聚合物成型加工重点

聚合物的加工性质 可模塑性、可挤压性、可延性、可纺性

玻璃态适合机械加工、固相成型

高弹态压力成型、吹塑成型、弯曲和拉伸操作 注意关键问题是：在保持外力作用下，把制品的温度迅速冷却到Tg 以下。也就是说要充分考虑到加工中的可逆形变，否则就得不到符合形状尺寸要求的制品。

粘流态熔体加工，如注射、挤出、压延、熔融纺丝、热贴合

Tb 以下，材料使用的下限。破碎加工

2）结晶聚合物处于不同聚集态时与加工的关系：加工方法：

a.Tg 以下， 机械加工；

b.Tg~ Tm 间，当外力大于材料的屈服强度时，可进

行薄膜和纤维的拉伸操作；

c.Tm 以上， 主要进行熔体加工。

一聚合物的可挤压性

1.定义：可挤压性是指聚合物受到挤压作用形变时，获得形状和保持形状的能力。 可挤压性的评价：熔体指数：

MI 指聚合物熔体在一定温度、一定压力下，10min 内通过标准毛细管的质量值，g/10min 。

二、 聚合物的可模塑性

1. 定义：聚合物在温度和压力作用下变形和在模具中模塑成型的能力。

模塑条件这里主要是指温度和压力

a.若温度太高时，虽然熔体的流动性好，易于成型，但会引起降解，制品的收缩率大；

b.若温度过低，虽然熔体粘度增大，但流动困难，成型性差，并且因弹性增加，使制品形状稳定性差；

c.适当增加压力，通常能改善聚合物的流动性；

d.压力过高时，会引起溢料和增大制品的内应力；

e.压力过低时，造成缺料。

A

温度T d c b a 线良不面表-a 线解分-b 线料溢-c 线料缺-d F E D C B G 区佳最塑模-A 难

困型成-B 化焦色着-C 形变料溢-D 足不模冲-E 限极性弹粘-F

只有当温度和压力落在A区时，才能得良好的制品

如果加热速度过快，制品表面熔融，内部仍然是固体物料，制品强度极差。（外熟内生）

若冷却速度快，表面硬化了，而内部还处于粘流状态，制品尺寸稳定性差。（真空泡）

三.聚合物的可纺性

1.定义：指聚合物通过加工形成连续固体纤维的能力。

具有可纺性的聚合物可以进行纺丝，作成纤维。

四.聚合物的可延性

1.定义：可延性是指无定形或结晶固体聚合物在一个或二个方向上受到压延或拉时伸变形的能力。生产长径比很大的产品

2.2.3影响聚合物粘度的因素

概述

1.自由体积：指聚合物中的空隙。它是大分子链段进行扩散运动的场所。

自由体积大，分子间距就大，分子间作用力小，大分子链段容易活动，聚合物粘度小。因此凡能引起自由体积增大的因素都能使聚合物粘度降低。

2.大分子长链之间的缠结：它使分子链运动变得非常困难。分子间缠结程度大，分子间作用力增大，大分子形成网络，分子不容易活动，聚合熔体粘度就大。因此凡能减小缠结作用的因素都能使熔体粘度降低。

一、温度lnη=lnA+Eη/RT 或η=A eEn/RT 刚性分子链Eη大，柔性分子链Eη小。Eη越大，熔体对温度越敏感。

二.压力压力～温度的等效性：增加压力对粘度的影响和降低温度的影响具有等效性，（△T/△P）η：（3-9）×10-2℃/atm 。

增大压力，粘度增大；升高温度，粘度降低。

在成型加工中，为提高产量，如果同时升高温度和压力，有可能使效果相反的两种效应相互抵消。如果压力效果大于温度效果，产量反而下降。

小结：对于假塑性液体： a. T↑，η↓； b. P↑，η↑； c.平均分子量↑，η↑； d.填料↑，η↑； e.增塑剂、溶剂使η↓。

一、剪切弹性

1.剪切弹性模量

①定义：剪切应力和弹性应变之比，表示物体抵抗形变的能力，用G 表示。

G=τ/γR

判断方法：比较松弛时间t*和外力作用时间t的大小

①t >>t*，聚合物总形变中以粘性形变为主；

②t <

松弛时间t *是剪切粘度η和剪切模量G之比。它是表示高聚物从一种平衡态到另一种平衡态所经历的时间。

t*＝η/ G t*=λ/E

二.拉伸弹性

拉伸弹性模量，杨氏模量，用E表示。

E=σ/εR

流动的缺陷产生的原因主要有滑移、端末效应、弹性的干扰、熔体破裂等。

一.管壁上的滑移

1.高分子在导管中流动时，在管壁处是时停时动的，这种现象称为滑移。

2.滑移造成的不良后果：

a.影响流量的稳定性；

b.使流变学中的一些公式产生误差；

c.挤出物的形状不均匀，有时忽左忽右，忽细忽粗；

d.使所测量的流变数据产生误差。

克服：降低剪切速率

二.端末效应包括入口效应和出口效应。

入口效应是指在管子进口处一段区域，产生较大的压力降。

.出口效应

a.出口效应指聚合物由管子流出时，料流直径发生先收缩后膨胀的现象。

b.产生收缩原因：料流速度自行调整，使得四周速度和中心速度大致相等。

c.产生膨胀原因：弹性形变恢复。

三.弹性对层流的干扰

根据Re的计算，聚合物熔体在流动时一定是层流，但实际过程中有时出现湍流。称为弹性湍流。

四.“鲨鱼皮症”鲨鱼皮症指挤出物表面像鲨鱼皮那样，非常毛糙。

产生原因：挤出口模对挤出物表面产生周期性张力和口模对熔体时粘时滑造成的。

影响因素：

a. 线速度增大到一定值时才会出现这种现象。

b. 分子量低，分布宽，挤出温度高，挤出速度低，不出现这种现象。

c.与制模材料无关，与口模的光滑性无关。

五.熔体破裂

1.现象

当τ、增加到某一数值时，挤出物表面粗糙失去光泽，粗细不均，严重时出现波浪竹节状扭曲的挤出物，甚至发生支离或断裂，形成不规则碎片或圆柱。、

2.3 聚合物的加热与冷却

热量传递形式：热传导、对流、辐射

聚合物在成型加工过程中能量主要以对流、热传导为主。

a. 升温过快，外熟内生。

b. 冷却速度过快，真空泡。

加工过程中的热效应

热效应包括：摩擦生热、体积膨胀吸热、相变的热效应

加工过程中影响结晶的因素

一.冷却速度的影响

冷却速度的快慢取决于熔体温度tm和冷却介质温度tc之间的温差，即tm-tc=△t。分为：缓慢冷却、快速冷却、中等冷却

中等冷却速度

a.是指tc处于Tg以上附近温度范围内，△t不很大。

b.特点：这种状态下，聚合物表面层在较短的时间内冷却凝固形成壳层，冷却过程中接近表面的区域最先结晶。制品内部也有较长时间Tg以上温度范围内，因此有利于晶核生成和晶体长大，结晶速度较快。结晶完整、均匀，结构完整、稳定。

因次稳定性好，生产周期短，有利于生产。

a.熔融温度高和熔融时间长：主要是均相成核，结晶速度较慢，结晶尺寸较大；

b.熔融温度低和熔融时间短：主要是异相成核，结晶速度较快，结晶尺寸小而均匀，并有利于提高制品的力学强度、耐磨和热畸变温度。