高聚物加工工程1.1-聚合物四個加工性質(zhì)

高聚物加工工程

第一章材料的加工性質(zhì)聚合物具有一些特有的加工性質(zhì)：良好的可模塑性(Mouldability)，可擠壓性(Extrudability)，可紡性(Spinnability)，可延性(Stretchability)。

這些加工性質(zhì)為聚合物材料提供了適于多種多樣加工技術(shù)的可能性，也是聚合物能得到廣泛應(yīng)用的重要原因。

第一節(jié)聚合物材料的加工性根據(jù)聚合物所表現(xiàn)的力學(xué)性質(zhì)和分子熱運動特征，可以將聚合物劃分為玻璃態(tài)(結(jié)晶聚合物為結(jié)晶態(tài))、高彈態(tài)和粘流態(tài)，通常稱這些狀態(tài)為聚集態(tài)。在聚合物及其組成一定時，聚集態(tài)的轉(zhuǎn)變主要與溫度有關(guān)。熔融紡絲注射成型薄膜吹塑擠出成型壓延成型中空成型真空和壓力成型薄膜和纖維熱拉伸薄膜和纖維冷拉伸圖1-1線型聚合物聚集態(tài)與成型加工的關(guān)系

Tf與Tg一樣都是聚合物材料進行成型加工的重要參考溫度。

聚合物在加工過程中都要經(jīng)歷聚集態(tài)轉(zhuǎn)變，了解這些轉(zhuǎn)變的本質(zhì)和規(guī)律就能選擇適當(dāng)?shù)募庸し椒ê痛_定合理的加工工藝，在保持聚合物原有性能的條件下，能以最少的能量消耗，高效率地制得質(zhì)量良好的產(chǎn)品。玻璃化溫度Tg以下的聚合物，在外力作用下大分子主鏈上的鍵角或鍵長可發(fā)生一定變形，彈性模量高，形變值小，故玻璃態(tài)聚合物不宜進行引起大變形的加工。在Tg以下的某一溫度，材料受力容易發(fā)生斷裂破壞，這一溫度稱為脆化溫度，它是材料使用的下限溫度。

在Tg以上的高彈態(tài)，聚合物模量減少很多，形變能力顯著增大，形變是可逆的。達到高彈形變的平衡值與完全恢復(fù)形變不是瞬時的，高彈形變有時間依賴性，因此應(yīng)充分考慮到加工中的可逆形變。對于非晶聚合物，在Tg～Tf溫度區(qū)間靠近Tf一側(cè)，由于聚合物粘性很大，可進行某些材料的真空成型、壓力成型、壓延和彎曲成型等。高彈態(tài)的上限溫度是Tf，由Tf(或Tm)開始聚合物轉(zhuǎn)變?yōu)檎沉鲬B(tài)，通常又將這種液體狀態(tài)的聚合物稱為熔體。從Tf開始，材料在Tf以上不高的溫度范圍表現(xiàn)出類橡膠流動行為。這一轉(zhuǎn)變區(qū)域常用來進行壓延成型、某些擠出成型和吹塑成型等。比Tf更高的溫度使分子熱運動大大激化，材料的模量降低到最低值，聚合物熔體形變的特點是不大的外力就能引起宏觀流動，形變主要是不可逆的粘性形變，冷卻聚合物就能將形變永久保持下來，因此這一溫度范圍常用來進行熔融紡絲、注射、擠出、吹塑和貼合等加工。

聚合物在固體狀態(tài)下不能通過擠壓而成型，只有當(dāng)聚合物處于粘流態(tài)時才能通過擠壓獲得形變。擠壓過程中，聚合物熔體主要受到剪切作用，可擠壓性主要取決于熔體的剪切黏度和拉伸黏度。大多數(shù)聚合物熔體的黏度隨剪切力或剪切速率增大而降低。一、聚合物的可擠壓性可擠壓性是指聚合物通過擠壓作用形變時獲得形狀和保持形狀的能力。

材料的擠壓性質(zhì)與聚合物的流變性(剪應(yīng)力或剪切速率對粘度的關(guān)系)，熔融指數(shù)和流動速度密切有關(guān)。有關(guān)流變性和流動速率的測定和計算將在第二章中討論。熔融指數(shù)是評價熱塑性聚合物特別是聚烯烴的擠壓性的一種簡單而實用的方法，它是在熔融指數(shù)儀中測定的。這種儀器只測定給定剪應(yīng)力下聚合物的流動度(簡稱流度，即粘度的倒數(shù))。用定溫下10分鐘內(nèi)聚合物從出料孔擠出的重量（克）來表示。1、加熱管2、料筒3、出料口4、保溫層5、加熱器6、柱塞7、重錘圖1-2

熔融指數(shù)測定儀的結(jié)構(gòu)示意圖二、聚合物的可模塑性可模塑性是指材料在溫度和壓力作用下形變和在模具中模制成型的能力。可模塑性主要取決于材料的流變性，熱性質(zhì)和其它物理力學(xué)性質(zhì)等，熱固性聚合物還與聚合物的化學(xué)反應(yīng)性有關(guān)。

過高的溫度，雖然熔體的流動性大，易于成型，但會引起分解，制品收縮率大；溫度過低時熔體粘度大，流動困難，成型性差。適當(dāng)增加壓力，能改善聚合物的流動性，但過高的壓力將引起溢料(熔體充滿膜腔后溢至模具分型面之間)和增大制品內(nèi)應(yīng)力；壓力過低時則造成缺料。

圖1-3模塑面積圖A-成型區(qū)域；a-表面不良線；b-溢料線；c-分解線；d-缺料線加工過程廣泛用來判斷聚合物可模塑性的方法是螺旋流動試驗。它是通過一個阿基米德螺旋形槽的模具來實現(xiàn)的。聚合物熔體在注射壓力推動下，由中部注入模具中，伴隨流動過程熔體逐漸冷卻并硬化為螺線。螺線的長度反映不同種類或不同級別聚合物流動性的差異。螺線愈長，聚合物流動性愈好。

圖1-4螺旋流動試驗?zāi)＞呤疽鈭D通過螺線流動試驗可以了解：（1）聚合物在寬廣的剪切應(yīng)力和溫度范圍內(nèi)的流變性質(zhì)；（2）模塑時溫度、壓力和模塑周期等的最佳條件；（3）聚合物分子量和配方中各種添加劑成分和用量對模塑材料流動性和加工條件的影響關(guān)系；（4）成型模具澆口和模腔形狀與尺寸對材料流動性和模塑．條件、的影響。三、聚合物的可紡性可紡性是指聚合物材料通過加工形成連續(xù)的固態(tài)纖維的能力。它主要取決于材料的流變性質(zhì)，熔體粘度、熔體強度以及熔體的熱穩(wěn)定性和化學(xué)穩(wěn)定性等。作為紡絲材料，首先要求熔體從噴絲板毛細(xì)孔流出后能形成穩(wěn)定細(xì)流。

紡絲過程由于拉伸和冷卻的作用都使紡絲熔體粘度增大，也有利于增大紡絲細(xì)流的穩(wěn)定性。但隨紡絲速度增大，熔體細(xì)流受到的拉應(yīng)力增加，拉伸形變增大，如果熔體的強度低將出現(xiàn)細(xì)流斷裂。所以具有可紡性的聚合物還必須有較高的熔體強度。紡出的初生纖維拆卸噴絲頭四、聚合物的可延性可延性表示無定形或半結(jié)晶固體聚合物在一個方向或二個方向上受到壓延或