)入導(dǎo)管前后是不同的，為調(diào)整速度調(diào)整速度，也要消耗一，也要消耗一定的壓力降。定的壓力降。產(chǎn)生出口膨

35、脹的原因：產(chǎn)生出口膨脹的原因： 聚合物熔體從導(dǎo)管中流出后，周圍壓力大大減小，甚至完全消失，聚聚合物熔體從導(dǎo)管中流出后，周圍壓力大大減小，甚至完全消失，聚合物內(nèi)的大分子突然變得自由了，因此，前段流動中儲存于大分子中的合物內(nèi)的大分子突然變得自由了，因此，前段流動中儲存于大分子中的彈性變形能量被釋放出來，致使在流動變形中已經(jīng)伸展開的大分子鏈重彈性變形能量被釋放出來，致使在流動變形中已經(jīng)伸展開的大分子鏈重新恢復(fù)卷曲，新恢復(fù)卷曲，各分子鏈的間距隨著增大各分子鏈的間距隨著增大，從而導(dǎo)致聚合物內(nèi)自由空間增，從而導(dǎo)致聚合物內(nèi)自由空間增大，于是體積相應(yīng)發(fā)生膨脹。大，于是體積相應(yīng)發(fā)生膨脹。 2.聚合物熔體流動過程

36、中的彈性行為聚合物熔體流動過程中的彈性行為入口效應(yīng)和出口膨脹效應(yīng)通常對塑料的成型都是不利的入口效應(yīng)和出口膨脹效應(yīng)通常對塑料的成型都是不利的，特別，特別是在注射成型、擠出成型和拉絲過程中，可能導(dǎo)致產(chǎn)品變形和是在注射成型、擠出成型和拉絲過程中，可能導(dǎo)致產(chǎn)品變形和扭曲，降低塑件的尺寸穩(wěn)定性，并可能在塑件內(nèi)產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力，扭曲，降低塑件的尺寸穩(wěn)定性，并可能在塑件內(nèi)產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力，降低塑件物理和力學(xué)性能。降低塑件物理和力學(xué)性能。增加管子或口模的平直部分長度，適當(dāng)降低成型時的壓力和提增加管子或口模的平直部分長度，適當(dāng)降低成型時的壓力和提高成型溫度，并對擠出物加以適當(dāng)速度的牽引或拉伸高成型溫度，并對擠出物加以適當(dāng)速

37、度的牽引或拉伸等，均有等，均有利于利于減小或消除端末效應(yīng)減小或消除端末效應(yīng)帶來的不利影響。帶來的不利影響。 2.聚合物熔體流動過程中的彈性行為聚合物熔體流動過程中的彈性行為 （2）不穩(wěn)定流動和熔體破裂現(xiàn)象）不穩(wěn)定流動和熔體破裂現(xiàn)象在高切應(yīng)力和高剪切速率作用下，大分子鏈幾乎被拉直，繼續(xù)在高切應(yīng)力和高剪切速率作用下，大分子鏈幾乎被拉直，繼續(xù)變形呈現(xiàn)很大的彈性性質(zhì)，導(dǎo)致其熔體無法保持穩(wěn)定的層流流變形呈現(xiàn)很大的彈性性質(zhì)，導(dǎo)致其熔體無法保持穩(wěn)定的層流流動，通常將這種現(xiàn)象稱為動，通常將這種現(xiàn)象稱為失穩(wěn)流動。失穩(wěn)流動。失穩(wěn)流動時，擠出物表面粗糙、無光澤、失穩(wěn)流動時，擠出物表面粗糙、無光澤、粗細(xì)不均和扭曲，嚴(yán)

38、重時會出現(xiàn)波浪形粗細(xì)不均和扭曲，嚴(yán)重時會出現(xiàn)波浪形和竹節(jié)形，甚至?xí)霈F(xiàn)和竹節(jié)形，甚至?xí)霈F(xiàn)破裂。破裂。 （2）不穩(wěn)定流動和熔體破裂現(xiàn)象）不穩(wěn)定流動和熔體破裂現(xiàn)象失穩(wěn)流動和熔體破裂現(xiàn)象的影響因素失穩(wěn)流動和熔體破裂現(xiàn)象的影響因素 1）分子結(jié)構(gòu)）分子結(jié)構(gòu)相對分子質(zhì)量越大、分布越窄，彈性行為越突出，越易發(fā)生相對分子質(zhì)量越大、分布越窄，彈性行為越突出，越易發(fā)生失穩(wěn)流動失穩(wěn)流動 2）溫度）溫度主要影響極限剪切應(yīng)力和極限剪切速率，一般降低溫度時，主要影響極限剪切應(yīng)力和極限剪切速率，一般降低溫度時，減小極限剪切應(yīng)力，減小極限剪切速率有利于穩(wěn)定流動。減小極限剪切應(yīng)力，減小極限剪切速率有利于穩(wěn)定流動。 3）流道結(jié)

39、構(gòu)）流道結(jié)構(gòu) 從突然過渡改為平緩過渡有利于穩(wěn)定流動從突然過渡改為平緩過渡有利于穩(wěn)定流動 1.澆口和型腔對熔體充型流動的影響澆口和型腔對熔體充型流動的影響 1.2.41.2.4聚合物熔體的充型流動聚合物熔體的充型流動 充型流動：在型腔內(nèi)流動和成型過程；要求：連續(xù)、平穩(wěn)，充型流動：在型腔內(nèi)流動和成型過程；要求：連續(xù)、平穩(wěn)，否則影響表面質(zhì)量、形狀尺寸、力學(xué)性能。否則影響表面質(zhì)量、形狀尺寸、力學(xué)性能。 模具結(jié)構(gòu)和注射工藝參數(shù)影響充型流動。模具結(jié)構(gòu)和注射工藝參數(shù)影響充型流動。澆口的橫截面高澆口的橫截面高度和型腔的深度度和型腔的深度相差很大相差很大（高速（高速 ）噴射、蛇形流噴射、蛇形流表面粗糙、易破表面

40、粗糙、易破裂裂澆口的橫截面高度澆口的橫截面高度和型腔的深度相差和型腔的深度相差不大不大（中速）（中速）較平穩(wěn)地擴(kuò)展性流較平穩(wěn)地擴(kuò)展性流動動澆口的橫截面澆口的橫截面高度和型腔的高度和型腔的深度相差接近深度相差接近（低速）（低速）平穩(wěn)地擴(kuò)展性平穩(wěn)地擴(kuò)展性流動流動 2.擴(kuò)張流動充型與熔接痕擴(kuò)張流動充型與熔接痕（1）充型運動過程的三個典型階段）充型運動過程的三個典型階段 1)前鋒料流呈輻射狀流動的起始階段前鋒料流呈輻射狀流動的起始階段2)前鋒料流呈圓弧狀的過渡階段前鋒料流呈圓弧狀的過渡階段3)以黏流性熔膜為前鋒料頭的勻整運動主階段。以黏流性熔膜為前鋒料頭的勻整運動主階段。（2）熔接痕：）熔接痕： 兩股

41、料流的匯合處產(chǎn)生的連接痕跡兩股料流的匯合處產(chǎn)生的連接痕跡 當(dāng)熔體在型腔中流動的過程中遇到型芯和嵌件等障礙物當(dāng)熔體在型腔中流動的過程中遇到型芯和嵌件等障礙物時，或一型腔多個澆囗進(jìn)料，則熔膜將被分成兩股，最終時，或一型腔多個澆囗進(jìn)料，則熔膜將被分成兩股，最終在兩股料流的匯合處產(chǎn)生熔接痕。在兩股料流的匯合處產(chǎn)生熔接痕。熔體溫度越低，熔接痕越明顯，強(qiáng)度越低。熔體溫度越低，熔接痕越明顯，強(qiáng)度越低。 僅僅靠加熱的方式來僅僅靠加熱的方式來提高熔體的流動性往往會造成局部提高熔體的流動性往往會造成局部熔體的過熱，從而導(dǎo)致聚合物的分解。一般將加熱升溫與熔體的過熱，從而導(dǎo)致聚合物的分解。一般將加熱升溫與增加熔體的摩

42、擦生熱結(jié)合起來才能獲得比較滿意的效果。增加熔體的摩擦生熱結(jié)合起來才能獲得比較滿意的效果。過分加大冷卻速度過分加大冷卻速度也會由于塑件各部分由于冷卻速度相也會由于塑件各部分由于冷卻速度相差太大而造成很大的內(nèi)應(yīng)力。差太大而造成很大的內(nèi)應(yīng)力。 結(jié)晶型聚合物在受熱轉(zhuǎn)變成熔體的過程中會因為要結(jié)晶型聚合物在受熱轉(zhuǎn)變成熔體的過程中會因為要吸收吸收結(jié)晶潛熱結(jié)晶潛熱，而比非結(jié)晶型聚合物要消耗更多的熱量。，而比非結(jié)晶型聚合物要消耗更多的熱量。 1.3.1 1.3.1 聚合物的加熱與冷卻聚合物的加熱與冷卻 （導(dǎo)熱能力差）（導(dǎo)熱能力差）1.3 1.3 聚合物成型過程中的物理行為聚合物成型過程中的物理行為 1.聚合物的

43、結(jié)晶現(xiàn)象聚合物的結(jié)晶現(xiàn)象（1）結(jié)晶的概念）結(jié)晶的概念：聚合物在從高溫熔體向低溫固態(tài)轉(zhuǎn)變的過程聚合物在從高溫熔體向低溫固態(tài)轉(zhuǎn)變的過程中，若其分子鏈構(gòu)型（結(jié)構(gòu)形態(tài)）能夠得到規(guī)整排列，則該聚中，若其分子鏈構(gòu)型（結(jié)構(gòu)形態(tài)）能夠得到規(guī)整排列，則該聚合物為結(jié)晶聚合物。合物為結(jié)晶聚合物。 結(jié)晶型塑料結(jié)晶型塑料有有 PEPE、PPPP、PTFEPTFE、POMPOM、PAPA、CPTCPT等等 非結(jié)晶型塑料有非結(jié)晶型塑料有 PSPS、PMMAPMMA、PCPC、ABSABS、PSUPSU等等 與低分子結(jié)晶相比與低分子結(jié)晶相比：晶體不整齊、結(jié)晶不完全、結(jié)晶速度慢、：晶體不整齊、結(jié)晶不完全、結(jié)晶速度慢、沒有明顯的

44、熔點。沒有明顯的熔點。（2）二次結(jié)晶和后結(jié)晶）二次結(jié)晶和后結(jié)晶：二次結(jié)晶二次結(jié)晶：在初晶結(jié)構(gòu)不完善的部位或非結(jié)晶區(qū)發(fā)生的現(xiàn)象。在初晶結(jié)構(gòu)不完善的部位或非結(jié)晶區(qū)發(fā)生的現(xiàn)象。 后結(jié)晶：是在初晶界面上生長并發(fā)展，促使晶體進(jìn)一步長大的后結(jié)晶：是在初晶界面上生長并發(fā)展，促使晶體進(jìn)一步長大的現(xiàn)象?，F(xiàn)象。 采用退火處理采用退火處理，加快其結(jié)晶速度，穩(wěn)定尺寸和性能，加快其結(jié)晶速度，穩(wěn)定尺寸和性能1.3.21.3.2聚合物的結(jié)晶聚合物的結(jié)晶 （3 3）結(jié)晶速度和結(jié)晶度）結(jié)晶速度和結(jié)晶度1 1）結(jié)晶速度：）結(jié)晶速度： 均均 勻形核率隨溫降而增大，生長速度隨溫降而減少，某溫勻形核率隨溫降而增大，生長速度隨溫降而減少

45、，某溫度下有一最大值。度下有一最大值。 用半結(jié)晶周期（結(jié)晶度達(dá)用半結(jié)晶周期（結(jié)晶度達(dá)50%50%所需時間）所需時間）來表示；或書中的結(jié)晶常數(shù)來表示；或書中的結(jié)晶常數(shù) k k 表示。表示。 2 2）結(jié)晶度：）結(jié)晶度： 結(jié)晶型聚合物的結(jié)晶區(qū)在聚合物中所占的質(zhì)量或體積百分?jǐn)?shù)。結(jié)晶型聚合物的結(jié)晶區(qū)在聚合物中所占的質(zhì)量或體積百分?jǐn)?shù)。（大多數(shù)聚合物的結(jié)晶度約為（大多數(shù)聚合物的結(jié)晶度約為10%10%60%60%，但有些也可能達(dá)到，但有些也可能達(dá)到很高的數(shù)值，如很高的數(shù)值，如PPPP的結(jié)晶度達(dá)到的結(jié)晶度達(dá)到70%70%95%95%，HDPEHDPE和和PTFEPTFE的也的也能超過能超過90%90%） （4）

46、影響結(jié)晶的因素）影響結(jié)晶的因素 溫度溫度 （前述）前述） 壓力和切應(yīng)力壓力和切應(yīng)力 增大壓力可使聚合物在高于熔化溫度發(fā)生結(jié)晶；切應(yīng)力可增大壓力可使聚合物在高于熔化溫度發(fā)生結(jié)晶；切應(yīng)力可導(dǎo)致微晶生成，產(chǎn)生均勻的微晶結(jié)構(gòu)。導(dǎo)致微晶生成，產(chǎn)生均勻的微晶結(jié)構(gòu)。 分子結(jié)構(gòu)分子結(jié)構(gòu) 聚合物分子結(jié)構(gòu)越簡單、越規(guī)整，結(jié)晶越快，結(jié)晶度越高，聚合物分子結(jié)構(gòu)越簡單、越規(guī)整，結(jié)晶越快，結(jié)晶度越高，同一種聚合物的最大結(jié)晶速率隨相對分子質(zhì)量的增大而減小。同一種聚合物的最大結(jié)晶速率隨相對分子質(zhì)量的增大而減小。 添加劑添加劑 成型結(jié)晶塑料時應(yīng)注意下列問題成型結(jié)晶塑料時應(yīng)注意下列問題 料溫上升到成型溫度所需的熱量多，要用塑化能

47、力大的設(shè)備料溫上升到成型溫度所需的熱量多，要用塑化能力大的設(shè)備 冷凝時放出熱量大，要充分冷卻冷凝時放出熱量大，要充分冷卻 熔態(tài)與固態(tài)的比重差大，成型收縮大，易發(fā)生縮孔、氣孔熔態(tài)與固態(tài)的比重差大，成型收縮大，易發(fā)生縮孔、氣孔 各向異性顯著，內(nèi)應(yīng)力大各向異性顯著，內(nèi)應(yīng)力大 結(jié)晶熔點范圍窄，易發(fā)生未熔粉末注入模具或堵塞澆口結(jié)晶熔點范圍窄，易發(fā)生未熔粉末注入模具或堵塞澆口 2.2.結(jié)晶對塑件質(zhì)量的影響結(jié)晶對塑件質(zhì)量的影響密度：密度：結(jié)晶度大的塑件密度大，密度隨結(jié)晶度的增大而提高。結(jié)晶度大的塑件密度大，密度隨結(jié)晶度的增大而提高。 力學(xué)性能力學(xué)性能 強(qiáng)度、硬度，剛度、耐磨性隨結(jié)晶度的增大而提高；沖擊韌強(qiáng)度

48、、硬度，剛度、耐磨性隨結(jié)晶度的增大而提高；沖擊韌性將下降；彈性模量將減小。性將下降；彈性模量將減小。 結(jié)晶度小的塑料，柔軟性、伸長結(jié)晶度小的塑料，柔軟性、伸長率和沖擊韌度較大。率和沖擊韌度較大。 熱性能：熱性能： 耐熱性好，耐化學(xué)性和電性能好耐熱性好，耐化學(xué)性和電性能好 ；結(jié)晶有助于提高聚合物的；結(jié)晶有助于提高聚合物的軟化溫度和熱變形溫度。軟化溫度和熱變形溫度。 翹曲翹曲 結(jié)晶程度越高，體積收縮越大，因此結(jié)晶態(tài)塑件比非結(jié)晶態(tài)結(jié)晶程度越高，體積收縮越大，因此結(jié)晶態(tài)塑件比非結(jié)晶態(tài)塑件更容易因收縮不均而發(fā)生翹曲。塑件更容易因收縮不均而發(fā)生翹曲。 表面粗糙度和透明度表面粗糙度和透明度 2.2.結(jié)晶對塑

49、件質(zhì)量的影響結(jié)晶對塑件質(zhì)量的影響 表面粗糙度和透明度表面粗糙度和透明度一般來說，結(jié)晶型塑料是不透明的或半透明的，非結(jié)晶型塑料是一般來說，結(jié)晶型塑料是不透明的或半透明的，非結(jié)晶型塑料是透明的。透明的。 特例：特例：聚聚4-甲基戊烯甲基戊烯-1為結(jié)晶型塑料卻高度透明性；為結(jié)晶型塑料卻高度透明性；ABS為為非結(jié)晶型塑料卻不透明。非結(jié)晶型塑料卻不透明。結(jié)晶后，塑件表面粗糙度將降低，而透明度會減小或喪失。結(jié)晶后，塑件表面粗糙度將降低，而透明度會減小或喪失。 1.取向及其機(jī)理取向及其機(jī)理 聚合物高分子及其鏈段或結(jié)晶聚合物的微晶粒子在應(yīng)力作用聚合物高分子及其鏈段或結(jié)晶聚合物的微晶粒子在應(yīng)力作用下形成的有序排

50、列即稱為取向（或定向）。下形成的有序排列即稱為取向（或定向）。取向的分類：取向的分類： 按應(yīng)力性質(zhì)不同分按應(yīng)力性質(zhì)不同分 拉伸取向拉伸取向由拉應(yīng)力引起，取向方向與拉伸方向一致由拉應(yīng)力引起，取向方向與拉伸方向一致 流動取向流動取向在切應(yīng)力作用下沿著熔體流動方向形成的在切應(yīng)力作用下沿著熔體流動方向形成的 按流動性質(zhì)不同分按流動性質(zhì)不同分 單軸取向單軸取向取向結(jié)構(gòu)單元均沿著一個流動方向有序排列取向結(jié)構(gòu)單元均沿著一個流動方向有序排列 多軸取向多軸取向結(jié)構(gòu)單元可沿兩個或兩個以上流動方向有序排列結(jié)構(gòu)單元可沿兩個或兩個以上流動方向有序排列 注射成型中主要發(fā)生流動取向注射成型中主要發(fā)生流動取向 按結(jié)晶與非結(jié)晶

51、聚合物分按結(jié)晶與非結(jié)晶聚合物分 結(jié)晶取向結(jié)晶取向 非結(jié)晶取向非結(jié)晶取向1.3.31.3.3聚合物的取向聚合物的取向 取向的分類：取向的分類： 2. 2. 影響取向的因素影響取向的因素 凡是能改變?nèi)垠w流動速度梯度和熔體停止流動后在玻璃化凡是能改變?nèi)垠w流動速度梯度和熔體停止流動后在玻璃化溫度以上的停留時間等因素都會影響聚合物的取向程度和分布。溫度以上的停留時間等因素都會影響聚合物的取向程度和分布。( (模溫、注射壓力、保壓時間、模溫、注射壓力、保壓時間、充型速度、充型速度、澆口澆口 ) ) 3.3.取向?qū)酆衔镄阅艿挠绊懭∠驅(qū)酆衔镄阅艿挠绊憣屋S取向而言，對單軸取向而言，呈現(xiàn)出明顯的各向異性，沿

52、取向方向力學(xué)性能呈現(xiàn)出明顯的各向異性，沿取向方向力學(xué)性能顯著提高，與取向方向垂直的方向力學(xué)性能顯著下降。顯著提高，與取向方向垂直的方向力學(xué)性能顯著下降。利用取向來提高塑件的性能，例如吹塑薄膜就是利用聚合物雙軸利用取向來提高塑件的性能，例如吹塑薄膜就是利用聚合物雙軸取向原理來提高其性能的。取向原理來提高其性能的。雙軸取向的薄片或薄膜在平面的任何方向上雙軸取向的薄片或薄膜在平面的任何方向上均有較高的抗拉強(qiáng)度、斷裂伸長率和沖擊韌度，抗撕裂能力也有所提高。均有較高的抗拉強(qiáng)度、斷裂伸長率和沖擊韌度，抗撕裂能力也有所提高。但并非聚合物取向?qū)λ芗阅芫幸嫣?，在生產(chǎn)厚度較大的塑件但并非聚合物取向?qū)λ芗阅芫?/p>

53、有益處，在生產(chǎn)厚度較大的塑件( (如模壓塑件如模壓塑件) )時，就應(yīng)該力圖消除取向現(xiàn)象，使塑件不致發(fā)生翹時，就應(yīng)該力圖消除取向現(xiàn)象，使塑件不致發(fā)生翹曲變形或裂紋，從而保證塑件質(zhì)量。曲變形或裂紋，從而保證塑件質(zhì)量。 殘余應(yīng)力殘余應(yīng)力是由塑料在型腔內(nèi)流動和冷卻的過程中產(chǎn)生的。是由塑料在型腔內(nèi)流動和冷卻的過程中產(chǎn)生的。 殘余流動應(yīng)力：殘余流動應(yīng)力：在注射和保壓階段，塑料受到不均衡在注射和保壓階段，塑料受到不均衡的剪切和正應(yīng)力作用，產(chǎn)生了隱藏在塑件內(nèi)部的殘余應(yīng)力。的剪切和正應(yīng)力作用，產(chǎn)生了隱藏在塑件內(nèi)部的殘余應(yīng)力。 溫度殘余應(yīng)力溫度殘余應(yīng)力：由于注射型腔內(nèi)快速的不均勻冷卻固：由于注射型腔內(nèi)快速的不均勻

54、冷卻固化而產(chǎn)生的熱應(yīng)力?；a(chǎn)生的熱應(yīng)力。1.3.4 1.3.4 殘余應(yīng)力殘余應(yīng)力 定義：聚合物分子在受到熱、應(yīng)力、微量水、酸、堿等定義：聚合物分子在受到熱、應(yīng)力、微量水、酸、堿等雜質(zhì)以及空氣中的氧作用，導(dǎo)致聚合物鏈斷裂、分子變小、雜質(zhì)以及空氣中的氧作用，導(dǎo)致聚合物鏈斷裂、分子變小、相對分子質(zhì)量降低的現(xiàn)象相對分子質(zhì)量降低的現(xiàn)象 。 1.降解的種類降解的種類 （1）熱降解）熱降解 （2）氧化降解）氧化降解 （3）水降解）水降解 （4）應(yīng)力降解）應(yīng)力降解1.4.1 1.4.1 聚合物降解聚合物降解 1.4 1.4 聚合物成型過程中的化學(xué)行為聚合物成型過程中的化學(xué)行為 2. 防止降解的方法防止降解的

55、方法 （1）控制原料的技術(shù)指標(biāo)，）控制原料的技術(shù)指標(biāo)，避免原料不純對降解發(fā)生催化作用；避免原料不純對降解發(fā)生催化作用；（2）成型前對物料進(jìn)行預(yù)熱和干燥，）成型前對物料進(jìn)行預(yù)熱和干燥，嚴(yán)格控制其含水量；嚴(yán)格控制其含水量；（3）制定合理的成型工藝參數(shù)；）制定合理的成型工藝參數(shù)；保證在不易降解的條件下成型保證在不易降解的條件下成型 (4) 成型設(shè)備與模具應(yīng)具有良好的結(jié)構(gòu)成型設(shè)備與模具應(yīng)具有良好的結(jié)構(gòu)，與聚合物接觸的部位不應(yīng)有死角或，與聚合物接觸的部位不應(yīng)有死角或縫隙，流道長度要適中，加熱和冷卻系統(tǒng)應(yīng)有靈敏度高的顯示裝置，以保證縫隙，流道長度要適中，加熱和冷卻系統(tǒng)應(yīng)有靈敏度高的顯示裝置，以保證良好的溫

56、度控制和冷卻速率良好的溫度控制和冷卻速率 (5) 對熱、氧穩(wěn)定性差的聚合物，對熱、氧穩(wěn)定性差的聚合物，可考慮在配方中加入穩(wěn)定劑和抗氧劑等可考慮在配方中加入穩(wěn)定劑和抗氧劑等注：注：聚合物降解通常是有害的，但也聚合物降解通常是有害的，但也有例外，如通過機(jī)械降解（輥壓和共有例外，如通過機(jī)械降解（輥壓和共擠）作用使聚合物之間或兩種聚合物擠）作用使聚合物之間或兩種聚合物的彈體之間進(jìn)行接枝或嵌段聚合物配的彈體之間進(jìn)行接枝或嵌段聚合物配置共聚物，以改良聚合物性能并擴(kuò)大置共聚物，以改良聚合物性能并擴(kuò)大其應(yīng)用范圍就是一例。其應(yīng)用范圍就是一例。 (1)(1)交聯(lián)交聯(lián) 聚合物由線性結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變?yōu)轶w形結(jié)構(gòu)的化學(xué)反應(yīng)過程。

57、聚合物由線性結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變?yōu)轶w形結(jié)構(gòu)的化學(xué)反應(yīng)過程。 交聯(lián)后，聚合物的強(qiáng)度、耐熱性、化學(xué)穩(wěn)定性和尺寸穩(wěn)定性交聯(lián)后，聚合物的強(qiáng)度、耐熱性、化學(xué)穩(wěn)定性和尺寸穩(wěn)定性均有所提高。均有所提高。交聯(lián)一詞常用硬化、熟化兩詞所代替交聯(lián)一詞常用硬化、熟化兩詞所代替(2)(2)交聯(lián)與硬化、熟化的關(guān)系交聯(lián)與硬化、熟化的關(guān)系 “ “硬化的好硬化的好”、“熟化的好熟化的好”，并不意味著交聯(lián)反應(yīng)的完全，并不意味著交聯(lián)反應(yīng)的完全，而是指成型固化過程中的交聯(lián)反應(yīng)發(fā)展到了一種最為適宜的程而是指成型固化過程中的交聯(lián)反應(yīng)發(fā)展到了一種最為適宜的程度，在這種程度下，塑件能獲得最佳的物理和力學(xué)性能。度，在這種程度下，塑件能獲得最佳的物理和力學(xué)

58、性能。交聯(lián)度交聯(lián)度：為已反應(yīng)的基團(tuán)數(shù)占總基團(tuán)數(shù)的百分比；：為已反應(yīng)的基團(tuán)數(shù)占總基團(tuán)數(shù)的百分比；交聯(lián)度沒有交聯(lián)度沒有100%100%，但硬化程度可以達(dá)到甚至超過，但硬化程度可以達(dá)到甚至超過100%100%。硬化程硬化程度超過度超過100%的稱為的稱為過熟過熟；硬化程度小于；硬化程度小于100%的稱為的稱為欠熟欠熟。1.4.2 1.4.2 聚合物的交聯(lián)聚合物的交聯(lián) 1）硬化不足）硬化不足 塑件的機(jī)械強(qiáng)度、耐熱、耐化學(xué)腐蝕性、電絕緣性等塑件的機(jī)械強(qiáng)度、耐熱、耐化學(xué)腐蝕性、電絕緣性等會下降；熱膨脹、內(nèi)應(yīng)力、受力時的蠕變量等會增加；塑會下降；熱膨脹、內(nèi)應(yīng)力、受力時的蠕變量等會增加；塑件件缺少光澤缺少光澤

59、，容易發(fā)生，容易發(fā)生翹曲變形翹曲變形；有時甚至?xí)a(chǎn)生；有時甚至?xí)a(chǎn)生裂紋裂紋。2）過度硬化）過度硬化 塑件機(jī)械強(qiáng)度不高、塑件機(jī)械強(qiáng)度不高、變色、發(fā)脆變色、發(fā)脆，表面有時會出現(xiàn)密，表面有時會出現(xiàn)密集的集的小泡小泡；可使塑件產(chǎn)生可使塑件產(chǎn)生焦化和裂解焦化和裂解現(xiàn)象?，F(xiàn)象。檢查硬化程度的方法很多，目前生產(chǎn)中多采用物理方法。檢查硬化程度的方法很多，目前生產(chǎn)中多采用物理方法。常用的方法有脫模后的硬度檢測法、沸水試驗法、萃取法、常用的方法有脫模后的硬度檢測法、沸水試驗法、萃取法、密度法、導(dǎo)電度檢測法等。如有條件，也可采用超聲波和密度法、導(dǎo)電度檢測法等。如有條件，也可采用超聲波和紅外線輻射法，其中以超聲波方

60、法為最好。紅外線輻射法，其中以超聲波方法為最好。 塑料的主要成分是合成樹脂，其中還有許多有特定用塑料的主要成分是合成樹脂，其中還有許多有特定用途的添加劑。途的添加劑。 （1）合成樹脂：）合成樹脂：是人工合成的高分子化合物，又稱高聚是人工合成的高分子化合物，又稱高聚物，它是塑料中最基本、最重要的組成成分，約占塑料質(zhì)物，它是塑料中最基本、最重要的組成成分，約占塑料質(zhì)量的量的40100，它決定了塑料的基本性質(zhì)，各種塑料都，它決定了塑料的基本性質(zhì)，各種塑料都是由樹脂的名字來命名。是由樹脂的名字來命名。作用：受熱軟化后可將塑料的其它組分加以粘合作用：受熱軟化后可將塑料的其它組分加以粘合1.5.1 1.5