第三章 高分子成形加工技術(shù)基礎(chǔ).pptx

1、聚合物成型加工基礎(chǔ) 第三章 高分子材料： 是分子量大于1萬(wàn)以上的有機(jī)材料，實(shí)際上分子量一般在十幾萬(wàn)乃至數(shù)十萬(wàn)以上，再大者可達(dá)數(shù)百萬(wàn)。是通過(guò)聚合反應(yīng)由低分子化合物單質(zhì)材料制得，故又稱(chēng)為高聚物材料，或簡(jiǎn)稱(chēng)聚合物。高分子材料按來(lái)源結(jié)構(gòu)的多重加工性玻璃化溫度天然合成熱塑性熱固性結(jié)晶性塑料橡膠結(jié)晶型非結(jié)晶型結(jié)晶度為1060熱塑性塑料成型后再加熱重新軟化加工而化學(xué)組成不變的一類(lèi)塑料 可溶可熔 如聚氯乙烯、聚乙烯、聚丙烯等。熱固性塑料成型后不能再加熱重新軟化加工的一類(lèi)塑料不溶不熔 如酚醛樹(shù)脂、氨基樹(shù)脂、不飽和聚酯、環(huán)氧樹(shù)脂等。熱塑性塑料固態(tài)時(shí)的線(xiàn)型結(jié)構(gòu)熱固性塑料硬化后的體型網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)聚合物原料制品聚合物加工共

2、混、改性、成型合成態(tài)是粉末或顆粒聚集狀態(tài)?具有一定的幾何形狀 隨溫度升高，聚合物將呈現(xiàn)玻璃態(tài)、高彈態(tài)、粘流態(tài)三種狀態(tài)。1線(xiàn)性非結(jié)晶聚合物；2線(xiàn)形聚合物；3金屬。聚合物的物理狀態(tài)與溫度的關(guān)系符號(hào)狀態(tài)PVC() PP()脆化溫度 TbTTb脆硬態(tài)-610玻璃化溫度 TgTbTTg普彈態(tài)（玻璃態(tài)）8710-15粘流溫度TfTgTTf高彈態(tài)136熔融溫度 TmTdTTf（Tm）粘流態(tài)164-175分解溫度 Td140300粘流態(tài)是高分子材料主要的加工態(tài)聚氯乙烯聚丙烯成型溫度要選在：結(jié)晶聚合物的溫度-形變曲線(xiàn)非晶與結(jié)晶聚合物的溫度-形變曲線(xiàn) 非晶態(tài)線(xiàn)型聚合物的溫度-形變曲線(xiàn)對(duì)非晶的無(wú)定型聚合物而言，溫度

3、高于粘流溫度Tf即進(jìn)入粘流態(tài)。分子量低時(shí)，溫度高于Tm 即進(jìn)入粘流態(tài)；分子量高時(shí)，熔融后可能存在高彈態(tài)，需繼續(xù)升溫，高于流動(dòng)溫度才進(jìn)入粘流態(tài)溫度高于Tf 才進(jìn)入粘流態(tài)。成型溫度要選在：HDPE100130170200300PP170175200220PS112146170190PVC165190170190140PMMA210240ABS180200適宜的成型溫度要根據(jù)經(jīng)驗(yàn)反復(fù)實(shí)踐才能確定， 與 相差越遠(yuǎn)越有利于成型加工。高分子成形在粘流態(tài)，高分子熔體和溶液具有流變性，處理粘流態(tài)下材料的問(wèn)題需要運(yùn)用流變學(xué)理論！第一節(jié)聚合物的流變學(xué)原理流變學(xué)的基本概念某一種物質(zhì)對(duì)外力表現(xiàn)為彈性和粘性雙重特性（粘

4、彈性）。這種性質(zhì)稱(chēng)為流變學(xué)性質(zhì)，對(duì)這種現(xiàn)象進(jìn)行定量解析的學(xué)問(wèn)稱(chēng)為流變學(xué)。流變性流動(dòng)變形粘性，不可逆過(guò)程，耗散能量彈性，可逆過(guò)程，儲(chǔ)存能量非線(xiàn)性粘彈性 = d/dt 式中：為切應(yīng)力； 為動(dòng)力粘度系數(shù)，單位是s；d/dt為切應(yīng)變速率。牛頓流動(dòng)定律大多數(shù)小分子液體流動(dòng)時(shí)，剪切應(yīng)力與剪切速率成正比， 遵循牛頓流動(dòng)定律。牛頓流體的流動(dòng)曲線(xiàn)是一條通過(guò)原點(diǎn) 的直線(xiàn)。直線(xiàn)斜率即剪切粘度，顯然是與剪切速率無(wú)關(guān) 的材料常數(shù)。1、經(jīng)典流變學(xué)（牛頓流變學(xué)）d/dt一、聚合物的流變特性非牛頓流動(dòng) 非牛頓流體的剪切速度d/dt和剪切應(yīng)力的變化規(guī)律，經(jīng)作圖后可得四種曲線(xiàn)的類(lèi)型：塑性流動(dòng)、假塑性流動(dòng)、脹形流動(dòng)、觸變流動(dòng)。塑性

5、流動(dòng)假塑性流動(dòng) 脹性流動(dòng) 觸變流動(dòng) 實(shí)際上大多數(shù)液體不符合牛頓粘度定律在實(shí)際中，大多數(shù)聚合物熔體的粘度并不是一個(gè)常數(shù)，它與流體的溫度、切應(yīng)力、切應(yīng)變速率有關(guān)。經(jīng)修正后為： =K（d/dt） 式中，為非牛頓指數(shù)，（）；K為稠度（表觀(guān)黏度）。上式還可寫(xiě)成： d/dt 式中，為流動(dòng)度；為流動(dòng)指數(shù)（1）。2、聚合物熔體的流變定律粘度是描述塑料熔體流變行為最重要的參數(shù)。（1）對(duì)牛頓型流體，n =1，K = ；對(duì)假塑性流體，n 1。n 偏離1的程度越大，表明材料的假塑性（非牛頓性）越強(qiáng)；n與1之差，反映了材料非線(xiàn)性性質(zhì)的強(qiáng)弱。 （2）同一種材料，在不同的剪切速率范圍內(nèi)，n 值也不是常數(shù)。通常剪切速率越大，

6、材料的非牛頓性越顯著，n 值越小。 （3）溫度下降、分子量增大、填料量增多等，都會(huì)使材料非線(xiàn)性性質(zhì)增強(qiáng)，從而使n 值下降；填入軟化劑，增塑劑則使n 值上升。 簡(jiǎn)單討論假塑性高分子液體的流動(dòng)曲線(xiàn)表觀(guān)粘度-剪切速率曲線(xiàn)表觀(guān)粘度是剪切速率（或剪切應(yīng)力）的函數(shù)。剪切速率增大，表觀(guān)粘度降低，呈剪切變稀效應(yīng)。我們稱(chēng)這類(lèi)流體為假塑性流體。 3、剪切變稀關(guān)于“剪切變稀”行為的說(shuō)明 大分子鏈在切應(yīng)力作用下沿流動(dòng)方向取向取向的大分子間相對(duì)流動(dòng)阻力減少（3）熔體流動(dòng)時(shí)伴隨高彈形變：因?yàn)樵谕饬ψ饔孟?，高分子鏈沿外力方向發(fā)生伸展，當(dāng)外力消失后，分子鏈又由伸展變?yōu)榫砬剐巫儾糠只謴?fù)，表現(xiàn)出彈性行為。（1）粘度大，流動(dòng)性

7、差: 這是因?yàn)楦叻肿渔湹牧鲃?dòng)是通過(guò)鏈段的相繼位移來(lái)實(shí)現(xiàn)分子鏈的整體遷移，類(lèi)似蚯蚓的蠕動(dòng)。（2）不符合牛頓流動(dòng)規(guī)律：在流動(dòng)過(guò)程中粘度隨切變速率的增加而下降（剪切變?。＞酆衔锶垠w流動(dòng)特點(diǎn)粘性流動(dòng)彈性變形二、聚合物熔體的彈性效應(yīng)高分子粘流過(guò)程中伴隨著可逆的高彈形變，這是高分子熔體區(qū)別于低分子液體的重要特征之一。原理:高分子熔體的流動(dòng)是各鏈段運(yùn)動(dòng)的總結(jié)果，在外力作用下，高分子鏈順流動(dòng)方向取向，外力消失后，鏈要重新蜷曲起來(lái)，因而整個(gè)形變要恢復(fù)一部分。彈性效應(yīng)的表現(xiàn):包軸現(xiàn)象擠出脹大不穩(wěn)定流動(dòng)無(wú)管虹吸1、擠出脹大現(xiàn)象 擠出脹大現(xiàn)象及其說(shuō)明 擠出脹大現(xiàn)象又稱(chēng)口型膨脹效應(yīng)或Barus效應(yīng)，是指高分子熔體被強(qiáng)

8、迫擠出口模時(shí)，擠出物尺寸大于口模尺寸，截面形狀也發(fā)生變化的現(xiàn)象。 2、不穩(wěn)定流動(dòng)和熔體破裂現(xiàn)象 高分子熔體從口模擠出時(shí)，當(dāng)擠出速率（或剪切應(yīng)力）超過(guò)某一臨界剪切速率（或臨界剪切應(yīng)力），容易出現(xiàn)彈性湍流，導(dǎo)致流動(dòng)不穩(wěn)定，擠出物表面粗糙。鯊魚(yú)皮形波浪形竹節(jié)形螺旋形不規(guī)則破裂3、“爬桿”現(xiàn)象高分子液體的“爬桿”效應(yīng) 與牛頓型流體不同，盛在容器中的高分子液體，當(dāng)插入其中的圓棒旋轉(zhuǎn)時(shí)，沒(méi)有因慣性作用而甩向容器壁附近，反而環(huán)繞在旋轉(zhuǎn)棒附近，出現(xiàn)沿棒向上爬的“爬桿”現(xiàn)象。又稱(chēng)“包軸”現(xiàn)象。 牛頓型流體高分子液體4、無(wú)管虹吸圖6-16 無(wú)管虹吸效應(yīng) 對(duì)牛頓型流體，當(dāng)虹吸管提高到離開(kāi)液面時(shí)，虹吸現(xiàn)象立即終止。對(duì)

9、高分子液體，當(dāng)虹吸管升離液面后，杯中液體仍能源源不斷地從虹吸管流出，這種現(xiàn)象稱(chēng)無(wú)管虹吸效應(yīng)。 側(cè)吸效應(yīng) 該現(xiàn)象也與高分子液體的彈性行為有關(guān)。液體的這種彈性使之容易產(chǎn)生拉伸流動(dòng)，拉伸液流的自由表面相當(dāng)穩(wěn)定，因而具有良好的紡絲和成膜能力。 第二節(jié) 影響聚合物成形性能的因素 1. 聚合物的聚集態(tài) 2. 聚合物的物理特性結(jié)晶性 3. 流動(dòng)性黏度 5. 吸濕性和粘水性 6. 熱敏性和水敏性 4. 收縮性 1. 聚合物的聚集態(tài)切削加工TTg普彈態(tài)壓延、彎曲及薄膜或纖維拉伸Tg TTf高彈態(tài)擠出、注射、吹塑、粘合TTf粘流態(tài)定義： 結(jié)晶型聚合物具有結(jié)晶現(xiàn)象的性質(zhì)稱(chēng)為結(jié)晶性。特點(diǎn)：1、結(jié)晶型聚合物成形加工的溫

10、度更高。2、冷凝時(shí)放熱。3、成形收縮量大。4、由于分子的定向作用和收縮方向性，易變形、翹曲。5、結(jié)晶度受冷卻速度的影響大。6、結(jié)晶度大的聚合物制品其密度大，強(qiáng)度、硬度高，剛度大，耐磨性好、耐化學(xué)性和電性能好。 2. 聚合物的物理特性結(jié)晶性定義 ： 聚合物的流動(dòng)性與鑄造合金的流動(dòng)性概念相似，即是指在一定溫度與壓力下聚合物充填模腔的能力。影響因素：1、工藝 2、聚合物結(jié)構(gòu)3、模具的影響 4、聚合物品質(zhì)的影響（粒度均勻、適度、含水量） 3. 流動(dòng)性黏度加工條件溫 度 剪切速率剪切應(yīng)力壓 力結(jié)構(gòu)因素分子量分子量分布支 化熔體結(jié)構(gòu)1、定義：聚合物制品自模腔中取出冷卻至室溫后，其尺寸發(fā)生縮小的特性稱(chēng)之為收

11、縮性。2、成形收縮形式：（1）線(xiàn)尺寸收縮； （2）方向性收縮；（3）后收縮； （4）后處理收縮 熱處理（結(jié)晶型）延料流方向收縮大，垂直方向小熱塑熱固；注塑、擠塑模壓 4. 收縮性3、影響成形收縮的因素（1）聚合物品種的影響； （2）聚合物制品特性的影響；（3）模具的影響； （4）成形條件的影響。4、收縮率的計(jì)算（）式中，為平均收縮率；為模腔在室溫下的單向尺寸；為聚合物制品在室溫下的單向尺寸。熱塑熱固；結(jié)晶型非結(jié)晶型謝謝大家! 作業(yè):1、聚合物的物理狀態(tài)與溫度的關(guān)系？聚合物在不同物理狀態(tài)下的加工技術(shù)有何不同？2、聚合物熔體流動(dòng)特點(diǎn)？3、結(jié)晶型聚合物成形時(shí)需要注意什么？4、PE、PP成型加工時(shí)，僅

12、靠改變溫度來(lái)增加其流動(dòng)性是否有效？那么應(yīng)該因此主要采取什么措施？h鋼橡皮泥水硅橡膠彈性塑性粘性粘彈性粘彈性物質(zhì)對(duì)外力表現(xiàn)為彈性和粘性雙重特性。這種性質(zhì)稱(chēng)為流變學(xué)性質(zhì)流動(dòng)也視為一種非可逆性變形過(guò)程haTPCPEPOMPS醋酸纖維haPEPSPC醋酸纖維d/dt加工條件： 剛性鏈粘度對(duì)溫度敏感溫敏材料柔性鏈粘度對(duì)溫度不敏感對(duì)剪切速率敏感切敏材料結(jié)構(gòu)因素：（1）不同加工方法對(duì)分子量有不同要求：擠出成型要求分子量較高；注射成型要求分子量較低；吹塑成型在擠出和注射兩者之間。形變溫度M1M2M3M4M1 M2 M3 M4（2）分子量范圍橡膠MWD宜寬些，塑料MWD不宜太寬，纖維MWD窄為好loghaHigh distributionSmall distribution(3) 分子鏈支化的影響 短支化時(shí), 相當(dāng)于自由體積增大, 流動(dòng)空間增大,從而粘度減?。?長(zhǎng)支化時(shí), 相當(dāng)長(zhǎng)鏈分子增多, 易纏結(jié), 從而粘度增加小結(jié):聚合物原料制品聚合物加工共混、改性、成型合成態(tài)是粉末或顆粒聚集狀態(tài)?具有一定的幾何形狀 符號(hào)狀態(tài)PVC() PP()脆化溫度 TbTTb脆硬態(tài)-610玻璃化溫度 TgTbTTg普彈態(tài)（玻璃態(tài)）8710-15粘流溫度TfTgTTf高彈態(tài)136熔融溫度 TmTdTTf（Tm）粘流態(tài)