塑料件模具設(shè)計 緒論和第一章

塑料成型工藝與模具設(shè)計

王立忠副教授模具與先進(jìn)成形技術(shù)研究所緒論1．塑料成型工業(yè)在生產(chǎn)中的重要地位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。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)部門以及人民日常生活的各個領(lǐng)域。世界塑料工業(yè)從20世紀(jì)30年代前后開始研制，經(jīng)歷了30年代以前的初創(chuàng)階段、30年代的發(fā)展階段、50～60年代的飛躍發(fā)展階段和70年代至今的穩(wěn)定增長階段?，F(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；冷卻并推出成型的制件。1．塑料成型工業(yè)在生產(chǎn)中的重要地位1．塑料成型工業(yè)在生產(chǎn)中的重要地位據(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、塑料模各占35％～40％，壓鑄模占10％～15％，粉末冶金模、陶瓷模、玻璃模等其他模具約占10％。塑料成型模具的應(yīng)用在各類模具的應(yīng)用中占有與沖壓模齊駕并驅(qū)的“老大”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)中的地位和對國民經(jīng)濟(jì)的影響日益重要。2．塑料成型技術(shù)的發(fā)展趨勢考察國內(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)計與制造大致有以下幾個方面的發(fā)展趨勢:(1)CAD／CAE／CAM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“軟件化”和模具制造“數(shù)控化”已經(jīng)在我國模具企業(yè)中成為現(xiàn)實。采用CAD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。引用模具CAD系統(tǒng)后，借助計算機(jī)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)過程中的唯一依據(jù)，圖紙將被簡化，甚至最終消失。近年來，CAD技術(shù)發(fā)展主要有以下特點：(1)CAD／CAE／CAM技術(shù)在模具設(shè)計與制造中的應(yīng)用①模具CAD技術(shù)及其應(yīng)用日趨成熟發(fā)達(dá)國家機(jī)械制造業(yè)中CAD覆蓋率超過60％，十分注重CAD專業(yè)應(yīng)用軟件的開發(fā)。模具CAD/CAM技術(shù)日益深入人心，并且發(fā)揮著越來越重要的作用。在20世紀(jì)，能夠進(jìn)行復(fù)雜形體幾何造型和NC加工的CAD／CAM系統(tǒng)，主要是在工作站上采用UNIX操作系統(tǒng)開發(fā)和應(yīng)用的，如美國的ProE、UGⅡ、CADS5軟件等。隨著計算機(jī)技術(shù)突飛猛進(jìn)的發(fā)展，新一代CAD／CAM軟件(如Solidworks、Solidage)已嶄露頭角，并深得用戶好評。(1)CAD／CAE／CAM技術(shù)在模具設(shè)計與制造中的應(yīng)用②基于網(wǎng)絡(luò)化的CAD/CAE／CAM一體化系統(tǒng)結(jié)構(gòu)初見端倪.隨著計算機(jī)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(jī)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)品系列，在網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)下實現(xiàn)了CAD／CAM的一體化。(2)大力發(fā)展快速原型制造對于形狀復(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)模具?？焖僭椭圃?RPM)技術(shù)是一種綜合運用計算機(jī)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。(3)研究和應(yīng)用模具的快速測量技術(shù)與逆向工程從實物樣件獲取產(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)，然后通過CAD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)，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。(4)發(fā)展優(yōu)質(zhì)質(zhì)模具材材料和采采用先進(jìn)進(jìn)的熱處處理和表表面處理理技術(shù)模具材料料的選用用在模具具設(shè)計與與制造中中是涉及及模具加加工工藝藝、模具具使用壽壽命、塑塑料制件件成型質(zhì)質(zhì)量和加加工成本本等的重重要問題題。開發(fā)發(fā)研制出出了具有有良好使使用性能能和加工工性能、、熱處理理變形小小、抗熱熱疲勞性性能好的的新型模模具鋼種種，如預(yù)硬鋼、耐腐蝕蝕鋼等。。模具成型型零件的的表面拋拋光處理理技術(shù)和和表面強(qiáng)強(qiáng)化處理理技術(shù)方方面的發(fā)發(fā)展也很很快，國國內(nèi)的許許多單位位進(jìn)行了了研究與與工程實實踐，取取得了一一些可喜喜的成績績。模具具熱處理理的發(fā)展展方向是是采用真真空熱處處理。該該技術(shù)在在國內(nèi)許許多熱處處理中心心和一些些大型模模具企業(yè)業(yè)已經(jīng)得得到應(yīng)用用并且正正在進(jìn)一一步推廣廣。模具具表面處處理除完完善普及及常用表表面處理理方法(如滲碳碳、滲滲氮、、滲硼硼、滲滲鉻、、滲釩釩)外，應(yīng)應(yīng)發(fā)展展設(shè)備備昂貴貴、工工藝先先進(jìn)的的氣相相沉積積、等等離子子噴涂涂等技技術(shù)。。(5)提高模模具標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)化化水平平和模模具標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)件件的使使用率率模具標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)化化的水水平在在某種種意義義上體體現(xiàn)了了一個個國家家模具具工業(yè)業(yè)發(fā)展展的水水平。。采用用標(biāo)準(zhǔn)準(zhǔn)模架架和使使用標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)零零件，，可以以滿足足大批批量制制造模模具和和縮短短模具具制造造周期期的需需要。。經(jīng)過過一段段時期期的建建設(shè)，，我國國模具具標(biāo)準(zhǔn)準(zhǔn)化程程度正正在不不斷提提高，，估計計目前前我國國模具具標(biāo)準(zhǔn)準(zhǔn)件使使用覆覆蓋率率已達(dá)達(dá)到60％左右右，發(fā)發(fā)達(dá)國國家的的模具具標(biāo)準(zhǔn)準(zhǔn)件使使用覆覆蓋率率一般般為80％左右右。為為了適適應(yīng)模模具工工業(yè)發(fā)發(fā)展，，模具具標(biāo)準(zhǔn)準(zhǔn)化工工作必必將加加強(qiáng)，，模具具標(biāo)準(zhǔn)準(zhǔn)化程程度將將進(jìn)一一步提提高，，模具具標(biāo)準(zhǔn)準(zhǔn)件生生產(chǎn)也也必將將得到到發(fā)展展。(6)模具的的復(fù)雜雜化、、精密密化與與大型型化為了滿滿足塑塑料制制件在在各種種工業(yè)業(yè)產(chǎn)品品中的的使用用要求求，塑塑料成成型技技術(shù)正正朝著著復(fù)雜雜化，，精密密化與與大型型化方方向發(fā)發(fā)展，，例如如汽車車的保保險杠杠和某某些內(nèi)內(nèi)裝飾飾件等等塑料料件的的成型型。大大型塑塑料件件和精精密塑塑料件件的成成型，，除了了必須須研制制開發(fā)發(fā)或引引進(jìn)大大型的的和精精密的的成型型設(shè)備備外，，大型型的和和精密密的塑塑料件件成型型模具具更需需要采采用先先進(jìn)的的模具具CAD／CAE／CAM技術(shù)來來設(shè)計計與制制造，，否則則這類類投資資很大大的模模具研研制將將難以以獲得得成功功。3．塑料料成型型模具具的分分類按照塑塑料制制件成成型的的方法法不同同，塑塑料成成型模模具通通?？煽梢苑址殖梢砸韵聨讕最悾海?1)注射模模注射模模又稱稱注塑塑模。。塑料料注射射成型型是在在金屬屬壓鑄鑄成型型的基基礎(chǔ)上上發(fā)展展起來來的，，成型型所使使用的的設(shè)備備是注注射機(jī)機(jī)。注注射模模通常常適合合于熱熱塑性性塑料料的成成型，，目前前部分分熱固固性塑塑料也也可以以采用用該方方法成成型。。塑料料注射射成型型是塑塑料成成型生生產(chǎn)中中自動動化程程度最最高、、采用用最廣廣泛的的一種種成型型方法法。3．塑料料成型型模具具的分分類(2)壓縮模模壓縮模模又稱稱壓塑塑模或或壓膠膠模。。塑料料壓縮縮成型型是塑塑件成成型方方法中中較早早采用用的一一種方方法，，成型型所使使用的的設(shè)備備是塑塑料成成型壓壓力機(jī)機(jī)，是是熱固固性塑塑料通通常采采用的的成型型方法法之一一。與與塑料料注射射成型型相比比，成成型周周期較較長，，生產(chǎn)產(chǎn)效率率較低低。3．塑料料成型型模具具的分分類(3)壓注模模壓注模模又稱稱傳遞遞模。。壓注注成型型所使使用的的設(shè)備備和塑塑料的的適應(yīng)應(yīng)性與與壓縮縮成型型完全全相同同，只只是模模具的的結(jié)構(gòu)構(gòu)不同同。3．塑料成型型模具的分分類(4)擠出模擠出模是安安裝在擠出出機(jī)料筒端端部進(jìn)行生生產(chǎn)的，因因此也稱為為擠出機(jī)頭頭。成型所所使用的設(shè)設(shè)備是塑料料擠出機(jī)。。只有熱塑塑性塑料才才能采用擠擠出成型。。3．塑料成型型模具的分分類(5)氣動成型模模氣動成型模模是指利用用氣體作為為動力介質(zhì)質(zhì)成型塑料料制件的模模具。氣動動成型包括括中空吹塑塑成型、抽抽真空成型型和壓縮空空氣成型等等。與其他他模具相比比較，氣動動成型模具具結(jié)構(gòu)最為為簡單，只只有熱塑性性塑料才能能采用氣動動成型。第一章高高分子聚聚合物結(jié)構(gòu)構(gòu)特點與性性能塑料是以高高分子聚合合物(樹脂)為主要成分分的物質(zhì)，，高分子聚聚合物也稱稱高聚物.要了解塑料料的性能和和特點，研研究塑料成成型工藝，，正確設(shè)計計塑料成型型模具，就就必須認(rèn)識識高分子聚聚合物的結(jié)結(jié)構(gòu)、熱力力學(xué)性能、、流變學(xué)性性質(zhì)、成型型過程中的的流動行為為和物理化化學(xué)變化。。1.1高分子聚合合物的結(jié)構(gòu)構(gòu)特點高聚物的結(jié)結(jié)構(gòu)是非常常復(fù)雜的，，在早期由由于受生產(chǎn)產(chǎn)和科學(xué)技技術(shù)水平的的限制和認(rèn)認(rèn)識上的錯錯誤理解，，曾把高分分子看成是是小分子的的簡單堆積積。H.Staudinger提出大分子子學(xué)說，隨隨著高分子子工業(yè)的發(fā)發(fā)展及近代代科學(xué)技術(shù)術(shù)的進(jìn)步，，人們對高高分子結(jié)構(gòu)構(gòu)的探究也也在不斷深深化。聚合物分子子的鏈結(jié)構(gòu)構(gòu)不同，其其性質(zhì)也不不同。線型聚合物物(見圖1.2a)包括帶有支支鏈的線型型聚合物(見圖l.2b)，其物理特特性是具有有彈性和塑塑性，在適適當(dāng)?shù)娜軇﹦┲锌扇苊浢浕蛉芙猓?，隨溫度的的不斷升高高，聚合物物微觀表現(xiàn)現(xiàn)為分子鏈鏈逐漸由鏈鏈段運動乃乃至整個分分子鏈的運運動，宏觀觀表現(xiàn)為聚聚合物逐漸漸開始軟化化乃至熔化化而流動，，這些特性性隨溫度的的降低而呈呈現(xiàn)逆向性性。體型聚合物物的大分子子鏈之間形形成立體網(wǎng)網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)(見圖1．2c)，它具有脆脆性，彈性性較高，塑塑性較低，，成型前是是可溶可熔熔的，一旦旦成型固化化后就成為為既不溶解解也不熔融融的固體。。1．2聚合物的熱熱力學(xué)性能能1.2.1聚合物分子子運動單元元的多重性性聚合物性能能是高聚物物微觀分子子運動的宏宏觀表現(xiàn)，，而聚合物物的物理、、力學(xué)性能能與溫度密密切相關(guān)。。因而，要想想了解高分分子宏觀上上的熱力學(xué)學(xué)性能，必必須通過材材料內(nèi)部的的分子熱運運動，才能能揭示不同同高分子材材料性能的的真正本質(zhì)質(zhì)。1.2.1聚合物分子子運動單元元的多重性性從高分子結(jié)結(jié)構(gòu)來看，，高分子有有很多運動動單元，除除了高分子子主鏈可以以運動外，，分子鏈上上的側(cè)基、、支鏈、鏈鏈節(jié)、鏈段段等部可以以產(chǎn)生相應(yīng)應(yīng)的各種運運動。一般般來說，高高分子運動動主要包括括三種類型型：(1)分子鏈的整整體運動這這是分分子鏈質(zhì)量量中心的相相對移動，，它的宏觀觀表現(xiàn)就是是高分子熔熔體的流動動。(2)鏈段的運動動這種種運動是高高分子的特特殊運動形形式；它是是指高分子子鏈在質(zhì)量量中心不變變的情況下下，一部分分鏈段通過過單鍵內(nèi)旋旋轉(zhuǎn)而相對對于另一部部分鏈段的的運動。這這種運動可可導(dǎo)致高分分子主鏈伸伸展或卷曲曲，宏觀上上表現(xiàn)有橡橡皮的回彈彈、拉伸等等。(3)鏈節(jié)節(jié)、、支支鏈鏈和和側(cè)側(cè)基基的的運運動動實實驗驗表表明明，，這這類類運運動動對對聚聚合合物物的的韌韌性性有有很很大大影影響響。。1.2.2聚合合物物的的熱熱力力學(xué)學(xué)性性能能非晶晶態(tài)態(tài)高高聚聚物物的的熱熱力力學(xué)學(xué)性性能能固體體聚聚合合物物可可劃劃分分為為晶晶態(tài)態(tài)聚聚合合物物和和非非晶晶態(tài)態(tài)聚聚合合物物。。取取一一塊塊線線形形非非晶晶態(tài)態(tài)（（無無定定形形））聚聚合合物物，，對對它它施施加加一一個個恒恒定定應(yīng)應(yīng)力力，，可可發(fā)發(fā)現(xiàn)現(xiàn)試試樣樣的的形形變變和和溫溫度度的的關(guān)關(guān)系系如如圖圖1．3所示示。。這這種種描描述述高高聚聚物物在在恒恒定定應(yīng)應(yīng)力力作作用用下下形形變變隨隨溫溫度度改改變變而而變變化化的的關(guān)關(guān)系系曲曲線線稱稱為為熱熱力力學(xué)學(xué)曲曲線線。。1.2.2聚合合物物的的熱熱力力學(xué)學(xué)性性能能由圖圖中中可可以以看看出出，，當(dāng)當(dāng)溫溫度度較較低低時時，，試試樣樣成成剛剛性性固固體體狀狀態(tài)態(tài)，，在在外外力力作作用用下下只只發(fā)發(fā)生生較較小小變變化化。。當(dāng)溫溫度度升升到到某某一一定定范范圍圍后后，，試試樣樣的的形形變變明明顯顯增增加加，，并并在在隨隨后后的的溫溫度度區(qū)區(qū)間間達(dá)達(dá)到到一一種種相相對對穩(wěn)穩(wěn)定定的的形形變變。。在在這這一一區(qū)區(qū)域域中中，，試試樣樣變變成成柔柔軟軟的的彈彈性性體體，，溫溫度度繼繼續(xù)續(xù)升升高高時時形形變變基基本本上上保保持持不不變變；；溫度度再再進(jìn)進(jìn)一一步步升升高高，，則則形形變變量量又又逐逐漸漸加加大大，，試試樣樣最最后后完完全全變變成成粘粘性性的的流流體體。。根據(jù)據(jù)這這種種變變化化特特征征，，可可以以把把非非晶晶態(tài)態(tài)高高聚聚物物按按溫溫度度區(qū)區(qū)域域不不同同劃劃分分為為三三種種力力學(xué)學(xué)狀狀態(tài)態(tài)———玻璃璃態(tài)態(tài)、、高高彈彈態(tài)態(tài)和和粘粘流流態(tài)態(tài)。。1.3聚合物物的流流變學(xué)學(xué)性質(zhì)質(zhì)流變學(xué)學(xué)是研研究物物質(zhì)變變形與與流動動的一一門學(xué)學(xué)科，，聚合合物流流變學(xué)學(xué)研究究的是是聚合合物材材料在在外力力作用用下產(chǎn)產(chǎn)生的的力學(xué)學(xué)現(xiàn)象象(如應(yīng)力力、應(yīng)應(yīng)變及及應(yīng)變變速率率等)與聚合合物流流動時時自身身粘度度之間間的關(guān)關(guān)系，，以及及影響響聚合合物流流動的的各種種因素素，諸諸如聚聚合物物的分分子結(jié)結(jié)構(gòu)、、相對對分子子質(zhì)量量的大大小及及其分分布，，成型型溫度度，成成型壓壓力等等。注射成成型中中，聚聚合物物的成成型依依靠的的是聚聚合物物自身身的變變形和和流動動實現(xiàn)現(xiàn)的，，故有有必要要了解解聚合合物流流變學(xué)學(xué)，以以便應(yīng)應(yīng)用流流變學(xué)學(xué)理論論止確確地選選擇和和確定定合理理的成成型工工藝條條件，，設(shè)計計合理理的注注射成成型澆澆注系系統(tǒng)和和模具具結(jié)構(gòu)構(gòu)。1.3.1牛頓流流體與與非牛牛頓流流體流體在在管內(nèi)內(nèi)一般般有層層流和和湍流流兩種種流動動狀態(tài)態(tài)。層層流的的特征征是流流體質(zhì)質(zhì)點的的流動動方向向與流流道軸軸線平平行，，其流流動速速度也也相同同，所所有流流體質(zhì)質(zhì)點的的流動動軌跡跡均相相互平平行，，如圖圖1．5a所示；；湍流流的特特點是是管內(nèi)內(nèi)的流流體質(zhì)質(zhì)點除除了在在與軸軸線平平行的的方向向流動動外，，還在在管內(nèi)內(nèi)的橫橫向上上做不不規(guī)則則的任任意流流動，，質(zhì)點點的流流動軌軌跡成成紊亂亂狀態(tài)態(tài)，如如圖1．5b所示。。1.3.1牛頓流流體與與非牛牛頓流流體英國物物理學(xué)學(xué)家雷雷諾提提出的的流體體的流流動狀狀態(tài)轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)變(由層流流變?yōu)闉橥牧髁?條件為為(1．1)式中Re———雷諾數(shù)數(shù)；d———管道直直徑；；流體密密度；；v——流體速速度；；流體動動力粘粘度；；Rec—臨界雷雷諾數(shù)數(shù)。1.3.1牛頓流流體與與非牛牛頓流流體其中臨臨界雷雷諾數(shù)數(shù)Rec的大小小與流流道的的斷面面形狀狀和流流道壁壁的表表面粗粗糙度度有關(guān)關(guān)系，，對于于光滑滑的圓圓管，，Rec=2000～2300，故只只有當(dāng)當(dāng)只Re的值大大于2000～2300時，流體體流動的的狀態(tài)才才能轉(zhuǎn)變變?yōu)橥牧髁?。大多?shù)聚聚合物熔熔體的粘粘度都很很高，成成型時的的流速不不大，流流體流動動的Re值遠(yuǎn)小于于Rec一般為10左右，因因此，通通?？蓪⒕酆衔镂锶垠w的的流動視視為層流流狀態(tài)來來進(jìn)行研研究。1.3.1牛頓流體體與非牛牛頓流體體牛頓流體體是指當(dāng)當(dāng)流體以以切變方方式流動動時，其其切應(yīng)力力與剪切切速率間間存在線線性關(guān)系系.牛頓流體體的流變變方程式式為：式中——切應(yīng)力，，Pa；比例常數(shù)數(shù)(粘度)，也稱為為牛頓粘粘度，其其大小反反映了牛牛頓流體體抵抗外外力引起起流動變變形的能能力，Pa·s；——單位時間間內(nèi)流體體產(chǎn)生的的切應(yīng)變變，一般般稱為剪剪切速率率，s-1。1.3.1牛頓流體體與非牛牛頓流體體由于大分分子的長長鏈結(jié)構(gòu)構(gòu)和纏結(jié)結(jié)，聚合合物熔體體的流動動行為遠(yuǎn)遠(yuǎn)比低分分子液體體復(fù)雜。。在廣闊闊的剪切切速率范范圍內(nèi)，，這類液液體流動動時，切切應(yīng)力和和剪切速速率不再再成正比比關(guān)系，，熔體的的粘度也也不在是是一個常常數(shù)，因因而聚合合物熔體體的流變變行為不不服從牛牛頓流動動規(guī)律。。通常把不不服從牛牛頓流動動規(guī)律的的流動稱稱為非牛牛頓型流流動，具具有這種種流動行行為的液液體稱為為非牛頓頓流體，，在注射射成型，，其他絕絕大多數(shù)數(shù)的聚合合物熔體體都表現(xiàn)現(xiàn)為非牛牛頓流體體，其表表達(dá)式為為式中K——與聚合物物和溫度度有關(guān)的的常數(shù)，，可以反反映聚合合物熔體體的粘稠稠性，稱稱為粘度度系數(shù)；；n——與聚合物物和溫度度有關(guān)的的常數(shù)，，可以反反映聚合合物熔體體偏離牛牛頓流體體性質(zhì)的的程度，，稱為非非牛頓指指數(shù)。上式也可可改寫為為式中ηa——非牛頓流流體的表表觀粘度度。1.3.1牛頓流體體與非牛牛頓流體體就表觀粘粘度的力力學(xué)性質(zhì)質(zhì)而言，，它與牛牛頓粘度度相同。。但是，，表觀粘粘度表征征的是，，服從指指數(shù)流動動規(guī)律的的非牛頓頓流體在在外力的的作用下下抵抗剪剪切變形形的能力力。由于于非牛頓頓流體的的流動規(guī)規(guī)律比較較復(fù)雜，，表觀粘粘度除與與流體本本身以及及溫度有有關(guān)以外外，還受受到剪切切速率的的影響，，這就意意味著外外力的大大小及其其作用時時間也能能夠改變變流體的的粘稠性性。式(1．3)中的K值及n值均可由實實驗測定。。之所以說說n的大小反映映了聚合物物熔體偏離離牛頓性質(zhì)質(zhì)的程度，，是因為當(dāng)當(dāng)n=1時，ηa=K=η，這時非牛牛頓流體就就轉(zhuǎn)變?yōu)榱肆伺ｎD流體體。當(dāng)n≠1時，絕對值值?1-n?越大，流體體的流動性性越強(qiáng)，剪剪切速率對對表觀粘度度ηa的影響也越越大。當(dāng)其其他條件一一定時，K值的大小反反映了流體體粘稠性的的程度。1.3.2假塑性液體體的流變學(xué)學(xué)性質(zhì)及其其影響因素素1．假塑性液液體的流變變學(xué)性質(zhì)非牛頓流體體也稱為粘粘性液體，，當(dāng)式(1．3)中的n<1時，這種粘粘性液體稱稱為假塑性性液體。大大多數(shù)注射射成型用的的聚合物熔熔體都具有有近似假塑塑性液體的的流變學(xué)性性質(zhì)。假塑塑性液體的的非牛頓指指數(shù)n通常為0．25～0．67，當(dāng)剪切速速率較大時時n值可降至0．20。假塑性液液體的剪切切速率與切切應(yīng)力及表表觀粘度的的關(guān)系如圖圖1．6所示。圖1．6a為切應(yīng)力τ與剪切速率率γ的關(guān)系；圖圖1．6b為表觀粘度度ηa與剪切速率率γ的關(guān)系。由由圖可以看看出，聚合合物熔體粘粘度對剪切切速率具有有依賴性，，且剪切速率的的增大可導(dǎo)導(dǎo)致熔體粘粘度的降低低。1．假塑性性液體的流流變學(xué)性質(zhì)質(zhì)一般來說，，對于假塑塑性流體而而言，當(dāng)流流體處于中中等剪切速速率區(qū)域時時，流體變變形和流動動所需的切切應(yīng)力隨剪剪切速率而而變化，并并呈指數(shù)規(guī)規(guī)律增大；；流體的表表觀粘度也也隨剪切速速率而變化化，呈指數(shù)數(shù)規(guī)律減小小。這種現(xiàn)現(xiàn)象稱為假假塑性液體體的“剪切切稀化”。。注射成型中中，多數(shù)聚聚合物的表表觀粘度對對熔體內(nèi)部部的剪切速速率具有敏敏感性，對對于這些聚聚合物，可可以通過調(diào)調(diào)整剪切速速率來控制制聚合物的的熔體粘度度。2．影響假塑塑性液體流流變性的主主要因素(1)聚合物本身身的影響聚合物的相相對分子質(zhì)質(zhì)量較大時時，大分子子鏈加長，，分子鏈的的重心移動動變慢，鏈鏈的纏結(jié)點點增多，解解纏、伸長長和滑移變變得困難，，因而宏觀觀上表現(xiàn)為為熔體的表表觀粘度加加大。2．影響假塑塑性液體流流變性的主主要因素(2)聚合物中添添加劑的影影響注射成型用用的聚合物物中一般都都要加入少少量的添加加劑，以提提高其實用用性能。這這些添加劑劑主要有著著色劑、潤潤滑劑、稀稀釋劑、增增塑劑、穩(wěn)穩(wěn)定劑、抗抗靜電劑、、填料等。。雖然添加加劑在聚合合物中所占占的比例不不大，但當(dāng)當(dāng)聚合物中中加入這些些添加劑后后，聚合物物大分子間間的作用力力會發(fā)生很很大變化，，熔體的粘粘度也會隨隨之改變。。例如，增增塑劑的加加入會使熔熔體粘度降降低，從而而提高熔體體的流動性性。2．影響假塑塑性液體流流變性的主主要因素(3)溫度對聚合合物熔體粘粘度的影響響在聚合物注注射成型過過程中，溫溫度對熔體體粘度的影影響與剪切切速率同等等重要。一一般而言，，溫度升高高，大分子子間的自由由空間隨之之增大，分分子間作用用力減小，，分子運動動變得容易易，從而有有利于大分分子的流動動與變形，，宏觀上表表現(xiàn)為聚合合物熔體的的表觀粘度度下降，故故在注塑成成型過程中中常常利用用提高溫度度來降低粘粘度，提高高流動性。。1．4聚合物成型型過程中的的物理化學(xué)學(xué)變化在塑料的成成型加工過過程中，聚聚合物會發(fā)發(fā)生物理和和化學(xué)變化化，聚合物物可能產(chǎn)生生結(jié)晶和取取向等物理理變化，還還可能在聚聚合物內(nèi)部部產(chǎn)生化學(xué)學(xué)交聯(lián)和降降解等化學(xué)學(xué)變化，這這些物理化化學(xué)變化對對成型制件件的性能和和質(zhì)量有很很大的影響響.因此很有必必要對聚合合物的物理理化學(xué)變化化進(jìn)行深入入研究，以以便更好地地控制、調(diào)調(diào)整工藝參參數(shù)，獲得得高質(zhì)量、、高性能的的滿意產(chǎn)品品。1．4．1聚合物在成成型過程中中的物理變變化聚合物在成成型過程中中發(fā)生的物物理變化主主要是結(jié)晶晶和取向，，處理不好好結(jié)晶和取取向這兩個個問題，制制件的質(zhì)量量將會受到到很大影響響。因此，，生產(chǎn)中對對結(jié)晶和取取向的問題題很重視。。1．聚合物的的結(jié)晶固體聚合物物可劃分為為結(jié)晶態(tài)聚聚合物和非非晶態(tài)聚合合物，其中中非晶態(tài)聚聚合物又稱稱為無定形形聚合物。。結(jié)晶態(tài)聚合合物是指，，在高聚物物微觀結(jié)構(gòu)構(gòu)中存在一一些具有穩(wěn)穩(wěn)定規(guī)整排排列的分子子的區(qū)域，，這些分子子有規(guī)則緊緊密排列的的區(qū)域稱為為結(jié)晶區(qū)。。存在結(jié)晶晶區(qū)的高聚聚物稱為結(jié)結(jié)晶態(tài)高聚聚物。非晶態(tài)高聚聚物的本體體中，分子子鏈的構(gòu)象象呈現(xiàn)無規(guī)規(guī)則線團(tuán)狀狀，線團(tuán)分分子之間是是無規(guī)則纏纏結(jié)的。1．聚合物的的結(jié)晶一般來說，，高聚物的的結(jié)晶總是是從非晶態(tài)態(tài)熔體中形形成的，結(jié)結(jié)晶態(tài)高聚聚物中實際際上仍包含含著非晶區(qū)區(qū)，其結(jié)晶晶的程度可可用結(jié)晶度度來衡量。。結(jié)晶度是是指聚合物物中的結(jié)晶晶區(qū)在聚合合物中所占占的重量百百分?jǐn)?shù)。通常，分子子結(jié)構(gòu)簡單單、對稱性性高的聚合合物以及分分子間作用用力較大的的聚合物等等從高溫向向低溫轉(zhuǎn)變變時都能結(jié)結(jié)晶。例如如聚乙烯(PE)的分子結(jié)構(gòu)構(gòu)簡單，對對稱性好，，故當(dāng)溫度度由高到低低轉(zhuǎn)變時易易發(fā)生結(jié)晶晶。高聚物的結(jié)結(jié)晶與低分分子結(jié)晶區(qū)區(qū)別很大，，晶態(tài)高聚聚物的晶體體結(jié)晶不完完全，而且且晶體也不不及小分子子晶體整齊齊，結(jié)晶速速度慢，且且沒有明顯顯的熔點，，而是一個個熔融的溫溫度范圍，，通常稱為為熔限。聚聚合物的結(jié)結(jié)晶有很多多不同的形形態(tài)，但以以球晶形態(tài)態(tài)居多。1．聚合物的的結(jié)晶聚合物一旦旦發(fā)生結(jié)晶晶，則其性性能也將隨隨之產(chǎn)生相相應(yīng)變化。。結(jié)晶可導(dǎo)致致聚合物的的密度增加加，這是因因為結(jié)晶使使得聚合物物本體的微微觀結(jié)構(gòu)變變得規(guī)整而而緊密的緣緣故。這種由結(jié)晶晶而導(dǎo)致的的規(guī)整而緊緊密的微觀觀結(jié)構(gòu)還可可使聚合物物的拉伸強(qiáng)強(qiáng)度增大.同時，結(jié)晶晶還有助于于提高聚合合物的軟化化溫度和熱熱變形溫度度.表面光潔度度增大。塑件的透明明度降低甚甚至喪失。。2．聚合物的的取向現(xiàn)象象當(dāng)線型高分分子受到外外力而充分分伸展的時時候，其長長度遠(yuǎn)遠(yuǎn)超超過其寬度度，這種結(jié)結(jié)構(gòu)上的不不對稱性，，使它們在在某些情況況下很容易易沿某特定定方向做占占優(yōu)勢的平平行排列，，這種現(xiàn)象象稱為取向向。宏觀上取向向一般分為為拉伸取向向和流動取取向兩種類類型。拉伸伸取向是由由拉應(yīng)力引引起的，取取向方位與與應(yīng)力作用用方向一致致；而流動動取向是在在切應(yīng)力作作用下沿著著熔體流動動方向形成成的。2．聚合物的的取向現(xiàn)象象高聚物的取取向現(xiàn)象從從微觀上來來看，主要要是高聚物物分子的分分子鏈、鏈鏈段及結(jié)晶晶高聚物的的晶片、晶晶帶沿特定定方向的擇擇優(yōu)排列。。取向的高高聚物分子子的鏈段在在某些方向向上是擇優(yōu)優(yōu)取向的；；因此材料料性質(zhì)呈現(xiàn)現(xiàn)出各向異異性。2．聚合物的的取向現(xiàn)象象聚合物取向向的結(jié)果是是導(dǎo)致高分分子材料的的力學(xué)性質(zhì)質(zhì)、光學(xué)性性質(zhì)以及熱熱性能等方方面發(fā)生了了顯著的變變化。力學(xué)學(xué)性能中，，抗拉強(qiáng)度度和疲勞強(qiáng)強(qiáng)度在取向向方向上顯顯著增加，，而與取向向方向相垂垂直的方向向上則顯著著降低，同同時，沖擊擊強(qiáng)度、斷斷裂伸長率率等也發(fā)生生相應(yīng)的變變化，聚合合物的光學(xué)學(xué)性質(zhì)也將將呈現(xiàn)各向向異性。1.4.2聚合物在成成型過程中中的化學(xué)變變化降解和交聯(lián)聯(lián)是聚合物物成型過程程中發(fā)生的的主要化學(xué)學(xué)反應(yīng)，它它們對制件件的質(zhì)量有有很大的影影響。1．聚合物的的降解降解是指聚聚合物在某某些特定條條件下發(fā)生生的大分子子鏈斷裂、、側(cè)基的改改變、分子子鏈結(jié)構(gòu)的的改變及相相對分子質(zhì)質(zhì)量降低等等高聚物微微觀分子結(jié)結(jié)構(gòu)的化學(xué)學(xué)變化。導(dǎo)致這些變變化的條件件有：高聚聚物受熱、、受力、氧氧化，或水水、光及核核輻射等的的作用.按照聚合物物產(chǎn)生降解解的不同條條件可把降降解分為很很多種，主主要有熱降降解、水降降解、氧化化降解、應(yīng)應(yīng)力降解等等。熱降解主要要是由于高高聚物長時時間高溫受受熱時引起起的降解；；水降解是指指當(dāng)聚合物物分子中含含有容易被被水解的化化學(xué)基團(tuán)時時，高聚物物就可能在在成型加工工過程中遇遇到水分而而被分解，，這種成型型生產(chǎn)中出出現(xiàn)的現(xiàn)象象稱為水降降解；而當(dāng)高聚物物與空氣中中的氧接觸觸后導(dǎo)致的的降解現(xiàn)象象稱為氧化化降解；應(yīng)力降解是是指聚合物物受到外力力時導(dǎo)致微微觀分子結(jié)結(jié)構(gòu)發(fā)生化化學(xué)變化，，同時還會會導(dǎo)致聚合合物相對分分子質(zhì)量降降低的現(xiàn)象象。1．聚合物的的降解在成型過程程中時，聚聚合物發(fā)生生降解是難難以避免的的，這是因因為聚合物物中如果存存在某些雜雜質(zhì)(如引發(fā)劑、、催化劑以以及酸、堿堿等)，或是在貯貯運過程中中吸水或混混入某些機(jī)機(jī)械雜質(zhì)等等都會導(dǎo)致致降解的發(fā)發(fā)生。在注射成型型中，特別別要注意避避免熱降解解的發(fā)生。。通常，為為了確保成成型塑件的的質(zhì)量，成成型時必須須將成型溫溫度及加熱熱時間控制制好，一般般加熱溫度度不得高于于熱降解溫溫度(即熱穩(wěn)定性