塑料加工流变学
《塑料流变成型原理》课件
塑料流变成型原理
熔融
注射
冷却
加注射到模具中。
模具中的塑料冷却并凝固成 为所需产品。
常见的塑料流变成型工艺
1
吹塑成型
通过吹塑机将熔融的塑料吹入模具中，制造中空产品。
2
挤出成型
将熔融的塑料通过挤出机挤出成形，常用于制造管材、膜和型材等产品。
3
压力成型
利用高压将熔融的塑料挤压到模具中，制造复杂形状的产品。
《塑料流变成型原理》 PPT课件
本课件将介绍塑料流变成型的基本原理和方法，旨在帮助大家更好地理解塑 料加工工艺，提高塑料制品的质量和效率。
塑料流变成型的介绍
塑料流变成型是指通过对塑料进行加热、融化、加压或挤出等操作，将其塑形成所需的形状和尺 寸的工艺过程。
流变学概述
流变学是研究物质在外力作用下的变形和流动规律的学科，它对塑料流变成 型过程的理解至关重要。
塑料流变成型的应用
塑料流变成型广泛应用于各个行业，包括汽车制造、电子产品、包装材料、建筑等领域。
总结和展望
通过本课件的学习，相信大家已经了解了塑料流变成型的基本原理和方法， 希望能够在实际应用中发挥更大的作用。
塑料流变性质
塑料的流变性质决定了它在加热、融化和塑形过程中的行为，包括黏度、流 变应力、流变指数等。
塑料流变成型方法
注塑成型
通过注射机将熔融的塑料注入模具中，快速冷却后得到所需产品。
挤出成型
将熔融的塑料通过挤出机挤出成形，常用于制造管材、膜和型材等产品。
吹塑成型
通过将熔融的塑料吹入模具中，利用气压使其充满模具，制造中空产品。
流变学在注塑成型加工中的应用
= 0 exp [ - b( T - T 0) ]
( 3)
公称注射量 QN / cm3 60 125 250 350 500 1000 2000 3000
注射时间 /s
10 16 20 22 25 32 40 46
公称注射量 QN / cm3 4000 6000 8000 1 2000 1 6000 2 4000 3 2000 6 4000
收稿日期: 2002- 10- 10 作者简介: 许文耀( 1976- ) 男, 广州华南理工大学 2000 级硕士研究生, 从事注塑成型加工理论及注塑成型加工过程仿真的研究。
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1 前言 注塑成型是塑料成型方法中最重要的一种加工方
法, 注塑成型制品约占塑料制品总 量的 20% 30% [ 1] , 尤其是塑料作为工程结构材料的出现, 注塑成型制品 的用途已扩大到国民经济的各个领域中, 并将逐步代 替传统的金属和非金属制品。随着人民生活水平和工 业化程度的不断提高, 对注塑成型制品的质量要求也 越来越高, 而注塑成型件的质量主要由以下因素决定: 注塑机的技术性能和注塑工艺条件及模具结构。而研 究这些因素都离不开流变学。 2 流变学简介
流变学是介于力学、化学和工程学之间的交叉、边 缘学科, 其应用范围十分广泛, 随着工业的发展和技术 的进步又促进了这一新科学的综合发展, 而进一步形 成各个边缘科学的流变学, 如聚合物流变学就是流变
学在聚合物加工中的应用而发展起来的。聚合物流变 学是适应高分子材料的发展而逐渐形成的, 在聚合物 的合成阶段, 流变学与化学结合在一起; 而后续的所有 阶段中, 则与聚合物加工与应用相结合。在高分子材 料中, 塑料约占 70% , 而塑料加工方法却有 30 多种, 但 大多数的加工方法都以熔体加工为基础。即先将固态 塑料加热、熔化、混合、输送、赋形, 再经固化得到所需 的制品。材料所经受的加热和变形历程将影响塑料微 观结构, 因而影响制品的最终性能。可见, 塑料的流变 特性在塑料加工中起着决定性的作用, 如果不弄清塑 料熔体的流动和变形, 就不容易对所用聚合物和填加 剂、配方设计以及设备结构提出恰当的要求, 因而不能 迅速提高制品质量和改进工艺。塑料加工流变学就是 适应塑料加工发展的需要而提出的, 它的主要任务是 以塑料( 或聚合物) 流体( 主要是熔体) 作为研究对象, 应用流变学的基本原理, 分析和处理塑料加工过程中
流变学在化工工艺中的应用分析
流变学在化工工艺中的应用分析流变学是研究物质在应力作用下变形和流动规律的科学。
在化工工艺中，流变学的应用非常广泛。
本文将从流变学的基本概念和原理开始，分析流变学在化工工艺中的应用，包括污泥处理、涂料涂层、塑料加工等方面。
首先，流变学在污泥处理中的应用十分重要。
污泥是生活污水和工业废水处理过程中产生的一种含有水分的浓稠物质。
由于污泥中含有许多固体颗粒，因此对于污泥的流动性和黏稠度的了解是非常重要的。
通过流变学的测量和分析，我们可以确定污泥的黏度、剪切应力和剪切速率之间的关系。
这可以帮助工程师们选择适当的污泥挤压设备、搅拌设备和输送设备，以保证污泥的稳定处理和高效率运输。
其次，流变学在涂料涂层工艺中的应用也非常广泛。
涂料是一种常用的表面保护材料，广泛应用于建筑、汽车、航空等各个领域。
在涂料的制备和施工过程中，了解涂料的流变性能对于保证涂装质量和施工效率至关重要。
通过流变学的研究，可以测定涂料的粘度、流动性和过渡温度等参数，并且确定涂料的流变类型（如牛顿流体、剪切稀化流体等）。
这些参数的掌握可以帮助工程师们优化涂料的配方和调整施工工艺，使得涂料在施工过程中具有适当的流动性和涂层厚度，从而获得高质量的涂装效果。
此外，流变学在塑料加工中也起着重要的作用。
塑料是一种流变性能非常复杂的材料，在加工过程中经历了熔融、塑化、流动、冷却等多个阶段。
流变学可以帮助工程师们了解塑料的熔融流动性、热稳定性和流动性等特性。
通过对塑料的流变性能的研究，可以优化塑料加工工艺流程，选择适当的模具和机器设备，并且有效地预测塑料制品的变形和缺陷。
此外，流变学还广泛应用于化工反应器的设计和优化。
在化学反应过程中，了解反应物料在反应器中的流动规律和变形规律非常重要。
通过流变学的研究，可以测定反应物料的粘度、黏度和剪切应力等参数，并根据这些参数优化反应器的结构和操作条件，提高反应效率和产物质量。
总结起来，流变学在化工工艺中的应用非常广泛，并且对于保证工艺的高效性、质量和安全性至关重要。
2.1塑料聚合物的流变行为
•
不稳定流动
塑料工艺
3、熔体破碎 、
塑料工艺
•
塑料的挤出或注射成列中常 看到这样一种现象， 看到这样一种现象，在较低的剪 切速率范围内， 切速率范围内，挤出物的表而光 形状均匀． 滑，形状均匀．但当剪切速率过 大超过一定极限值时， 大超过一定极限值时，从模口出 来的挤以物，其表面变得粗糙、 来的挤以物，其表面变得粗糙、 失去光泽、粗细不匀和弯曲， 失去光泽、粗细不匀和弯曲，这 种现象被称为“鲨鱼皮症” 种现象被称为“鲨鱼皮症”。此 时如再增大剪切速率， 时如再增大剪切速率，挤出物会 成为波浪形、 成为波浪形、竹节形或周期件螺 旋形，在极端严重的情况下， 旋形，在极端严重的情况下，会 断裂。这种现象称为“ 断裂。这种现象称为“熔体破 裂”。
第二章 塑料成型的理论基础
塑料工艺
内容简介： 内容简介： 本章研究了聚合物的流变、传热、结晶、 取向、降解、交联对原料配制、工艺确定 和成型加工的影响。 本章重点： 本章重点： 2.1聚合物的流变行为、2.3聚合物的结晶、 2.4成型过程中的定向作用
2.1聚合物的流变行为 聚合物的流变行为
塑料工艺
3、假塑性流体： 、假塑性流体：
塑料工艺 • 假塑性流体的特征 – 这种流体是非牛顿流体中最为普通的一种，它所表现的流动曲线是非直 线的。流体的表观粘度随剪切应力的增加而降低。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。 解缠理论： 解缠理论： – 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。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。
第二章 注塑成型工艺塑料成型理论基础
ηo=Co
Mw
a
（2-13）
Mw
或
lgηo =lgCo+alg
（2-14）
式中 子质量有关的常数。
图形分析；聚合物重均相对分子质量有一个临界值 M ′ (称为缠结相对分子质量)，Ⅰ、 M ＜ M ′时，大分子链缠 M 结较轻，近似呈现牛顿性质；Ⅱ、 M ＞ ′时，大分子链 缠结严重，熔体呈非牛顿性质。只要将 与M ́ M进行 w 比较，就可以大致确定注射成型生产中所用的聚合物是否 具有非牛顿性质。
将式（2-10）两边微分，整理后得
n d ln d ln
tan
（2-12）
此式可见非牛顿指数实际上等于对数流动曲线的斜率， 这从几何方面显示了n值能够反映非牛顿程度的流变学意 义。
(2) 图28、9分 别给出了 由试验得 到的几种 聚合物流 变曲线 (其中图 2-9为对 数坐标)。
假塑性液体流动曲线和 流变曲线讨论：
n 1
⑴根据 a 和 a K 作出理论流动曲线和流变 曲线，图2-6。 什么是假塑性？
对数流动方程:
lnτ=lnk+nln 10) 对数流变方程:
(2-
lnηa=lnK+(n-1) 1n (2-11)
与对数方程相应的直线型流动曲线和流变曲线如图2-7。
将它们分别与图2-6(b)和图2-7(b)比较，实验曲线 与理论曲线的变化趋势基本相似，这说明幂律流动规律 对于假塑性液体基本上是适合的。
结论：
①在中等剪切速率区域，假塑性液体的变形和流动所需 的切应力随剪切速率变化，并呈幂律函数规律增大； ②变形和流动所受到的黏滞阻力，即液体的表观黏度随 剪切速率变化，并呈幂律函数规律减小（这种现象称为 假塑性液体的“剪切稀化”效应）。
塑料加工流变学
缩短生产周期，提高生产效率，减小能耗
双色注塑成型
两种不同的材料由两个不同的注射单元经过两个浇口注 入到同一个型腔。 材料之间粘合性好，熔体粘度差异尽可能小。
谢谢！
塑性变形（plastic deformation）
应 力：引起变形的作用力F除以作用面积A 的内力 弹 性：除去外部应力时恢复原状的性质 内应力：单位面积上存在的与外力相对抗力，也称内摩擦力
粘 弹 性 物 质
流变学（Rheology）：研究物质流动及形变的科学
高分子材料结构流变学（微观流变学或分子流变学）
高分子材料流变性质与其微观结构-分子链结构，聚集态结构-之间的 联系，建立本构方程，沟通宏观材料流动性质与微观结构参数之间的 联系。
高分子材料加工流变学（宏观流变学或唯象流变学）
主要研究与高分子材料加工工程有关的理论与技术问题。如研究加工 条件变化与材料流动性质（粘度及弹性等）及产品力学性能之间的关 系。材料流动与分子结构及组分结构之间的关系，异常流变现象发生 的规律，原因及克服方法，典型加工成型操作单元过程的流变学分析， 多相体系的流变性质规律，以及同模具与机械设计相关的问题。
流变仪
旋转流变仪原理 剪切应力
Shear stress
F
A
单位面积所受的作用力
N m2 Pa
应变
Strain
g v
h
m constant m
单位长度的伸长
剪切速率
Shear rate
g
v dg m 1 s-1 h dt sm s
毛细管流变仪
毛细管流变仪由一个加热桶和一个活塞 组成，活塞向熔体施加应力，使之以一 定的剪切速率通过标准口模。口模形状 可以更改（长径比），以测量材料在不 同条件下的流变性能。
塑料流变成型原理2
塑料流变成型原理主讲：陈璞第2章高分子材料的制备反应2.1高分子与高分子材料2.1.1 基本概念2.1.2 命名2.1.3 分类2.1.4 组成和成型加工2.1.5 聚合反应2.1 高分子与高分子材料概述：高分子科学的历史、现状和未来2.1.1 基本概念高分子化合物简称高分子，是由成百上千个原子组成的大分子构成的。
大分子是由一种或多种小分子通过主价键一个接一个地连接而成的链状或网状分子。
低分子和高分子之间并无严格界线，分子量在10000以上者常称作高分子化合物。
分子量低于约1000的称为低分子，分子量介于高分子和低分子之间的称为低聚物，一般高聚物的分子量为104~106，分子量大于这个范围的又称为超高分子量聚合物。
一个大分子往往由许多相同的简单结构单元通过共价键重复连接而成。
分子量的大小对高聚物的性能影响很大，如分子量过小，机械强度差，分子量过大，给加工带来困难。
主链：构成高分子骨架结构，以化学键结合的原子集合。
侧链或侧基：连接在主链原子上的原子集合，又称支链。
支链可以较小，称为侧基；可以较大，称为侧链。
结构单元：又叫链节，是高分子中重复出现的那部分。
聚合度：聚合物分子中，结构单元的数目叫聚合度，用n表示。
若组成大分子的重复单元数很多，增减几个单元并不影响其物理性质，一般称此种聚合物为高聚物。
若组成该种大分子的结构单元数较少，增减几个单元对聚合物的物理性质有明显的影响，则称为低聚物。
广义而言，聚合物是总称，包括高聚物和低聚物，但谈及聚合物材料时，所称的聚合物常常是指高聚物。
由一种单体聚合而成的聚合物称为均聚物，由两种或两种以上单体共聚而成的聚合物称为共聚物。
聚合物材料的强度与分子量密切相关。
聚合物是分子量不等的同系列物的混合物，分子量或聚合度是一平均值。
这种分子量的不均一性亦称为多分散性。
或者说，在合成高聚物的过程中，由于各种因素的影响，所获得的高聚物是化学组成相同、结构不同而且相对分子质量不等的同系混合物。
《塑料流变成型原理》PPT课件
材料科学的内容：一是从化学的角度出发，研究 材料的化学组成、键性、结构与性能的关系规律；二 是从物理学角度出发，阐述材料的组成原子、分子及 其运动状态与各种物性之间的关系。
材料科学的主要任务就是以现代物理学、化学等 基础学科理论为基础，从电子、原子、分子间结合力、 晶体及晶体结构、显微组织、结构缺陷等观点研究材 料的各种性能以及材料在制造和应用过程中的行为， 了解结构－性能－应用之间的规律关系，提高现有材 料的性能、发挥材料的潜力，并能动地探索和发展新 型材料，以满足工农业生产、国防建设和现代技术发 展对材料日益增长的需求。
在新的世纪里，人类面临着五大问题：人口、 粮食、资源、能源与环境。
从某种意义上说，材料是一切文明和科学的 基础，它使人类及其赖以生存的社会、环境存在 着紧密而有机的联系。
一. 材料与人类文明及社会现代化
（一）材料与物质
材料是物质，但不是所有物质都可以成为材 料。
金属、陶瓷、半导体、聚合物（塑料等）、 玻璃、介电材料、纤维、木材等，还有许多复合 材料都属于材料的范畴。
(2) 按复合材料的形态和形状分类
颗粒状
纤维状
层状
(3) 按复合性质分类
合体复合（物理复合）
生成复合（化学复合）
(4) 按复合效果分类
结构复合材料
功能复合材料
1.1.3 材料科学的范畴及任务
人类历史可以说是按使用的材料种类来划分 的，一个国家使用的材料品种和数量是衡量这个 国家科学和经济发展水平的重要标志。
一个好的材料的选用，应是设计——工艺—— 材料——用户最佳组合的结果。
1.1 材料与材料科学
第一章高分子材料加工流变学概论(二讲)
σ=λ ·ε ε
拉伸流动与剪切流动的区别：剪切流动是一个平面在另一个 平面上的滑移,而拉伸流动是同一个平面上两质点距离的拉 长,而且拉伸应力有单双向之分。 拉伸流动主要用于拉丝、吹膜、中空成型和热成型。
第三节： 第三节： 高分子材料的粘性流动与弹性（P13）
熔体受应力作用产生变形， 粘性变形：熔体受应力作用产生变形，当应力解除 熔体受应力作用产生变形 后其变形不能完全恢复原状的称为粘性变形。 后其变形不能完全恢复原状的称为粘性变形。其流 动称为粘性流动 粘性流动。 动称为粘性流动。 熔体受应力作用产生变形， 弹性变形：熔体受应力作用产生变形，当应力解除 熔体受应力作用产生变形 后其变形能完全恢复原状的称为弹性变形。其流动 后其变形能完全恢复原状的称为弹性变形。 称为弹性流动 弹性流动。 称为弹性流动。受剪切应力而产生的弹性变形称为 剪切弹性。受拉应力而产生的弹性变形称为拉伸弹 剪切弹性。 性。 弹性模量：物体所受应力对其发生的弹性变形量的比 弹性模量 物体所受应力对其发生的弹性变形量的比 值称为弹性模量。 值称为弹性模量。因剪应力而引起的称为剪切弹性 模量；因拉应力而引起的称为拉伸弹性模量。 模量；因拉应力而引起的称为拉伸弹性模量。用数 学公式表示 ：
对于服从幂律方程的流体（假塑性流体）活化能E与流动指 数n的关系为：Er=nEτ 活化能：每摩尔运动单元流动时所需要的能量，活化能越 大，粘度对温度越敏感，温度升高时，粘度下降越明显。
几种聚合物熔体的活化能
聚合物 POM(190℃） PE(MI2.1,150℃) PP(250℃) PS(190℃) PMMA(190℃) PC(250℃) NBR NR 剪切速率/S－1 101～102 102～103 101～102 101～102 101～102 101～102 101 101 活化能/(KJ/mol) 26.4~28.5 28.9~34.3 41.8~60.1 92.1~96.3 159~167 167~188 22.6 1.1
制作塑料瓶流沙的原理
制作塑料瓶流沙的原理
制作塑料瓶流沙的原理是利用流变学原理和一些特殊的材料制造出具有流动性的塑料混合物。
制作塑料瓶流沙的步骤如下：
1. 选择一种适合制作流沙的塑料材料。
一般使用的是聚苯乙烯（PS）或者聚乙烯（PE）等具有较低的熔点和较高的流动性的塑料。
2. 将塑料材料切割成小块或者颗粒状。
3. 加入适量的溶剂，如苯乙烯或乙烯。
溶剂的作用是溶解塑料颗粒，使其变成具有流动性的液体。
4. 将混合物放入高速搅拌器中进行搅拌，使其充分均匀混合。
5. 加入染料和亮粉等颜料，以使混合物具有丰富的颜色和光泽。
6. 加入适量的细沙或矽藻土等颗粒状材料，使混合物的流动性更接近真实的流沙。
7. 继续搅拌和调整混合物的黏度，以达到所需的流动性和触感。
8. 将混合物灌入塑料瓶中，并根据需要添加气泡。
9. 封闭塑料瓶，确保流沙不会外泄。
10. 塑料瓶流沙制作完成，可以通过瓶口控制流动性和触感，模仿流沙的流动效果。
需要注意的是，制作塑料瓶流沙时需要注意材料的选择和配比，以及混合物的黏度和流动性的调整，这样才能制作出符合要求的流沙产品。
高分子材料流变学4塑料流变成型原理
高分子材料流变学4塑料流变成型原理塑料流变成型是一种将热塑性高分子材料加工成所需形状的方法。
这种加工方法非常重要，因为塑料是一种具有独特性能的材料，其成型能力直接影响到最终产品的质量和性能。
塑料流变成型的原理可以简单地理解为将热塑性高分子材料加热到玻璃化转变温度以上，使其变得可塑性，然后通过施加力和形状变化来实现成型。
具体来说，塑料流变成型涉及以下几个关键步骤：1.材料加热：将塑料原料以颗粒、粉末或片状等形式加载到加热设备中，并通过加热设备将其加热到玻璃化转变温度以上。
2.熔融：一旦塑料加热到足够高的温度，聚合物链之间的键会变得松弛，使得材料具有流动性。
这种高温下的塑料称为熔体，是进行塑料流变成型的基础。
3.施加力：在熔融状态下，施加外部力来给予材料以形状变化。
这种力可以通过模具、挤压机或注射机等设备施加。
施加力的方式取决于最终产品的形状要求。
4.成型：在施加力的同时，塑料熔体被带入模具中，使其填充模具中的空腔，形成最终产品的形状。
在模具中冷却后，塑料会重新固化，保持所需的形状。
5.产品冷却和固化：成型后的产品需要在模具中冷却，以使塑料重新固化，并保持成型后的形状。
冷却速度和时间取决于材料的特性和产品的尺寸。
塑料流变成型的原理主要通过控制塑料的温度和施加力的方式来实现。
温度可以改变材料的粘性和流动性，而施加力则可以驱使材料填充模具的空腔。
这种成型方式可以用于制造各种形状和尺寸的塑料制品，包括瓶子、盒子、零件等。
总的来说，塑料流变成型利用高温下塑料的可塑性和流动性来实现塑料制品的成型。
通过控制温度和施加适当的力，可以获得具有预期形状和性能的塑料制品。
塑料流变成型是一种重要的加工方法，广泛应用于工业生产和日常生活中。
塑料流变成型原理9
（三）螺杆的区域划分
（1） 加料段（固体输送段） 输送物料
（2） 压缩段（塑化段） 压实、熔融、塑化、排气
（3） 挤出段（计量段、均化段） 进一步压紧、塑化、搅拌均匀，并以一定的
流量和压力从机头口形流道均匀挤出。
（四）螺杆的几何尺寸
螺杆外径D、螺棱法向宽度e、螺杆与料筒的 间隙δ、螺纹导程 t (螺距f )、螺槽深度h、螺槽的 法向宽度W(r)、螺纹升角θ(r)
引起的流动对体积流量的贡献为负贡献，即反流。
x方向的流动：
这种流动与螺槽侧壁的方向垂直，除引起物料 在螺槽内发生环流外，主要是引起漏流。
漏流是由于物料在一 定压力作用下，沿x方向流 过螺槽突棱顶部与机筒内 壁的径向间隙δ造成的。这 种流动可视为物料通过一 个缝模的流动，缝模截面 垂直于x方向，缝高为δ， 缝长为2πR/cosθ。
Qk Q pk p
(7 61)
Q
两组曲线 的交点为螺杆 挤出机正常挤 出的稳定工作 点，可从下列 方程组求得：
0
Q N p
0
Qk
K
pk
0k
机头特性曲线
K3
K2
K1
N1 N2
螺杆特 性曲线
N3
△P
7 62
不难求出，这样的工作点满足：
横流
（二）螺槽内物料的速度分布及体积流量
考虑物料沿z方向的流动，根据假定 p 为常数。 z
对式(7 48)积分两次，先将式(7 48)变为：
2v z y2
1
0
p z
第一次积分
vz y
1
0
p z
y C1
第二次积分
vz
第二章塑料成型的理论基础第一节塑料成型过程中的流变现象
第二章塑料成型的理论基础第一节塑料成型过程中的流变现象塑料成型是指将塑料料坯经过加热软化后，通过外力作用使其充分流动并冷却成型的工艺过程。
在塑料成型过程中，塑料料坯的流变现象是十分重要的，对于成型工艺的控制和成品质量的保证起着关键作用。
流变学是研究物质在外力作用下变形行为的学科，它主要研究物质的流动规律、黏弹性等特性。
在塑料成型中，流变现象主要包括流变应力、塑料的流变行为以及流变模型。
下面将逐一介绍这些内容。
首先是流变应力。
流变应力是指物质在流动时受到的应力，它是刻画物质流动特性的重要指标。
在塑料成型中，流变应力的大小会直接影响料坯的流动性和成型质量。
一般来说，流变应力与塑料的流速成正比，而与塑料的黏度成反比。
因此，提高塑料的流变应力可以通过增加加热温度、加大注射速度、增加料筒压力等方式来实现。
其次是塑料的流变行为。
塑料的流变行为是指在不同的应力和变形速率下，塑料的流动规律和变形特性。
常见的塑料流变行为主要有牛顿流体、非牛顿流体和粘弹性流体。
牛顿流体是指物质的黏度不随应力和变形速率的增加而改变，如水；非牛顿流体是指物质的黏度随应力和变形速率的增加而改变，如糊状物和胶状物；而粘弹性流体是指物质既具有流体的特性又具有固体的特性，如塑料。
最后是流变模型。
流变模型是用数学函数来描述物质的流变行为的模型。
常用的流变模型有牛顿流体模型、Bingham模型、Maxwell模型等。
其中，牛顿流体模型适用于描述牛顿流体的流变行为，它的流变应力与变形速率成正比；Bingham模型适用于描述非牛顿流体的流变行为，它的流变应力与变形速率之间存在一个阈值；Maxwell模型适用于描述粘弹性流体的流变行为，它考虑了物质的弹性和黏性。
在塑料成型过程中，准确地描述和控制流变现象是确保成型工艺稳定性和成品质量的关键。
通过研究塑料的流变性质和应用合适的流变模型，可以优化成型过程参数，提高产品的性能和可靠性。
塑料加工流变性能
（4）根据实验要求设定温度 ，当达到实验所 设定的温度并稳定10min后，开始进行实验 。先对转矩进行校正，并观察转子是否旋转 ，转子不旋转不能进行下面的实验，当转子 旋转正常时，才可进行下一步实验； （5）物料由加料器投入混合室，放下压料杆 压实物料，开始记录，到预定实验时间停止 记录。实验时注意仔细观察转矩和熔体温度 随时间的变化； （6）当实验结束后，加入少量润滑剂，然后 拆卸清理混合器。
（2）非牛顿流体: 不符合牛顿流动定律,称为 非牛顿流体.通常可以用流动曲线来作判定.
iB PB N y
切变速率
图2 各类流体的流动曲线
S D
切变速率
图3 各类流体的粘度与切变速率的关系
N-牛顿流体;D-切力增稠流体（胀流体）S-切力变稀流体 （假塑性流体）iB-理想的宾汉流体;PB-假塑性宾汉体
流体的类型
（1）牛顿流体: • 低分子流体在流动时流速越大,流动阻力越大, 切 应力与切变速率成正比.
•
切应力 . 粘度
y
dx
+d
F dy
F
x
切变速率
粘度是流体内部反抗这种流动的内摩擦阻力,与分子间的 缠绕程度和分子间的相互作用有关.单位: N· 2, Pa· m/S s
（4）加料速度 • 物料加入混炼室时， 应使用斜槽柱塞加料 器，在尽可能短的时 间内把物料压入混炼 室内。其原因是如果 物料进入时间长短不 同，物料各部分受热 、受剪切的时间就不 同，造成结果波动， 重复性差。
1）宾汉流体(塑性体): 剪切应力小于一定值y,流体不动,当 y时, 才产生牛顿流动. 如牙膏,涂料和泥浆.
y
2）假塑性流体:
最新第三组 塑料的流变性
利用混炼器 完成的曲线
A点的高低与转速大小和干混料的表观密度有关，随料温升高逐渐接近混 炼预设温度，树脂软化，空气被排除转矩减小到B点，由于热和剪切作用， 树脂颗粒破碎，颗粒内的物料从表面开始塑化，物料粘度逐渐增加，转矩 迅速升高到C点，C点对应的峰为塑化峰，随着塑化后物料内部残留空气排 除，物料中各处温度趋于一体，熔体结构逐渐均匀，转矩逐渐降低达到相 对稳定值的平衡转矩D点，经过长时间混炼，pvc熔体中稳定剂逐渐丧失作 用时，物料开始分解并交联，颜色由黄变褐，转矩从E点迅速增高
物料被加到混炼室中，受到两个转子所施加的作用力，使物料在转子与 室壁间进行混炼剪切，物料对转子凸棱施加反作用力，这个力由测力传 感器测量，在经过机械分级的杠杆力臂转换成转矩值的单位牛顿.米（ N.m ）读数。其转矩值的大小反应了物料黏度的大小。通过热电偶对转 子温度的控制，可以得到不同温度下物料的黏度。
材料准备： • 聚氯乙烯（PVC） 45份 • 邻苯二甲酸二辛酯（DOP） 2份 • 三盐基硫酸铅 2份 • 硬酯酸钡(BaSt) 0.7份 • 硬酯酸钙(CaSt) 0.5份 • 石 蜡 0.2份 • 原材料应干燥、不含有强腐蚀、强磨损 性组分，材质和粒度均匀，粒径小于3.2mm。
• 准备工作 • （1）根据实验需要，将所用的混合器与动力系统组装起 来。 • （2）接通动力电源和压缩空气，稳定电源在220V+/-10V. • （3）按式（6-1）计算加料量，并用天平准确称量。 • W1=(V1-V0)×ρ×α0 (6-1) • W1-加料量 （g） • V1-混合器容量（cm3） • V0-转子体积（cm3） • ρ-原材料的固体体积或熔体密度（g/cm3） • α-加工系数，按固体或熔体密度计算为 0.655、0.80。 • 对于硬质PVC来讲 ，加料量应为65 g左右。 • 2. 操作 • （1）接通主机电源后，调节温度加热。 • （2）当温度达到要求后，预热一段时间，然后加料开始 记录实验参数。 • （3）当实验结束后，加入少量润滑剂，然后拆卸清理混 合器。
塑料成型工艺学第二章塑料成型的理论基础
·γ
·γ ·γ ·γ
● 牛顿流体
含义：服从牛顿流动定律的流体称为牛顿流体。 牛顿流体的主要特点（应力应变曲线)（见下图）
①液体的应变随应力作用时间线形增加（见图b）,应力-应变速率间成正 比关系。说明牛顿液体的应变是剪应力和时间的函数，直线斜率就是 。
②以τ对 作图时，可得通过原点的直线（图c），直线斜率是牛顿黏度， 是一个常数。
✓ 熔体破裂： 即塑料的挤出或注射成列中 常看到这样一种现象，在较低的剪切速率 范围内，挤出物的表而光滑，形状均 匀．但当剪切速率过大超过一定极限值时， 从模口出来的挤以物，其表面变得粗糙、 失去光泽、粗细不匀和弯曲，这种现象被 称为“鲨鱼皮症”。此时如再增大剪切速 率，挤出物会成为波浪形、竹节形或周期 件螺旋形，在极端严重的情况下，会断裂。 这种现象称为“熔体破裂”。总之，它是 挤出物出现凸凹不平或外形发生畸变、断 裂的总称；
·γ
不同类型流体的黏度-剪切速率关系
对于假塑性流体，它的流动曲线也不是直线，与 牛顿流体不同的是它的表观粘度会随剪切应力的增加 而下降。常规聚合物熔体都属于这一类型。假塑性流 体之所以有这样的流动行为，多数的解释是：剪切作
用使分子链解缠。
对于膨胀性性流体，它的流体的流动曲线也不是直线，与假塑性流体不同的是它的 表观粘度会随剪切应力的增加而上升。属于这一类型的流体大多数是固体含量高的悬 浮液，处于较高剪切速率下的聚氯乙烯糊塑料的流动行为就很接近这种流体。膨胀性 流体之所以有这样的流动行为，多数的解释是：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间充当润滑剂，因 此，表观粘度不高。但当剪切速率逐渐增高时，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，
塑料流变成型原理51-图文
塑料流变成型原理51-图文
1.流变学概念
流变学是一门研究材料流动及变形规律的科学。
流变学是研究物质流
动和变形的科学。
也就是研究材料的流动和变形与造成材料流变的各种因
素之间的关系的一门科学。
所谓变形，是指施加适当的力系于物质上，而使其形状或大小发生变化。
当变形的程度随时间而连续变化时，就称为流动。
遵从牛顿流动定律的液体称牛顿流体，遵从胡克定律的固体称胡克弹
性体。
流变学是从研究水利、运输、土建、冶金等问题开始的，逐渐扩展到
高分子材料中去。
许多现代工业，特别是塑料、橡胶、纤维、皮革、油漆、和涂料以及食品等工业，其加工和使用过程与聚合物的流动和形变等现象
密切相关，因而产生了聚合物流变学。
2.流变学研究的内容和意义
结构流变学（微观流变学）
研究内容可分
加工流变学（宏观流变学）
结构流变学的进展对高分子材料流变学理论研究具有重要的价值。
注塑过程的流变分析及其应用探讨
２０ ００ ３０ Ｏ０
４Ｏ ． ４６
３ ｏ） ２（ ０ ６ 舢
ｌ． ０６ １． ２３
其 中： Ｐ为加工物料密度 ， Ｑ为流率 ，口为物料定 压比热 容 ， ７ ｃ △＇ 为平 均温升 ，． △Ｐ为不考虑压力效率 的压力差。因此可得 ：
Ａ Ａ ／ｐ， （） Ｔ＝ ｏ ｆｃ ） ２ 而粘度与温度的关系可用如下方程表达 ：
（ ） 当量半径 Ｒ 由选定的浇注系统某环节 中的 按方程（５ 计 ３求 Ｎ ， ） 算所得 的 Ｑ值 ， 结合方程（ ） 即可求出 Ｒ 。 ４， （ 求体积流率 Ｑ 多点 进浇 的大型单腔模或多腔模 中， ４） 若各分流道 按平衡式布置 ， 则各分流道及与之相连的浇口中熔体的体积漉率为
ＱＲ Ｑ ： ／ｍ（ ｍ ／ （ ） ｃ ３ ｓ ６
＝ Ｌ Ｘ 一 （ —Ｔ ） （ ） １ｅ ． ｐ［ ｂ Ｔ ｏ ］ ３ ｏ 其 中 为温度 时的粘度 ， ｂ为经验常数 ， 为壁温。 根据上述方程 ， 采用适 当 的方法 ， 求出壁 温对 出 口温 度的影 响。 可 通过研究可知 ： 壁温 越低 ， 粘性耗散则越大。 ２２ 注塑 模 浇 注 系统 的设 计 ． 浇注系统不仅是用于连接 注塑机和注塑模实现充模 ， 而且对制品的 质量 （ 如尺 寸稳定 、 内应力 、 缩孔 、 凹陷 及力学 强度 等 ） 重 大的影 响。 有 因此根据塑料熔体的流变行 为 ， 选择浇 口位置与数量 。 确定最佳浇 注系 统． 足寸显得很有意义。当主流道和分流道的剪切速率 ＝ ×１２ｓ １ ５ ０ 一 ５ × １３ 一 浇 口的剪切速率 ： １ —１— ０ — 时 ， ０ １， ｓ ０５ ４ １ ５ １ 熔体接 ５ 近等温流动。根据聚合物流变学原理设 计的浇注 系统 可使熔体 在浇道 中的运动接近等温流动 ， 可以克服经验设计的不 足。热塑性塑料 在加工 过程 中皆呈现出非牛 顿型流体 行为 。实 验表 明 ， 大多数 塑料 ． ｙ＝５ Ｘ
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的流体具有不同的流变曲线，根据流变曲线
的不同，流体可以分为以下几种：
一、牛顿流体
二、非牛顿流体
2.1 牛顿流体
牛顿流体的特点：
①一般为低分子的纯液体或稀溶液
②在一定温度下，牛顿液体的粘度为常数， 它只是温度的函数，随温度升高而减小
D 为剪切速度
牛顿黏度定律：在层流条件下的剪切应力与剪切速度成正比 流动方程：D=S/η 特点：1.它的切变速度与剪切应力之间是通过原点的直线关系； 2.斜率为1/η，所以温度一定时，其黏度η是一个常数， 与D 无关，即黏度只是温度的函数(反比)
g (t)
Time
*(t)
分割为弹性与完全变形行为
*(t)
d
Time
g (t)
t)( “
Time
g (t)
t)( ‘
流变学与模具设计的关系：
为了能有效地进行塑料模具设计和选择材料与
工艺，为了提高塑件的成型加工效率，为了使塑件
制品具有满意的使用性能，关键是对聚合物熔体在
模腔内的流动行为有深刻的了解。因此，在塑料制
毛细管流变仪
毛细管流变仪由一个加热桶和一个活塞 组成，活塞向熔体施加应力，使之以一 定的剪切速率通过标准口模。口模形状 可以更改（长径比），以测量材料在不 同条件下的流变性能。
无论是旋转流变仪测得的低剪切粘度还是毛细管流变仪测得的高剪切粘度 都是“真实粘度”，或者说“绝对粘度”。
流变仪
旋转及振荡流变仪（rotational and oscillatory rheometers）
2. 剪切速度与剪切应力
液体受应力作用变形，即流动， 是不可逆过程。 D为剪切速度(rate of shear), 各液 层的速度不同而产生的速度梯度
D=dv/dy
剪切应力（S）：使液层产生相对 运动需施加外力，在单位面积上 所需施加的这种力称剪切应力。
7
一切流体的流变性都可以用切变速度D与
剪切力S之间的关系曲线来描述，这种关系曲
影响聚合物加工的主要流变性能
主要有聚合物的流动性、弹性和断裂特性。 流动性：以黏度的倒数表示流动性。按作用方式的不 同，流动可以分为剪切流动和拉伸流动；相应地有剪 切黏度和拉伸黏度。 弹性：由于聚合物流体流动时，伴随有高弹形变的产 生和贮存，故外力除去后会发生回缩等现象。 断裂特性：是影响聚合物（尤其是橡胶）加工的又一 流变特性，它主要是指生胶的扯断伸长率，以及弹性 与塑性之比。
3. 流变性的测定
对于塑料流体来说，最重要的流变学特性就是黏 度。动力学黏度计算公式为：
S n( D ) D
黏度的测定方法：
一、旋转流变仪 二、毛细管流变仪
流变仪
旋转流变仪
小角度的振荡，可以提供如熔融黏度、 分子质量、重均分子量分布和聚合物松 弛等。储能（弹性）模量及损耗（粘性） 模量与振荡频率的关系图。
单位时间的应变，也称为“剪切梯度”、“速 度梯度”、“应变率”、“变形率”）
流变仪
毛细管流变仪原理
Poiseuille-Hagen定律
r
P r 2L
r gr
r 3 P
8L Q
g
r
4Q r 3
毛细管流变 仪阶段性稳 态剪切速率 使用毛细管流变仪得到的高剪切粘度与使用动态旋 转式流 变仪得到的低剪切粘度同样具有可比性，因为 它们所测的都是“真实的”或绝对粘度。但扭矩式流 变仪则不同，它只是通过测量扭矩间接得到相对粘度。
置均匀冷却。
（3）调整成型工艺：增大注射压力；增大注射量；增加注
射速度以产生更多的黏滞热，降低熔料粘度。
当模具填充不满时，除了增大注射量和注射速率，加大 流道系统尺寸以便将此流量传送至浇口外，降低塑料熔体的 表观粘度是一种有效的方法。 降低粘度的一种方法是升高温度。因为在剪切速率恒定 时，熔体的表观粘度随温度升高而降低。 降低粘度的另一种方法是提高剪切速率，因为大部分聚 合物属于假塑性流体，其粘度随剪切速率的增加而按指数方 程下降。
P
2R
流变仪
测量的参数:
• • • • 变形（应变） 速率/频率 温度 时间
固体(完全弹性)行为
获得的参数
• • • • 模量 粘度 弹性 阻尼性能
流体(完全变形)行为
稳态：一定时间内变形是 固定值（毛细管流变仪） 动态：变形遵循正弦函数 （旋转流变仪） g
*(t)
Time g (t)
粘弹体行为
品的加工过程中，塑料熔体的流变学理论便成为模
具设计者不可缺少的基本理论基础。
流变学在模具设计中的应用：
1.应用流变学可以进行浇注系统的设计，使塑料熔体在流道
中的运动接近等温流动，避免设计经验的不足；
2.根据流变学的基本原理，结合恰当的数值方程，可以实现 充模流动分析； 3.根据流变学原理，可以合理的控制注塑工艺条件如温度、 压力及注射速率等，保证熔体粘度合适，使塑料的成型工艺
性能处于良好状态。
填充不足
型腔未完全充满，主要发生在 远离浇口或薄截面的地方，同时 也有因排气不良造成无法注满的 情况。
解决措施
（1）变更塑件设计：应设法使射出的熔料容易流动，如增
大壁厚。 （2）变更模具设计：增加浇口尺寸或数目，以缩短流动长 度。增大流道系统尺寸，以减少流动阻力。增加排气孔尺 寸与数目。将排气孔设置在最后充填区域，以利排气，设
粘性 （viscous）
粘弹性 （viscoelastic）
弹性 （elastic）
流体
（流动行为）
粘弹性流体
（流动行为）
粘弹性固体
（变形行为）
Newton定律 流动/粘度曲线 稳态流变学
Maxwell定律
Kelvin/Voigt定律
蠕变实验，弛豫实验，振荡实验 动态流变学
高分子材料流变学的研究内容
流变学的概念及应用
1.流变学概念
流变学是研究物质流动及变形规律的科学。也就
是研究材料的流动和变形与造成材料流变的各种因素 之间的关系的一门科学。 所谓变形，是指施加适当的力系于物体上，而使
其形状或大小发生变化。当变形的程度随时间而连续
变化时，就称为流动。
弹性变形（elastic deformation ） 变形
ห้องสมุดไป่ตู้分子材料结构流变学（微观流变学或分子流变学）
高分子材料流变性质与其微观结构-分子链结构，聚集态结构-之间的 联系，建立本构方程，沟通宏观材料流动性质与微观结构参数之间的 联系。
高分子材料加工流变学（宏观流变学或唯象流变学）
主要研究与高分子材料加工工程有关的理论与技术问题。如研究加工 条件变化与材料流动性质（粘度及弹性等）及产品力学性能之间的关 系。材料流动与分子结构及组分结构之间的关系，异常流变现象发生 的规律，原因及克服方法，典型加工成型操作单元过程的流变学分析， 多相体系的流变性质规律，以及同模具与机械设计相关的问题。
S 为剪切应力
2.2 非牛顿流体
非牛顿流体(nonNewtonian fluid):不符合牛顿流动定律的
液体，如乳剂、混悬剂、高分子溶液、胶体溶液、软膏
以及固－液的不稳定体系等
按非牛顿流体流动的曲线类型可分为塑性流动、假塑性 流动、胀性流动、触变流动
A-牛顿流体； B-塑性流体； C-假塑性流体；D-胀性流体； E-触变性流体.
锥板转子（Cone-Plate） with dispersions only useful for particles under 5m 圆筒状转子（Cylinder） not recommended for pastes (air bubbles)
平行板（Parallel-plates） useful for gels and pastes
影响流动性a的主要因素
分子链支化：短支链使粘度下降，长支链使粘度上升
温度：温度升高，粘度下降 剪切应力和剪切速率： 和 ŕ升高，粘度下降 压力：压力升高，粘度增加 分子量：分子量越高高，粘度增加 分子量分布：分子量相同时，分子量分布窄粘度变化小
添加剂：
炭黑： ①增粘效应。②减弱非牛顿流动体系流动性，提高n值。 碳酸钙：①增容作用，降低成本。增大了粘度，加工性能下降。 增塑剂：①降低熔体粘度，降低熔点，改善流动性。
流变仪
旋转流变仪原理 剪切应力
Shear stress
F
A
单位面积所受的作用力
N m2 Pa
应变
Strain
g v
h
m constant m
单位长度的伸长
剪切速率
Shear rate
g
v dg m 1 s-1 h dt sm s
塑性变形（plastic deformation）
应 力：引起变形的作用力F除以作用面积A 的内力 弹 性：除去外部应力时恢复原状的性质 内应力：单位面积上存在的与外力相对抗
黏
性：是液体内部所存在的阻碍液体流
动的摩擦力，也称内摩擦力
粘 弹 性 物 质
流变学（Rheology）：研究物质流动及形变的科学
缩短生产周期，提高生产效率，减小能耗
双色注塑成型
两种不同的材料由两个不同的注射单元经过两个浇口注 入到同一个型腔。 材料之间粘合性好，熔体粘度差异尽可能小。
谢谢！