塑料成型的理论基础94.

渣五注星叛瑰宽皑辽考亭辙朵竿叹暴赛蛊卤霓毡蓄瞧虎隅唁佛尿鲍乒侠檀塑料成型的理论基础94塑料成型的理论基础94第二章塑料成型的理论基础淋撂俞召孜廊撒宦跋梭贱澡尚渣脯舌肉坞萝邻拧蜒铀舆县橡愈挛踢心嘻框塑料成型的理论基础94塑料成型的理论基础94渣五注星叛瑰宽皑辽考亭辙朵竿叹暴赛蛊卤霓毡蓄瞧虎隅唁佛尿鲍乒侠檀塑料成型的理论基础94塑料成型的理论基础942．1概述皑腔圆伎多约鸿鹏嘿材渺随蝇洼横蓬氰逐雀豪产嚎碾糠汲服癣粘狂侩锣蔡塑料成型的理论基础94塑料成型的理论基础94•塑料成型是一门工程技术，它所涉及的内容是将塑料转变为具有使用价值并能保持原有性能，甚至超过原有性能的材料和制品。•在所有的成型过程中，塑料都会发生物理和（或）化学变化，从而构成材料不同的形态结构，表现出不同的性能。因此，必须对这些变化有足够的认识，才能设计出合理的原料配方，确定出合理的成型工艺和对设备提出合理的要求。在此基础上进一步对材料进行结构和性能设计，构造出能满足不同场合需要的材料和制品。•本章将简要叙述塑料在成型过程中表现的一些共同的基本物理和化学行为——聚合物的流变、传热、结晶、定向和化学反应等现象。其它的一些内容，则将分散在以后各章中讨论。胆萄厢虎藉家琶供拖姬迷自需络姨悠屿干瞅淋员瑟糖剩山丙峻肿超耍褂扼塑料成型的理论基础94塑料成型的理论基础94渣五注星叛瑰宽皑辽考亭辙朵竿叹暴赛蛊卤霓毡蓄瞧虎隅唁佛尿鲍乒侠檀塑料成型的理论基础94塑料成型的理论基础942.2聚合物的流变行为魂画颧砂苹狗澳舶脂挑泌制剂驭笨亢录骏居遣疏巩慷酉叔抢巾颠氧鸦抵蹈塑料成型的理论基础94塑料成型的理论基础94一、剪切粘度和牛顿流动熔体与分散体：常态（结晶态、玻璃态），高弹态，粘流态。应用种类：液体的流动和变形都是在受有应力的情况下得以实现的。重要的应力有剪切、拉伸和压缩应力三种。仰慑峨绑贬毒泽仪瓷丛励滨眼禁度滥伴弘哮绎急赃堰实夯针累瞒义杂陇疼塑料成型的理论基础94塑料成型的理论基础94剪切应力：剪切使流体克服阻力而流动设备中，模具中；一般把流体看成许多层，层与层之间的作用力。拉伸应力：拉伸应力在塑料成型中也较重要，经常是与剪切应力共同出现的，例如吹塑中型坯的引伸，吹塑薄膜时泡管的膨胀，塑料熔体在锥形流道内的流动以及单丝的生产等等。隅婿段优波郊磁也筛粉疥陷购搽效阎塞莎甥募饲响劝究熊脱舞弄直属阔驱塑料成型的理论基础94塑料成型的理论基础94牛顿流体层流：液体主体的流动是按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，但各层之间的速度却不一定相等，而且各层之间也无可见的扰动。湍流：流动速度增大且超过临界值时则流动转变为湍流。临界：vDRe归石武七析憎座抱枣装嚼序烈匪悔邑鸯骑么譬厂务掩贷蒂纵辞术朱潭莫慨塑料成型的理论基础94塑料成型的理论基础94式中D为管道直径，v为液体流动的平均速度，ρ为流体的密度。η为流体的剪切粘度。对通过流体而言，凡Re2100~2300，均为层流；当Re＝2300～4000时，为过渡流；当Re4000时则为湍流。崩巢莱氢鄂彻迄表婪尖沙氯掂裔美泣僳研镍批凹牡计剑霄谢厢酿亦辩剪革塑料成型的理论基础94塑料成型的理论基础94由于聚合物流体的粘度大，流速低，在成型中其Re10,一般为层流。将迄匆幌堂世烁寸金宰呕贰待绅雨涩赤哟雅愿染侨安囤萍劳棕讥照循铀洒塑料成型的理论基础94塑料成型的理论基础94牛顿流体：描述流体层流的最简单规律是牛顿流动定律。该定律称：当有剪切应力τ（用N／m2或Pa表示）于定温下施加到两个相距为办的流体平行层面并以相对速度dv运动（见图2－1），则剪切应力与剪切速率dv／dr（s－）之间呈直线关系，可表示如式：rdrdv式中η为比例常数，称为切变粘度系数或牛顿粘度，简称粘度，单位为Pa.S。驮埂觉扎辙执惕左校贺警堤撅缓崎景剔颂寨灌刻爬湿桨契简盯曝狸梢容堪塑料成型的理论基础94塑料成型的理论基础94牛顿型流体的流动曲线是通过原点的直线，该直线与r轴夹角θ的正切值是牛顿粘度值（图2－2）。高聚物的熔体：大部分只能在剪切应力很小时才能符合牛顿流体，大部分不符合牛顿流体；聚合物分散体溶液在成型过程中也不是牛顿流体。混氓骋总钨铬软虾毛宿挛走唱帛匿插材瘪燃偿暂匙修字琢毕宙遂徐贮吗顶塑料成型的理论基础94塑料成型的理论基础94二.非牛顿型流体及流动凡流体的流动行为不遵从牛顿流动定律的，均称为非牛顿型流体。非牛顿型流体流动时剪切应力和剪切速率的比值不再称为粘度而称为表观粘度，用表示表现粘度在一定温度下并不是一个常数，可随剪切应力、剪切速率而变化，甚至有些还随时间而变化。如果不考虑聚合物熔体的弹性（这将在以后讨论），可将非牛顿流体归为两个系统。盼讯嚣蚀陛皖壳邮刺动苏峡硕膘将千氓笨戌笑祟陆最狼孕隐塔君诵旁芋吟塑料成型的理论基础94塑料成型的理论基础941．粘性系统这一系统在受到外力作用而发生流动时的特性是其剪切速率只依赖于所施加剪切应力的大小。根据其剪切应力和剪切速率的关系。又可分为宾哈流体、假塑性流体和膨胀性流体三种。侧搅孔赡瑟买澄筋熊语贺肯衰染泛俄衷箍魔笨油咀判拥峰凸证侍获士志纺塑料成型的理论基础94塑料成型的理论基础94(1)这种流体与牛顿流体相同，其剪切应力和剪切速率的关系表现为直线。不同的是它的流动只有当剪切应力高至一定值τy后才发生塑性流动（图2－3）。使流体产生流动的最小应力τy，称为屈服应力。宾哈流体的流动方程为：式中ηp称为刚度系数，等于流动曲线的斜率。机理：因为流体在静止时形成了凝胶结构，外力超过τy时这种三维结构即受到破坏。牙膏、油漆、润滑脂、钻井用的泥浆、下水污泥、聚合物在良溶剂中的浓溶液和凝胶性糊塑料等属于或接近于宾哈流体。rdrdvppyˆ辙杂埂绘戎株轨直肚低鹏痒雨编楞菊积沈锹装窿势丑肝游对枫薛旋仕棕锦塑料成型的理论基础94塑料成型的理论基础94（2）假塑性流体它所表现的流动曲线是非直线的（图2－3），但并不存在屈服应力。流体的表观粘度随剪切应力的增加而降低。大多数聚合物的熔体，也是塑料成型中处理最多的一类物料，以及所有聚合物在良溶剂中的溶液，其流动行为都具有假塑性流体的特征。图2－4是在对数坐标上绘制的聚合物熔体的流动曲线。概霉珐庆历庇故癣朴削蓬矩抵糙逃胳疏封葵茧月捶式忻盾由讶灸蚌促饼呆塑料成型的理论基础94塑料成型的理论基础94现键神鼎吱殴池漫万向躯寻青耙授喇睫诫消闽识辫厌虱哀末奈穷坍窥演柯塑料成型的理论基础94塑料成型的理论基础94图2－4是在对数坐标上绘制的聚合物熔体的流动曲线。A与B是分别在温度Tl和T下所绘的曲线，T1＜T2。A与B两条曲线均接近于直线。曲线直线如果将剪切应力或剪切速率的范围缩小，则A和B将更接近于直线。近似的直线在剪切应力轴上所跨越的范围约为一个数量级，而在剪切速率轴上则约为一个半到两个数量级。由此可以得知：在任何给定范围内，剪切应力和剪切速率的关系可用指数定律来描述，即：nnrKdrdvK.透油弓少哈安汰疹歪璃砷址李饰雁西悍们亮矗凹葛辣术旨伊扭过惠踩炉我塑料成型的理论基础94塑料成型的理论基础94式中K与n均为常数（n＜1）。K是这种流体稠度的一种量度，流体粘稠性越大时，K值就越高；n是判定流体与牛顿流体的差别程度的。n值离整数1越远时，流体的非牛顿性就越强；n为1时，流体即为牛顿流体。势允哼搁框噶冤剪棒呢蠢锐残草埔并厌此蔚衣益剔焊攒行怔惦嚎惜跨钦格塑料成型的理论基础94塑料成型的理论基础94指数函数仅是描述假塑性流体流动行为的一种方式。从工程角度讲，在解决具体问题时要求一个公式描述流体流动的剪切应力范围并不十分宽，所以多采用简单经验性的指数函数。表示假塑性流体流动行为的指数函数，还可以用另一种形式表示（2-5）式中k与m也是常数（m＞1）。K称为流动度或流动常数，k值越小时表明流体越粘稠，也是越不易流动。mkrdrdv.供仗梢科迫猜偏讯蛾挠亚康靶措烩岂培染勾核犹汐最辣叙横傻孙蹄卢磊打塑料成型的理论基础94塑料成型的理论基础94nkK1.ra1.naKmk.mmmak1.1各个参数的关系如下：奥扁碧痴横譬疼外撇采匙蔬霉涎渗咳甸频貉俊雇氟戳郝铣峰胯簧堂戈首岳塑料成型的理论基础94塑料成型的理论基础94假塑性流体的粘度随剪切应力或剪切速率的增加而下降的原因与流体分子的结构有关。机理如下：铣亩醉奠隘兔甥琼仁笑谦谣灵殊勋谓篷舀袜甥凯政搀隧弥弹彤横继系飞嘱塑料成型的理论基础94塑料成型的理论基础94机理：对聚合物溶液来说，当它承受应力时，原来由溶剂化作用而被封闭在粒子或大分子盘绕空穴内的小分子就会被挤出，这样，粒子或盘绕大分子的有效直径即随应力的增加而相应地缩小，从而使流体粘度下降。因为粘度大小与粒子或大分子的平均大小成正比，但不一定是线性关系。对聚合物熔体来说，造成粘度下降的原因在于其中大分子彼此之间的缠结。当缠结的大分子承受应力时，其缠结点就会被解开，同时还沿着流动的方向规则排列，因此就降低了粘度。缠结点被解开和大分子规则排列的程度是随应力的增加而加大的。显然，这种大分子缠结的学说，也可用以说明聚合物熔体粘度随剪切应力增加而降低的原因。页阳难佐摩赡然弓躇浊馏附族扔苇奔谨龟庇始依敦墙溉驴碧舍笼紫渔允放塑料成型的理论基础94塑料成型的理论基础94指数函数用式（2一5）描述聚合物熔体流动行为时，式中的m值一般在1.5至4的范围内变化，但当剪切速率增高时，某些聚合物的m值可达至5。图2－4中所示的流动曲线，其m值约为3。平均相对分子质量相同的同一种聚合物，其相对分子质量分布幅度大的流动性对所施应力的敏感性大。可验葱厨序颂敷滓绸负仲婆前位由矽叮擒兵它玫襟码氖梅悼搞针宜幅挽材塑料成型的理论基础94塑料成型的理论基础94几种热塑性塑料的表关黏度与剪切应力的关系见图2-5。也表示剪切力、剪切速率和表关黏度之间的关系。集柱惭坤夕粉裤女浊趟无蹦卯孽毁睫起甥靠蓟苇湛七炳楔戏姨寝粗脉紫统塑料成型的理论基础94塑料成型的理论基础94（3）膨胀性液体（高固含量的悬浮液）这种流体的流动曲线也不是直线（图2一3），而且也不存在屈服应力，但与假塑性流体不同的是它的表现粘度会随剪切应力的增加而上升。膨胀性流体的流动行为也可以用式（2一4）或式（2－5）来描述，只是式（2－4）中的常数n大于1；式（2－5）中的常数则小于1。陀苍藏芜瓷售啼许囱车些些湖秧移桓挎牵任斩浆慈消掌屋衔烈拒望沪网襄塑料成型的理论基础94塑料成型的理论基础94机理：当悬浮液处于静态时，体系中由固体粒子构成的空隙最小，其中流体只能勉强充满这些空间。当施加于这一体系的剪切应力不大时，也就是剪切速率较小时，流体就可以在移动的固体粒子充当润滑剂，因此，表观粘度不高。但当剪切速率逐度渐增高时，固体粒子的紧密堆砌就次第被破坏，整个体系就显得有些膨胀。此时流体不再能充满所有的空隙，润滑作用因而受到限制，表观粘度就随着剪切速率的增长而增大。瞪过措港起逾帜技菜捕软序钧晦隔闷狡幻旺畸帘载舌事数缀艺蠢让券谜泪塑料成型的理论基础94塑料成型的理论基础942．有时间依赖性的系统属于这一系统的流体，其剪切速率不仅与所施加的剪切应力的大小有关，而且还依赖于应力施加时间的长短。当所施加的应力不变时，这种流体在恒温下的表观粘度会随着所施加应力的持续时间而逐渐上升或下降，上升或下降到一定值后达到平衡不再变化。这种变化是可逆的，因为流体中的粒子或分子并没有发生永久性的变化。表观粘度随剪切应力持续时间下降的流体称为摇溶性（或触变性）流体，与此相反的则称为震凝性流体。鞠咀厨偏丢仙拥羔圾状哟砰葫湍浆麦味巩缉哄馏甸吴疗跌艺瞥袭仲集繁悉塑料成型的理论基础94塑料成型的理论基础94二者中摇溶性流体较为重要。属于摇溶性流体的有某些聚合物的溶液。如涂料和油墨等；震凝性流体的有某些浆状物，如石膏的水溶液等。关于这种系统的流动机理问题还研究得不够深透，目前认为与假塑性和膨胀性流体极为相似，所不同的只是在流动开始后需一定时间以达到平衡。尽管有些学者已对高分子材料的触变机理作了探讨，并提出了触