第二章 注塑成型工艺塑料成型理论基础.ppt

第二章塑料成型理论基础
四、塑料成型过程中聚合物的化学反应
三、塑料成型过程中聚合物的物理变化
重点掌握
一、聚合物的流变学性质
二、聚合物熔体在模内的流动行为
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第一节聚合物的流变学性质
什么是流变学?
流变学是研究物质变形与流动的科学。
聚合物流变学是怎样产生的?
由于聚合物的各种成型方法都必须依靠聚合物自身的变形和流动来实现,所以也就相应产生了聚合物流变学这样一门科学。
聚合物流变学的研究对象是什么?
主要研究聚合物材料在外力作用下产生的应力、应变和应变速率等力学现象与自身黏度之间的关系,以及影响这些关系的各种因素。
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主要为了应用其成型理论,正确地选择工艺条件,设计合理的塑料成型系统和模具结构。
注射成型生产中研究聚合物流变学的目的是什么?
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流体在管道内流动时的流动状态:层流和湍流。
层流(黏性流动或流线流动)特征:流体的质点沿着平行于流道轴线的方向相对运动,与边壁等距离的液层以同一速度向前移动,不存在任何宏观的层间质点运动,所有质点的流线均相互平行。
湍流(紊流)特征:流体的质点除向前运动外,还在主流动的横向上作不规则的任意运动,质点的流线呈紊乱状态。
一、牛顿流动规律
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流体的流动状态由层流转变为湍流的条件:
Re=Dvρ/η>Rec
式中 Re——雷诺数,为一无量纲的数群;
D——管道直径;
ρ——流体密度;
v——流体速度;
η——流体剪切黏度;
Rec——临界雷诺数,其值与流道的断面形状和流道壁的表面粗糙度等有关,光滑的金属圆管Rec =2 000~2 300。
上式讨论:Re与v成正比与η成反比,v越小、η越大就越不易呈现湍流状态。
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牛顿流体:流体以切变方式流动,切应力与剪切速率间呈线性关系。
非牛顿流体:流体以切变方式流动,切应力与剪切速率间呈非线性关系。
流体层流切应力分析:
单位面积上受到的剪切力称为切应力,以τ表示,单位Pa,τ=F/A=-( F1/A)。
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速度梯度分析:
设两液层径向距离dr,移动速度分别为v、(v十dv),液层间单位距离的速度差dv/dr (速度梯度) 。液层的移动速度 v=dx/dt ,速度梯度为
切应变分析:dx/dr两相邻液层相对移动距离,即切应力作用下流体产生的切应变,记为:γ=dx/dr。
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上式又可改写为:
式中,单位时间内流体所产生的切应变(剪切速率),s—1。
(2-1)
牛顿流体的流变方程:
式中η,比例常数,牛顿黏度或绝对黏度(简称黏度),。η越大,黏稠性越大,剪切变形和流动越不容易,需较大的切应力。
( 2-2)
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二、幂律流动规律和表观黏度
注射成型中,大多数聚合物熔体都是非牛顿流体,且近似服从幂律流动规律,即
式中 K,稠度,与聚合物、温度有关的常数,反映聚合物熔体的黏稠性;n,非牛顿指数,与聚合物和温度有关的常数,反映聚合物熔体偏离牛顿性质的程度。
(2-3)
比较牛顿流动规律,上式可改写为
流动方程:
(2-4)
流变方程:
(2-5)
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式中ηa,聚合物熔体的表观黏度(或非牛顿黏度),表征非牛顿流体(服从幂律函数流动规律)在外力作用下抵抗切变形的能力。表观黏度除与流体本身性质、温度有关之外,还受剪切速率影响,即外力大小及作用的时间也能改变流体的黏稠性。