(高聚物成型工艺学)第二章 高分子材料成型的理论基础.docx

第二章高分子材料成型的理论基础
概述
聚合物的加工性质

定义:聚合物通过挤压作用形变时获得一定形状并保持这种形状的能力。
挤压作用有物料在挤出机和注射机料筒中
压延机辊筒间
模具中
聚合物在固态下不能挤压成型,只有当聚合物处于粘流状态下才能通过挤压获得宏观而有用的形变。
粘度低,流动性好,但保持形状的能力差;
粘度高,流动成型困难。
衡量聚合物可挤压性的物理量是熔体的粘度。
测定聚合物的熔体流动速率;在给定温度和给定剪切应力(定负荷)下,10min内聚合物经出料孔挤出的克数,以[MFR]表示。
聚合分子量高,分子链易于缠结,分子体积更大,流动阻力大,表现出高粘度,低的流动性,熔融指数低。
聚合物的可模塑性
定义:聚合物在温度和压力作用下发生形变并在模具型腔中模制成型的能力。
注射、挤出、模压等成型方法对聚合物的可模塑性要求是:
1、能充满模具型腔获得制品所需尺寸精度,
2、有一定的密实度,满足制品合格的使用性能等。
可模塑性主要取决于聚合物本身的属性(如流变性、热性能、物理力学性能以及热固性塑料的化学反应性能等),工艺因素(温度、压力、成型周期等)以及模具的结构尺寸。
模塑面积图
温度过高会使制品收缩率增大,甚至引起聚合物的分解
温度过低则物料流动困难,交联反应不足,制品性能劣化
压力过低则充模不足成型困难
压力过高会引起溢料
聚合物的可模塑性通常用下图所示的螺旋流动试验来判断。
聚合物熔体在注射压力作用下,由阿基米德螺旋形槽的模具的中部进入,。
聚合物的可纺性
聚合物的可纺性是指材料经成型加工为连续的固态纤维的能力。
纺丝材料要求熔体从喷丝板毛孔流出后能形成稳定细流。
聚合物可纺的重要条件是:熔体粘度大,表面张力小,要求具有良好的热,化学稳定性。
可纺性主要取决于聚合物材料的流变性,熔体粘度、熔体强度、熔体的热化学稳定性、拉伸比、喷丝孔尺寸和形状、挤出丝条与冷却介质之间传质和传热速率等。

定义:无定形或半结晶聚合物在受到压延或拉伸时变形的能力称为可延性。
利用聚合物的可延性,通过压延和拉伸工艺可生产片材、薄膜和纤维。
聚合物的可延性取决于材料产生塑性变形的能力和应变硬化作用。
形变能力与固态聚合物的长链结构和柔性(内因)及其所处的环境温度(外因)有关:
而应变硬化作用则与聚合物的取向程度有关。
可延性的测定通常在小型牵伸试验机中进行。
聚合物的流变行为
概述
聚合物在成型加工过程中的形变是由于外力作用的结果,材料受力后内部产生与外力相平衡的应力。材料受力后产生的形变和尺寸改变(即几何形状的改变)称为应变γ。
随受力方式的不同应力通常有三种类型:
聚合物加工时受到剪切力作用产生的流动称为剪切流动。如:聚合物在挤出机、口模、注射机、喷嘴、流道等中的流动。剪切应力:τ
聚合物在加工过程中受到拉应力作用引起的流动称为拉伸流动。如:拉幅生产薄膜、吹塑薄膜等。拉伸应力:σ
加工中流体静压力对流体流动性质的影响相对来说不及前两者显著,但它对粘度有影响。流体静压力:P
在实际加工过程中材料受力非常复杂,往往是三种简单应力的组合。实际应变也是多种应变的迭加。
聚合物熔体的流动
一、基本流动类型
聚合物流体由于在成型条件下的流速、外部作用力形式、流道几何形状和热量传递等情况的不同,可表现出不同的流动类型。
层流与湍流
(1)层流特点:
液体主体的流动是按照许多彼此平行的流层进行的;同一流层之间的各点速度彼此相同;各层之间的速度不一定相等,各层之间无可见的扰动。Re<2100~2300
(2)湍流(又称紊流)
如果流动速度增大且超过临界值时,则流动转为湍流。
湍流特点:液体各点速度的大小和方向都随时间而变化。此时流体内会出现扰动。
雷诺数:Re>4000
聚合物流体的粘度大,流速低,Re<10,一般为层流。
稳态流动和非稳态流动
稳态流动:是指流体的流动状况不随时间而变化的流动。其主要特征是引起流动的力与流体的粘性阻力相平衡,即流体的温度、压力、流动速度、速度分布和剪切应变等都不随时间而变化。
反之,流体的流动状况随时间而变化的称为非稳态流动。
聚合物熔体是一粘弹性流体,在弹性形变达到平衡之前,总形变速率由大到小变化,呈非稳态流动;而在弹性变形达到平衡后,就只有粘性形变随时间延长而均衡地发展,流动即进入稳定状态。
对聚合物流体流变性的研究,一般都假定是在稳态条件下进行的。
等温流动和非等温流动
等温流动:是指在流体各处的温度保持不