第二章-----塑料成型理论基础

第二章塑料成型理论基础本章重点:1.了解高分子聚合物的流变学性质2.聚合物熔体的模内流动行为3.聚合物熔体成型过程中的物理变化4.聚合物熔体成型过程中的化学变化一、聚合物的流变学性质流变学:研究物质﹙高分子聚合物﹚变形和流动的科学.﹙聚合物流变学﹚主要研究内容:聚合物在外力作用下,其应力、应变、应变速率等力学性能与自身粘度之间的关系,以及影响这些参数的外界因素.﹙如:聚合物的分子结构、相对分子量的大小及分布、温度和压力.﹚目的:应用流变学理论,正确选择和确定合理的工艺条件,以指导成型模具的结构设计.﹙一﹚牛顿流动规律DRe1.层流和湍流﹙紊流﹚流体管内流动,表现为层流和湍流﹙紊流﹚.其决定因素:雷诺系数﹙Reynolds﹚管径流体速度流体密度流体剪切粘度临界雷诺系数Rec:流体由层流转变为湍流﹙影响因素:管道形状与流体流速﹚一般光滑金属圆管,其Rec=2000～2300Re:正比与流速v,反比与粘度y故:流速越小,粘度越大,Re越小,越不容易出现湍流.塑料成型流动时,起粘度很高,流速很第,其Re约为10左右,远小于临界雷诺系数Rec,故一般为层流状态.2.牛顿流体与非牛顿流体﹙1﹚牛顿流体:大多数低分子流体流动时,其切应力与剪切速率成线性关系,即:切应力剪切粘度﹙常数﹚剪切速率﹙2﹚非牛顿流体:﹙大多数高分子聚合物﹚..nk聚合物粘度﹙非常数﹚剪切速率其切应力与剪切速率成非线性关系:指数关系﹙二﹚.剪切稀化效应.定义:绝大多数聚合物成型时,都处于P10图2.5的中等剪切速度区域,即:非牛顿区.此时,变形和流动所受到的粘滞阻力﹙即:剪切粘度随剪切速率﹚呈指数规律减小.这种现象称剪切稀化效应.k应用:实际注塑成型时,必须选择合适的成型温度、注射压力、注射速度、及模具结构,以保证聚合物熔体不会因为粘度过大而影响流动成型,或因为粘度过小而影响成型制品的质量.﹙三﹚热塑性聚合物与热固性聚合物的成型原理:1.热塑性聚合物成型过程中主要为物理变化,即加热,使线性大分子结构的物料达到粘流态后流动充填,再冷却固化.成型过程中只发生局部降解或很小的交联化学反应,尤其不会使黏度发生不可逆转的变化,故可以反复加热、冷却定型或回收.2.热固性聚合物成型过程中除发生物理变化外,还伴随交联化学反应.即:加热使大分子的预聚物熔融后,在压力的作用下变形流动,充入模具型腔,发生交联化学反应后,固化成模具型腔的形状.因此:①热固性塑料是在模具型腔中经过发生交联化学反应后,固化成型腔的.生产中模具型腔的温度必须高于料筒温度.②热固性聚合物一经交联化学反应,其分子由线性转变为体形结构,即使再加热,大分子也不会发生解缠或滑移,所以粘度变得无限大,从而永远失去变形的能力.二.聚合物熔体的流动行为聚合物熔体的变形和流动具有粘弹性,其中弹性行为对成型质量有较大的影响.主要表现为:端末效应和失稳流动1.端末效应定义:熔体在经过截面大小不同的流道和浇口时,因为流道截面面积的变化,而产生弹性收敛或膨胀运动,这种现象称为端末效应.危害:导致制品变形、尺寸不稳定、内应力产生等.表现:P30①入口效应:产生较大的压力降,引起压力损失.②离模膨胀效应:弹性回复引起失稳流动,从而使制品表面粗糙,无光泽.2.失稳流动和熔体破裂定义:当流速较高时,熔体粘度降低,大分子链会在极大的剪切速率作用下被拉直接,表现出弹性,导致流动无法保持层流,熔体进入一种弹性紊流的状态,这种现象称为失稳流动.表现:熔体在失稳流动下成型时,制品表面质量会变差.如:产生喷射纹、表面无光泽、粗糙,严重时使熔体产生碎片或破裂.影响因素:①分子结构:相对分子量越大,相对分子量分布越窄,越容易产生.②压力和温度:压力合适,温度不宜过高.③流道结构:由大截面向小截面过渡时,应采用渐变结构.P33图2-26三.熔体的充模流动要求:采用平稳、连续的扩展流,避免喷射流的产生.扩展流的特点:P35图2-29保证措施:①模具的浇注系统:P34图2-27-28②注塑工艺:温度、压力的平衡熔体绕过障碍物的流动和熔接痕的产生:熔体绕过障碍物的流动:产生熔接痕,以圆柱形为佳.P36图2-31熔接痕的产生的原因:①障碍物:型芯或嵌件②多浇口:③壁厚的变化:不均衡④喷流和蛇形流动四.聚合物成型过程中的物理变化:1.结晶和取向:主要指:熔体有高温向低温转变过程中,分子链结构形态的变化.结晶:分子链稳定、规则,制品具有较高强度.取向:分子链有序排列,制品具有各向异性.2.残余应力:主要有熔体在型腔内流动和冷却不平衡引起.分为:残余流动应力和残余冷却应力五.聚合物成型过程中的化学变化:1.降解:定义P46类型:热降解:温度引起氧化降解:热量和紫外线引起水降解应力降解避免降解的措施:P482.交联:P48定义:聚合物由线性结构转变为体形结构的化学反应过程,成为交联.