塑料成型理論基礎

塑料成型理論基礎第1頁，課件共14頁，創(chuàng)作于2023年2月本章重點:1.了解高分子聚合物的流變學性質2.聚合物熔體的模內流動行為3.聚合物熔體成型過程中的物理變化4.聚合物熔體成型過程中的化學變化第2頁，課件共14頁，創(chuàng)作于2023年2月一、聚合物的流變學性質流變學:研究物質﹙高分子聚合物﹚變形和流動的科學.﹙聚合物流變學﹚主要研究內容:

聚合物在外力作用下,其應力、應變、應變速率等力學性能與自身粘度之間的關系,以及影響這些參數(shù)的外界因素.﹙如:聚合物的分子結構、相對分子量的大小及分布、溫度和壓力.﹚目的:

應用流變學理論,正確選擇和確定合理的工藝條件,以指導成型模具的結構設計.第3頁，課件共14頁，創(chuàng)作于2023年2月﹙一﹚牛頓流動規(guī)律1.層流和湍流﹙紊流﹚

流體管內流動,表現(xiàn)為層流和湍流﹙紊流﹚.其決定因素:雷諾系數(shù)﹙Reynolds﹚管徑流體速度流體密度流體剪切粘度臨界雷諾系數(shù)Rec:流體由層流轉變?yōu)橥牧鳗v影響因素:管道形狀與流體流速﹚

一般光滑金屬圓管,其Rec=2000～2300Re:正比與流速v,反比與粘度y

故:流速越小,粘度越大,Re越小,越不容易出現(xiàn)湍流.塑料成型流動時,起粘度很高,流速很第,其Re約為10左右,遠小于臨界雷諾系數(shù)Rec,故一般為層流狀態(tài).第4頁，課件共14頁，創(chuàng)作于2023年2月2.牛頓流體與非牛頓流體﹙1﹚牛頓流體:

大多數(shù)低分子流體流動時,其切應力與剪切速率成線性關系,即:切應力剪切粘度﹙常數(shù)﹚剪切速率﹙2﹚非牛頓流體:﹙大多數(shù)高分子聚合物﹚聚合物粘度﹙非常數(shù)﹚剪切速率其切應力與剪切速率成非線性關系:指數(shù)關系第5頁，課件共14頁，創(chuàng)作于2023年2月﹙二﹚.剪切稀化效應定義:絕大多數(shù)聚合物成型時,都處于P10圖2.5的中等剪切速度區(qū)域,即:非牛頓區(qū).此時,變形和流動所受到的粘滯阻力﹙即:剪切粘度隨剪切速率﹚呈指數(shù)規(guī)律減小.這種現(xiàn)象稱剪切稀化效應.應用:

實際注塑成型時,必須選擇合適的成型溫度、注射壓力、注射速度、及模具結構,以保證聚合物熔體不會因為粘度過大而影響流動成型,或因為粘度過小而影響成型制品的質量.第6頁，課件共14頁，創(chuàng)作于2023年2月﹙三﹚熱塑性聚合物與熱固性聚合物的成型原理:1.熱塑性聚合物成型過程中主要為物理變化,即加熱,使線性大分子結構的物料達到粘流態(tài)后流動充填,再冷卻固化.

成型過程中只發(fā)生局部降解或很小的交聯(lián)化學反應,尤其不會使黏度發(fā)生不可逆轉的變化,故可以反復加熱、冷卻定型或回收.第7頁，課件共14頁，創(chuàng)作于2023年2月2.熱固性聚合物成型過程中除發(fā)生物理變化外,還伴隨交聯(lián)化學反應.即:加熱使大分子的預聚物熔融后,在壓力的作用下變形流動,充入模具型腔,發(fā)生交聯(lián)化學反應后,固化成模具型腔的形狀.因此:①熱固性塑料是在模具型腔中經(jīng)過發(fā)生交聯(lián)化學反應后,固化成型腔的.

生產(chǎn)中模具型腔的溫度必須高于料筒溫度.②熱固性聚合物一經(jīng)交聯(lián)化學反應,其分子由線性轉變?yōu)轶w形結構,即使再加熱,大分子也不會發(fā)生解纏或滑移,所以粘度變得無限大,從而永遠失去變形的能力.第8頁，課件共14頁，創(chuàng)作于2023年2月二.聚合物熔體的流動行為聚合物熔體的變形和流動具有粘彈性,其中彈性行為對成型質量有較大的影響.主要表現(xiàn)為:端末效應和失穩(wěn)流動1.端末效應定義:熔體在經(jīng)過截面大小不同的流道和澆口時,因為流道截面面積的變化,而產(chǎn)生彈性收斂或膨脹運動,這種現(xiàn)象稱為端末效應.危害:導致制品變形、尺寸不穩(wěn)定、內應力產(chǎn)生等.表現(xiàn):P30①入口效應:產(chǎn)生較大的壓力降,引起壓力損失.②離模膨脹效應:彈性回復引起失穩(wěn)流動,從而使制品表面粗糙,無光澤.第9頁，課件共14頁，創(chuàng)作于2023年2月2.失穩(wěn)流動和熔體破裂定義:當流速較高時,熔體粘度降低,大分子鏈會在極大的剪切速率作用下被拉直接,表現(xiàn)出彈性,導致流動無法保持層流,熔體進入一種彈性紊流的狀態(tài),這種現(xiàn)象稱為失穩(wěn)流動.表現(xiàn):熔體在失穩(wěn)流動下成型時,制品表面質量會變差.

如:產(chǎn)生噴射紋、表面無光澤、粗糙,嚴重時使熔體產(chǎn)生碎片或破裂.影響因素:①分子結構:相對分子量越大,相對分子量分布越窄,越容易產(chǎn)生.②壓力和溫度:壓力合適,溫度不宜過高.③流道結構:由大截面向小截面過渡時,應采用漸變結構.P33圖2-26第10頁，課件共14頁，創(chuàng)作于2023年2月三.熔體的充模流動要求:采用平穩(wěn)、連續(xù)的擴展流,避免噴射流的產(chǎn)生.擴展流的特點:P35圖2-29保證措施:①模具的澆注系統(tǒng):P34圖2-27-28②注塑工藝:溫度、壓力的平衡第11頁，課件共14頁，創(chuàng)作于2023年2月熔體繞過障礙物的流動和熔接痕的產(chǎn)生:熔體繞過障礙物的流動:產(chǎn)生熔接痕,以圓柱形為佳.P36圖2-31熔接痕的產(chǎn)生的原因:①障礙物:型芯或嵌件

②多澆口:③壁厚的變化:不均衡④噴流和蛇形流動第12頁，課件共14頁，創(chuàng)作于2023年2月四.聚合物成型過程中的物理變化:1.結晶和取向:主要指:熔體有高溫向低溫轉變過程中,分子鏈結構形態(tài)的變化.結晶:分子鏈穩(wěn)定、規(guī)則,制品具有較高強度.取向:分子鏈有序排列,制品具有各向異性.2.殘余應力:

主要有熔體在型腔內流動和冷卻不平衡引起.分為:殘余流動應力和殘余冷卻應力第13頁，課件共14頁，創(chuàng)作于2023年2月五.聚合物成型過程中的化