塑料成型技术

§10-2 塑ຫໍສະໝຸດ Baidu成型理论基础
层流流速分布模型
§10-2 塑料成型理论基础
塑料成形中，大多数塑料熔体都是非牛顿流体，它们中大部分近似 服从指数流动规律：
d n K K ( ) dt
n
式中：K－稠度系数，n－非牛顿系数 指数流动规律也可表示为：
a
n1 K
•
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取向的影响因素有： • 塑料熔体的加工温度，提高加工温度有利于产生解除取向效 应 • 聚合物分子松弛时间，结晶型塑料松弛时间短容易使取向冻 结，其取向成熟高于无定形塑料 • 模具温度低时熔体冷却速度加快，冷冻取向效应提高塑料比 热大，热导率低会降低熔体冷却速度，有利于取向的解除 • 注射压力可提高熔体的切应力和剪切速率，有助于分子取向 • 大浇口冷却慢，浇口封闭晚，取向作用加强 • 快速充模使制品表面层分子取向增高，中心部位取向减弱
大分子链结构的类型
§10-1 塑料的组成、分类及主要的成型方法
二、塑料的分类 按制造方法分：聚合树脂塑料和缩聚树脂塑料两类 按成形性能分：热塑性塑料和热固性塑料两类 按用途分：通用塑料、工程塑料和特殊用途塑料等
常用塑料名称及英文代号
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三、塑料的可加工性及主要成型方法
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2.聚合物取向：聚合物的大分子及其链段或结晶聚合物的微 晶粒子在应力作用下形成的有序排列叫做取向。 • • • • 塑料在成形过程中会发生不同类型的取向。一种是流 动取向，另一种是拉伸取向 取向会使制品产生明显的各向异性。 其不利之处为增加了制品翘曲的可能性 有利之处为制品受力方向与取向方向一致可改善制品 质量。同时使结晶提前，使制品密度和强度都相应提 高 另外，取向程度的提高会使线收缩率增加，线膨胀系 数也随之变化
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一、塑料的流变性 牛顿流动规律：温度一定时，低分子液体流动时的切应 力与切应变速率成正比，即：
d d dt dt
式中： h 为剪切粘度（ Pa· s ）。符合上式的流体称为牛 顿流体，比例系数 h称为牛顿粘度，它是流体本身固有 的性质，其数值表征了流体抵抗外力引起流动形变的能 力
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一、塑料的组成及结构特点 塑料是以人工合成树脂为主要成分，添加一定数量的稳定剂、 填充剂、增塑剂、润滑剂、着色剂、固化剂等助剂的高分子混 合物 低分子化合物单体经过聚合反应转变成大分子物质，其原子以 共价键的方式形成大分子结构，相对分子质量一般不低于104 聚合物所含单元的数量N，称为聚合度，N越大，聚合物的相对 分之质量越高 聚合物大分子均为长链状结构，容易弯曲。其链状结构有线性 、支链型和体型三种类型，如图示
f(m)和d 可用来衡量塑料的注射成型性能， f(m) 低时，有利于熔融，生产时耗能少；f(m)温度区间大时，
塑料熔体的热稳定性好，可在较宽温度范围内变形和流动 塑料的成型方法有很多，其中主要有：注射（塑）成型、 挤出成型、压缩成型、压铸成型、吹塑成型等。据统计，目 前注射制品约占所有塑料制品总产量的 30%，占工程塑料制品 的80%，故注射成型是一种最主要的成型方法
称为聚合物熔体的表观粘度。它表征的是非牛顿流体在外力作用下 的抗切应变的能力 • • • 粘度是描述塑料熔体流变行为最重要的参数 对于牛顿流体，其粘度h为一个不变常量 对于非牛顿流体，其表观粘度受多种因素影响
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在聚合物流变学理论中，凡是服从指数流动规律的非牛顿流体统称为粘 性流体。根据n的取值范围可将粘性流体分为三类： n<1时，称为假塑性液体，绝大多数聚合物熔体与溶液的流动都接近 于假塑性流体 n>1时，称为膨胀性液体 n=1时，且只有切应力达到或超过一定值后才能流动的，称为 Bingham体
随温度升高，聚合物将呈现玻璃态、高弹态、粘流态三种状态
聚合物的物理状态与温度的关系 1－线性非结晶聚合物；2－线形聚合物；3－金属
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玻璃态是聚合物的使用状态， g 称为玻璃化温度 , 为衡量制 品使用范围的标致之一，g越高，制品对环境温度适应性越 强 f为粘流温度，是聚合物从高弹态转为粘流态的温度 m 为熔点，是聚合物的熔融温度 d 为热分解温度，是聚合物高温下开始分解的温度
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3.聚合物的降解：聚合物相对分子质量降低的现象称为聚合 物的降解。 • 通常聚合物分子是在受到热和应力或者微量水分、 酸、碱等杂质及空气中氧的作用而使大分子结构改 变，产生降解 • 降解是有害的，按轻重不同会使聚合物变色、出现 气泡和流纹、甚至焦化变黑
不同类型流体的流动曲线
不同类型流体的流变曲线
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表观粘度影响因素分析： 1）聚合物结构和其他组分的影响 聚合物相对分子质量越大，熔体的粘度和非牛顿性越 大。相对分子质量分布较宽的聚合物，其粘度对剪切 速率的敏感性较大，非牛顿性也较强 2）温度的影响 在粘流态，热塑性塑料熔体的粘度随温度升高而呈指 数规律降低，但不同熔体粘度对温度的敏感程度不同 3）压力的影响 随外部压力增大，熔体受压缩体积减少，分子间作用 力增加致使粘度也随之增大。由于塑料熔体的压缩率 不同，不同熔体的粘度对压力的敏感性也不同 4）剪切速率的影响 塑料熔体的表观粘度随着剪切速率或切应力的增大而 减少，不同种类的塑料对剪切速率的敏感性不同
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二、塑料成形过程的物理和化学变化 1.聚合物的结晶：在一定的外界条件下，聚合物分子在空 间作规则性的排列称为结晶 • 聚合物结晶态与低分子物质结晶有很大区别，主要表现 为晶体不整齐、结晶不完全、结晶速度慢、没有明晰的 熔点等。其形态常为球晶，用结晶度来表示其程度。一 般聚合物的结晶度为10％～60％ • 结晶度的提高可增加聚合物密度、抗拉强度、刚度和热 变形温度，但降低了聚合物冲击韧性。由于结晶时形成 球晶，致使制品的透明度降低。另外结晶度提高会在制 品内产生较高的附加应力而引起制品翘曲 • 在塑性加工中影响结晶度的因素有：温度及冷却速度、 熔融温度与熔融时间和应力