塑料成型基礎(chǔ)演示文稿

塑料成型基礎(chǔ)演示文稿當(dāng)前1頁，總共34頁。優(yōu)選塑料成型基礎(chǔ)當(dāng)前2頁，總共34頁。湍流：主體做軸向運動，同時有徑向脈動；特征：流體質(zhì)點的脈動。層流：*流體質(zhì)點做直線運動；*流體分層流動，層間不相混合、不碰撞；*流動阻力來源于層間粘性摩擦力。

過渡流：不是獨立流型（層流+湍流），流體處于不穩(wěn)定狀態(tài)（易發(fā)生流型轉(zhuǎn)變）。當(dāng)前3頁，總共34頁。

1.牛頓流動規(guī)律：

牛頓在研究液體流動時發(fā)現(xiàn)，溫度一定時，低分子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：式中—液層之間的單位距離內(nèi)的速度差，稱為速度梯度

—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。

凡是液體層流時符合牛頓流動規(guī)律的通稱牛頓流體，其特征為應(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），應(yīng)變具有不可逆性質(zhì)，應(yīng)力解除后應(yīng)變以永久變形保持下來。當(dāng)前4頁，總共34頁。2.指數(shù)流動規(guī)律：

式中K—與聚合物和溫度有關(guān)的常數(shù)，可反映聚合物熔體的粘稠性，稱為粘度系數(shù)；

n—與聚合物和溫度有關(guān)的常數(shù)，可反映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)。注：在注射成型中，只有少數(shù)聚合物熔體的粘度對剪切速率不敏感如PA、PC等，除常把它們近似視為牛頓流體外，其它絕大多數(shù)的聚合物熔體都表現(xiàn)為非牛頓流體。這些聚合物熔體都近似地服從指數(shù)流動規(guī)律。當(dāng)前5頁，總共34頁。

（1.5）（稱為流變方程）（1.6）

（稱為流動方程）（1.7）—非牛頓液體的表觀粘度。上式可改寫為：

就表觀粘度的力學(xué)性質(zhì)而言，它與牛頓粘度相同。但是，表觀粘度表征的是非牛頓液體（服從指數(shù)流動規(guī)律）在外力的左右下抵抗剪切變形的能力。由于非牛頓液體的流動規(guī)律比較復(fù)雜，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小及其作用時間也能改變流體的粘稠性。當(dāng)前6頁，總共34頁。討論：

n＝1時，這意味著非牛頓流體變?yōu)榕ｎD流體，所以，n值可以用來反映非牛頓也體偏離牛頓流體性質(zhì)的程度。

n≠1時，絕對值∣1－n∣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)。其中n＜1時，稱為假塑性液體。（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，大多數(shù)聚合物熔體均有近似假塑性液體流變學(xué)的性質(zhì)）

n＞1時，稱為膨脹性液體。（屬于膨脹性液體的主要是一些固體含量較高的聚合物懸乳液）

n=1,但只有切應(yīng)力達(dá)到或超過一定值后才能流動時,稱為賓哈姆流體當(dāng)前7頁，總共34頁。1234不同類型流體的流動曲線1—膨脹性流體；2—牛頓流體；3—假塑性流體；4—復(fù)合型流體5—賓哈姆流體剪切速率切應(yīng)力5123剪切速率表觀粘度不同類型流體的流變曲線1—膨脹性流體；2—牛頓流體；3—假塑性流體當(dāng)前8頁，總共34頁。Ⅰ假塑性流體：表觀粘度隨速度梯度的增大而減小。幾乎所有高分子溶液或溶體屬于假塑性流體。Ⅱ脹塑性流體：表觀粘度隨速度梯度的增大而增大。

淀粉、硅酸鹽等懸浮液屬于脹塑性流體。Ⅲ粘塑性流體：當(dāng)應(yīng)力低于τ0時，不流動；當(dāng)應(yīng)力高于τ0時，流動與牛頓型流體一樣。τ0稱為屈服應(yīng)力。

如紙漿、牙膏、污水泥漿等。0du/dyτ粘塑料流體假塑料流體脹塑料流體CBADA

-牛頓流體；B-假塑性流體；C

-賓漢塑性流體；D-脹塑性流體；牛頓流體與非牛頓流體剪應(yīng)力與速度梯度的關(guān)系Ⅳ觸變性流體：表觀粘度隨時間的延長而減小，如油漆等。Ⅴ粘彈性流體：既有粘性，又有彈性。當(dāng)從大容器口擠出時，擠出物會自動脹大。

如塑料和纖維生產(chǎn)中都存在這種現(xiàn)象。當(dāng)前9頁，總共34頁。

3.假塑性液體的流變學(xué)性質(zhì)

在中等剪切速率區(qū)域，假塑性液體的流變學(xué)性質(zhì)表現(xiàn)為：

1）變形和流動所需要的切應(yīng)力隨剪切速率變化，并呈指數(shù)規(guī)律增大；

2）變形和流動所受到的粘滯阻力，即液體的表觀粘度隨剪切速率變化，并呈指數(shù)規(guī)律減小。這種現(xiàn)象稱為假塑性液體的“剪切稀化”

當(dāng)前10頁，總共34頁。4.影響聚合物流變學(xué)性質(zhì)的因素

（1）聚合物結(jié)構(gòu)對粘度的影響分子結(jié)構(gòu)

相對分子質(zhì)量

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）

助劑（2）溫度對粘度的影響

注：注射成型生產(chǎn)中，依靠提高溫度降低熔體粘度以改善流動性的工藝控制方法，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，如PMMA、PC、PA-66等這些材料不需要增加很多溫度而它們的粘度卻下降不少。當(dāng)前11頁，總共34頁。（3）壓力對粘度的影響

注：粘度對壓力的敏感性會因聚合物不同而不同。通常認(rèn)為，聚合物熔體的壓縮率越大，其粘度對壓力的敏感性越強(qiáng)5.熱固性聚合物的流變學(xué)性質(zhì)

熱固性聚合物和熱塑性聚合物流變行為的不同可以用下圖加以說明：CB溫度流動性

圖溫度對熱固性聚合物流動性的影響

A—總的流動曲線；

B—粘度對流動性的影響曲線；

C—交聯(lián)反應(yīng)速度對流動性的影響曲線A當(dāng)前12頁，總共34頁。6.熔體在簡單幾何形狀導(dǎo)管內(nèi)的流動分析（1）剪應(yīng)力分布

1).直圓管內(nèi)流體的流動穩(wěn)態(tài)流動:整理得：——適用于層流或湍流ldrRuyτ流體在圓管中速度分布曲線的推導(dǎo)p1p2h1h2當(dāng)前13頁，總共34頁。

剪應(yīng)力分布τmax當(dāng)前14頁，總共34頁。（2）層流的速度分布

流體在圓管內(nèi)分層流動示意圖當(dāng)前15頁，總共34頁?？梢?，層流流動的速度分布為一拋物線；

壁面處速度最小，0管中心處速度最大或Re≤2000uumaxd層流時流體在圓管中的速度分布當(dāng)前16頁，總共34頁。第五節(jié)聚合物熔體在成型過程中的流動狀態(tài)當(dāng)前17頁，總共34頁。Ⅰ塑料聚合物熔體在注射機(jī)內(nèi)的旋轉(zhuǎn)螺桿與料筒之間進(jìn)行輸送、壓縮、熔融塑化，并將塑化好的熔體儲存在料筒的端部。Ⅱ儲存在料筒端部的熔體受螺桿的向前推壓力并通過噴嘴、模具的主流道、分流道和澆口，開始射入模腔內(nèi)。Ⅲ塑料熔體經(jīng)澆口射入模具型腔過程中的流動、相變與固化。當(dāng)前18頁，總共34頁。影響壓力損失的因素：壓力損失和流程距離成正比；壓力損失和流道（包括型腔）的截面尺寸有關(guān)——流道截面尺寸愈小，壓力損失愈大；

對圓形流動通道，壓力損失與流道半徑的4次方成正比；對矩形流動通道，壓力損失與流道深度的3次方和寬度的1次方成反比。壓力損失和熔體的表觀粘度成正比。當(dāng)前19頁，總共34頁。1.速度分布與末端效應(yīng)（1）速度分布：

對牛頓型流體來說，這種分布呈拋物線型；對非牛頓型流體來說，這種拋物線型稍尖（n>1）或稍平（n<1）。n=∞n=3n=1n=1/3r／Rv／vm當(dāng)前20頁，總共34頁。（2）端末效應(yīng)（與聚合物的彈性有關(guān)）簡單地說：熔體在入口端出現(xiàn)壓力降，在出口端出現(xiàn)膨脹的現(xiàn)象稱為端末效應(yīng)，亦分別稱為入口效應(yīng)和離模膨脹效應(yīng)。當(dāng)前21頁，總共34頁。

產(chǎn)生入口效應(yīng)的原因：聚合物液體以收斂流動方式進(jìn)入導(dǎo)管入口時，它必須變形以適應(yīng)它在新的且有適當(dāng)壓縮性的流道內(nèi)流動，但聚合物熔體具有彈性，也就是對變形具有抵抗力，因此，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。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，也要消耗一定的壓力降。

產(chǎn)生離模膨脹的原因（解釋之一）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，這意味著聚合物內(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，各分子鏈的間距隨著增大，從而導(dǎo)致聚合物內(nèi)自由空間增大，于是體積相應(yīng)發(fā)生膨脹。當(dāng)前22頁，總共34頁。

入口效應(yīng)和離模膨脹效應(yīng)通常對塑料的成型都是不利的，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。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)速度的牽引或拉伸等，均有利于減小或消除端末效應(yīng)帶來的不利影響。此外,還有黏度、彈性模量、切應(yīng)力和剪切速率、溫度、流道直徑和流道長徑比等，都對離模效應(yīng)有影響。當(dāng)前23頁，總共34頁。2.失穩(wěn)流動和熔體破裂

大分子鏈在極高的剪切速率作用下完全被拉直，繼續(xù)變形呈現(xiàn)很大的彈性，導(dǎo)致流動無法保持為穩(wěn)定的層流，熔體陷入一種彈性紊亂狀態(tài)，各點的流速將會相互干擾，此即失穩(wěn)流動。失穩(wěn)下，熔體粗細(xì)不均，沒有光澤，表面粗糙。引起失穩(wěn)流動的切應(yīng)力和剪切速率稱為極限切應(yīng)力和極限剪切速率。隨著切應(yīng)力和剪切速率的繼續(xù)增大，熔體呈現(xiàn)波浪、竹節(jié)或周期旋形，甚至相互斷裂成不規(guī)則的碎片或小圓柱塊，次現(xiàn)象即為熔體破裂。

主要影響因素：分子結(jié)構(gòu)、溫度、流道結(jié)構(gòu)（加設(shè)收斂角度和過度長度，以提高極限剪切速率）。當(dāng)前24頁，總共34頁。3.聚合物熔體的充模流動

充模是指高溫聚合物熔體在注射壓力作用下,通過流道和澆口后,在低溫模腔中流動和成型的過程.影響聚合物熔體充模流動的因素:

注射工藝參數(shù)和模具結(jié)構(gòu)(澆口截面尺寸型腔形狀等)1)澆口和模腔對熔體充模流動的影響:a、澆口截面高度與模腔深度相差很大，易出現(xiàn)射流，熔體不穩(wěn)定，表面粗糙，且易破裂，先噴出的熔體降速阻礙后面的熔體流動，造成蛇形流。b、澆口截面高度與模腔深度相差不太大，在制件厚度不大時，熔體中速進(jìn)入模腔比較平穩(wěn)的擴(kuò)展運動。c、澆口截面高度與模腔深度接近，在制件厚度很小時，熔體進(jìn)入模腔后低速平穩(wěn)的擴(kuò)展充模。當(dāng)前25頁，總共34頁。2)擴(kuò)展流動充模的特點隨料流前緣運動特點不同，分為三個階段：a、起始階段，熔體流的開始部分，前鋒料頭呈輻射狀流動；b、圓弧狀的中間過度狀；c、黏彈性熔膜為前鋒料頭的均整運動的主階段。3)熔體遇到阻礙物時的充模流動熔體遇到阻礙物分流，再會合，形成熔接痕，會在該處降低強(qiáng)度，外觀變壞。4)熔接痕（熔合縫，其強(qiáng)度是塑料制件的強(qiáng)度）熔接痕是塑料制品中的一個區(qū)域，由彼此分離的塑料熔體相遇后熔合固化而成。該區(qū)域力學(xué)性能比周邊低，是塑件的薄弱環(huán)節(jié)。產(chǎn)生原因：a模腔內(nèi)型信或安放的嵌件；b同一型腔多個澆口；c塑件壁厚有變化；d熔體噴射和蛇形流會引起波狀折疊的熔合縫。當(dāng)前26頁，總共34頁。第六節(jié)塑料成型過程中聚合物的物理變化要求：

了解聚合物加工過程中產(chǎn)生的結(jié)晶、取向等現(xiàn)象的物理變化的特點以及成型工藝條件對它們的影響。當(dāng)前27頁，總共34頁。1.成型過程中聚合物的結(jié)晶1）結(jié)晶聚合物：

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，則該聚合物為結(jié)晶聚合物。（如：PE、PTFE、POM等）2）結(jié)晶度：

結(jié)晶型聚合物的結(jié)晶區(qū)在聚合物中所占的重量百分?jǐn)?shù)。（大多數(shù)聚合物的結(jié)晶度約為10%～60%，但有些也可能達(dá)到很高的數(shù)值，如PP的結(jié)晶度達(dá)到70%～95%，HDPE和PTFE的也能超過90%）3）結(jié)晶過程：二次結(jié)晶、后結(jié)晶(退火)當(dāng)前28頁，總共34頁。4）影響結(jié)晶的因素熔融溫度和熔融時間：低溫快速有利結(jié)晶冷卻速度：緩冷有利結(jié)晶，急冷結(jié)晶不均而產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力，中速冷卻結(jié)晶組織穩(wěn)定，結(jié)晶應(yīng)力小。壓力和切應(yīng)力

增大壓力可使聚合物在高于正常情況下的熔化溫度發(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)。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，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。

添加劑當(dāng)前29頁，總共34頁。5）結(jié)晶對塑件性能的影響密度

密度隨結(jié)晶度的增大而提高。力學(xué)性能

抗拉強(qiáng)度隨結(jié)晶度的增大而提高；沖擊韌性將下降；彈性模量將減小。熱性能

結(jié)晶有助于提高聚合物的軟化溫度和熱變形溫度。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)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

結(jié)晶后，塑件表面粗糙度將降低，而透明度會減小或喪失。當(dāng)前30頁，總共34頁。結(jié)晶型塑料有PE、PP、PTFE、POM、PA、CPT等非結(jié)晶型塑料有PS、PMMA、PC、ABS、PSU等

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。特例：聚4-甲基戊烯-1為結(jié)晶型塑料卻高度透明性；ABS為非結(jié)晶型塑料卻不透明。6）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，要用塑化能力大的設(shè)備冷凝時放出熱量大，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當(dāng)前31頁，總共34頁。二.成型過程中的取向作用1）取向的概念聚合物大多分子及其鏈段或結(jié)晶聚合物的微晶粒子在應(yīng)力作用下形成的有序排列叫做取向結(jié)構(gòu)。2）分類

按應(yīng)力性質(zhì)不同分

拉伸取向—由拉應(yīng)力引起，取向方向與拉伸方向一致

流動取向—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，取向結(jié)構(gòu)可分為

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

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按結(jié)晶與非結(jié)晶聚合物分

結(jié)