塑料成型基礎ppt課件(已修改)

　

【正文】 第 1章 167。 聚合物分子的結構特點 基本概念 1）塑料的主要成分是 樹脂 → 樹脂分為天然樹脂和合成樹脂 2）聚合物：是由一種或幾種簡單化合物通過聚合反應而生成的一種高分子化合物。合成樹脂就是一種聚合物，簡稱 高聚物 或 聚合物 167。 聚合物分子的結構特點 2．聚合物的特點： （ 1） 含原子數量多 ，一個高分子中含有幾千個、幾萬個、甚至幾百萬個原子。 （ 2） 分子量大 ，高分子化合物的分子量一般可自幾萬至幾十萬、幾百萬甚至上千萬。例如尼龍分子的分子量為二萬三千左右，天然橡膠的為四十萬。 （ 3） 分子長度相對于低分子長 ，例如低分子乙烯的長度約為 ，而高分子聚乙烯的長度則為 ，是前者的 13600倍。 167。 聚合物分子的結構特點 3. 聚合物的分類： 1）聚合物大分子基本上都屬于長鏈狀結構，按結構不同可分為： a) 線型聚合物 b)帶有支鏈的線型聚合物 c)體型聚合物 167。 聚合物分子的結構特點 2）按分子結構及熱性能不同分 a)熱塑性 （ PE、 PP、 PVC、 PS、 ABS、PMMA、 PA、 POM、 PC等） b)熱固性 （酚醛塑料、氨基塑料、環氧塑料、聚鄰苯二甲酸、二烯丙酯、有機硅塑料、硅酮塑料） 167。 聚合物分子的結構特點 3）聚合物的結構按照分子排列的幾何特征，可分： a) 結晶型聚合物 b)無定形聚合物（遠程無序，近程有序） 注：結晶只發生在線型聚合物和含交聯 不多的體型聚合物中。 167。 聚合物的熱力學性能 聚合物的物理狀態： 1）定義：聚合物在不同溫度下所表現出來的分子熱運動特征稱為聚合物的物理狀態。 2）分類： 玻璃態（結晶態） 高彈態 粘流態 167。 聚合物的熱力學性能 2. 聚合物的熱力學曲線： 1— 線型無定形聚合物； 2— 線型結晶聚合物 玻璃態 高彈態 粘流態12b? g? f? d?m?（脆化溫度） （玻璃化溫度） （粘流溫度） （熱分解溫度） （熔點） 167。 聚合物的熱力學性能 玻璃態： 塑料處于溫度 以下的狀態，為堅硬的固體，是大多數塑件的使用狀態。 稱為玻璃化溫度，是多數塑料使用溫度的上限。 高彈態： 塑料處于溫度 和 之間的狀態，類似橡膠狀態的彈性體，仍具有可逆的形變性質。 g?g?f?g?167。 聚合物的熱力學性能 粘流態： 當塑料受熱溫度超過 時，由于分子鏈的整體運動，塑料開始有明顯的流動，塑料開始進入粘流態變成粘流液體，通常我們也稱之為 熔體 。塑料在這種狀態下的變形不具可逆性質，一經成型和冷卻后，其形狀永遠保持下來。 稱為 粘流化溫度 ，是聚合物從高彈態轉變為粘流態（或粘流態轉變為高彈態）的臨界溫度。當塑料繼續加熱，溫度至 時，聚合物開始分解變色， 稱為 熱分解溫度 ，是聚合物在高溫下開始分解的臨界溫度。 d?d?f?f?167。 聚合物的流變學性質 流變學 — 研究物質變形與流動的科學。 粘流態的聚合物在外力作用下，相互交纏卷曲的大分子鏈將會 沿受力 方向發生解纏，伸直以及相對滑移，從而表現出一種變形量很大的宏觀流動。 聚合物的流變學主要研究聚合物在外力作用下產生的 應力 、 應變 和 應變 速率等力學現象與 自身粘度 之間的關系，以及影響這些關系的各種因素。 ： 牛頓在研究 液體流動 時發現， 溫度一定 時，低分子液 體在流動時的 切應力 和 剪切速率 之間存在著如下關系： 式中 — 液層之間的單位距離內的速度差，稱 為速度梯度 — 單位時間內的切應變，稱為剪切速率。 — 比例常數，稱為剪切粘度或牛頓粘度。 ??????? ???????????????? dtddrddrd?dtd??167。 聚合物的流變學性質 167。 聚合物的流變學性質 凡是液體層流時符合牛頓流動規律的通稱 牛頓流體， 其特征為應變隨應力作用的時間線性地增加，且粘度保持不變（定溫情況下），應變具有不可逆性質，應力解除后應變以永久變形保持下來。 167。 聚合物的流變學性質 2. 指數流動規律： 式中 K— 與聚合物和溫度有關的常數，可反映聚合 物熔體的粘稠性，稱為 粘度系數 ； n— 與聚合物和溫度有關的常數，可反映聚合 物熔體偏離牛頓流體性質的程度，稱為 非 牛頓指數。 nnnKdtdKdrdvK ??? ????????????????167。 聚合物的流變學性質 注： 在注射成型中，只有少數聚合物熔體的 粘度對剪切速率不敏感如 PA、 PC等，除常 把它們近似視為牛頓流體外，其它絕大多數 的聚合物熔體都表現為非牛頓流體。這些 聚合物熔體都近似地服從指數流動規律。 167。 聚合物的流變學性質 上式可改寫為： 設 于是，式（ ）改寫為 式中 ? ???? ?? 1?? nK1?? na K ?? ???? ?a? （ ） （稱為流變方程） （ ） （稱為流動方程） （ ） a?— 非牛頓液體的表觀粘度。 167。 聚合物的流變學性質 就表觀粘度的力學性質而言，它與牛頓粘度相同。但是， 表觀粘度 表征的是非牛頓液體（服從指數流動規律）在外力的左右下抵抗剪切變形的能力。由于非牛頓液體的流動規律比較復雜，表觀粘度除與流體 本身的性質 以及 溫度 有關以外，還受剪切速率 的影響，這就意味著外力的大小及其作用 時間 也能改變流體的粘稠性。 167。 聚合物的流變學性質 討論： n＝ 1時， 這意味著非牛頓流體變為牛頓流 體，所以， n值可以用來反映非牛頓也體 偏離 牛頓流體性質的 程度。 n≠1時 ，絕對值 ∣ 1－ n∣ 越大，流體的非牛頓性越 強，剪切速率對表觀粘度的影響越強。 其中 n＜ 1時，稱為 假塑性液體 。（在注射成型中，除 了熱固性聚合物和少數熱塑性聚合物外，大多數聚合物熔體均有近似假塑性液體流變學的性質） N＞ 1時，稱為 膨脹性液體 。（屬于膨脹性液體的主要 是一些固體含量較高的聚合物懸乳液） ?? ?? Ka??1 2 3 4 圖 不同類型流體的流動曲線 1— 膨脹性流體； 2— 牛頓流體； 3— 假塑性流體； 4— 復合型流體 剪切速率 切應力 ?不同類型流體的流動曲線 167。 聚合物的流變學性質 不同類型流體的流變曲線 1 2 3 表觀粘度 ? 圖 不同類型流體的流變曲線 1— 膨脹性流體； 2— 牛頓流體； 3— 假塑性流體 ??剪切速率 167。 聚合物的流變學性質 167。 聚合物的流變學性質 在中等剪切速率區域，假塑性液體的流變學性質表現為： 1）變形和流動所需要的 切應力 隨 剪切速率變化，并呈指數規律增大； 2）變形和流動所受到的粘滯阻力，即液體的表觀粘度隨剪切速率變化，并呈指數規律減小。 這種現象稱為假塑性液體的 “ 剪切稀化 ” 167。 聚合物的流變學性質 （ 1）聚合物結構對粘度的影響 ? 分子結構 ? 相對分子質量 ? 相對分子質量分布（聚合物內大分子之間相對分子質量的差異） 167。 聚合物的流變學性質 （ 2）溫度對粘度的影響 注：注射成型生產中，依靠提高溫度降低熔體粘度以改善流動性的工藝控制方法，主要適用于粘度對剪切速率不太敏感或其熔體近似服從牛頓流動規律的聚合物，如 PMMA、 PC、PA66等這些材料不需要增加很多溫度而它們的粘度卻下降不少。 167。 聚合物的流變學性質 （ 3）壓力對粘度的影響 注：粘度對壓力的敏感性會因聚合物不同而不同。通常認為，聚合物熔體的壓縮率越大，其粘度對壓力的敏感性越強 167。 聚合物的流變學性質 熱固性聚合物和熱塑性聚合物流變行為的不同可以用圖 說明： C B A jc? 溫度 流動性 圖 溫度對熱固性聚合物流動性的影響 A— 總的流動曲線； B— 粘度對流動性的影響曲線； C— 交聯反應速度對流動性的影響曲線 167。 聚合物熔體在成型過程中的流動狀態 ： ： 48RLqp va ????312WhLqp va???167。 聚合物熔體在成型過程中的流動狀態 Ⅰ 塑料聚合物熔體在注射機內的旋轉螺桿與料筒之間進行輸送、壓縮、