第2章塑料成型基础理论
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⑴牛顿型流体 ⑵非牛顿型流体
塑料熔体的流变性能
⑴牛顿型流体
符合下式的流体称为牛顿型流体： τ= η（dv/dr）= η(dr/dv)= ηﻵ 以切应力τ对剪切速率 ﻵ或者以粘度η对剪切速
率ﻵ作用所得到的曲线称为流体的流动（或流 变）曲线，它是确定塑料成型加工工艺条件 的重要依据。图2-4 牛顿型流体的的流动曲线特点： 图2-5、图2-6
¦ aΗ（Pa.s)
10 4
PS（200℃） PSU （350℃）
10 3
PC（315℃）
10 2 10 1
10 2
10 3
γ. (s -Βιβλιοθήκη Baidu )
图 2-10 剪切速率对聚合物熔体粘度的影响
¦ aΗ(Pa? S)
800
600 400 200
1
2 3
287℃
220℃
220℃
γ 6.00 0 200
分子定向
2.分子定向作用
有定向分子存在将对制品的力学性能、收 缩与变形产生重要影响。
分子定向
3.影响分子定向的因素 定向方向 在流动取向下，分子方向沿 着料流方向平行 排列。料流方向又取决 于料流进入型腔的位置即浇口位置，故在 型腔一定时影响分子定向方向的因素是浇 口位置。 定向程度 分子定向程度与塑料的类别 和塑料制品的壁厚大小有关。此外，分子 定向程度还与注射工艺条件及模具的浇口 设计关系密切，现将其各项影响及相互关 系归纳列于表2—2中。
塑料成型工艺及模具设计
第二章 塑料成型基础
第2章 塑料成型基础
本章基本内容
塑料成型基础理论 注射工艺过程及主要成型工艺参数 塑料的成型特性
2.1 塑料成型基础理论
高聚物的三种物理、力学状态及其应用
成型加工中塑料受到的应力和应变 塑料熔体的流变性能 对塑料粘度的调节
高聚物的三种物理、力学状态及其应用
2.2 注射工艺过程及主要成型工艺参数 注塑工艺过程 主要成型工艺参数
注塑工艺过程
（1）注射前的准备 （2）注射成型过程 （3）制品的后处理
图2-14
主要成型工艺参数
（1）温度 ：料筒温度、喷嘴温度、 模具温度、脱模温度
（2）压力：塑化压力 、注射压力 、 保压压力 、模腔压力
（3）时间：注射时间 、保压时间 、 冷却时间
塑性流体n＜1,n值 越小则流体的非牛 顿性越强。 — ﻵ剪切速率 K—流体稠度，k值越高，流体粘度越大。 如图2-８
对塑料粘度的调节
从成型工艺出发，欲获得理想的粘度，主要 取决于对温度、剪切速率及压力 。
1.温度 提高其温度不超过分解温度，粘度可下降。 但是,将温度调节，对有的塑料效果颇佳，有 的则差。如图2-9
1000
(S-1)
图2-11 粘度与剪切速率关系曲线 1、2-聚乙烯； 3-醋酸纤维素
塑料成型工艺及模具设计
第二章 塑料成型基础
第2章 塑料成型基础
分子定向与定向作用 注射工艺过程及主要成型工艺参数
分子定向
1.分子取向机理
塑料中的聚合物大分子、细而长的纤维状 填料分子在成型过程中由于受到应力作用 而产生分子整齐、平行排列的现象，这种 现象称之为分子取向。 如图2-13
热固性塑料流变学
热固性塑料的流变性与热塑性塑料的有着 本质差异，因其粘度是随分子的交联反应而 发生变化，在成型热固性塑料制品过程中的 粘度变化是不可逆转的，因此在制订成型工 艺条件和模具设计时要十分重视对温度的合 理选择和控制。图2-12
热固性塑料制品分子定向现象是无法消除 的。为此，在设计模具对应该考虑这样一个 问题：浇口的位置和形状能左右塑料的流动 方向和定向程度，应使塑料在模内流动所产 生的分子取向方向与制品在使用中的受力方 向保持一致。
塑料熔体的流变性能
⑵非牛顿型流体
非牛顿型流体包括粘性流体、粘弹性流 体和时间依赖性流体。
粘性流体又分为宾哈流体、膨胀性流体 和假塑性流体.实际中，几乎绝大多数聚 合物熔体和熔液的流动行为都接近于假 塑性流体。见图２-７
塑料熔体的流变性能
用于描述假塑性流体定律的是一幂律函 数方程：
τ= ηa （ﻵηa = K ﻵn-1） n—流动行为指数，对牛顿流体n=1,假
成型加工中塑料受到的应力和应变
只有在受到外力作用而产生应变时，塑 料才会流动和变形 。
应力有三种类型： 剪切应力、拉伸应力、压缩应力，因
而对应产生三种应变（在应力作用下产 生的形状与尺寸变化叫做应变）：
剪切应变、拉伸应变和压缩应变。 剪切应力对塑料的成型最为重要。 如图 2-3
塑料熔体的流变性能 研究物质形变与流动的科学称为流变学
塑料的物理状态：玻璃态、高弹态和粘流态 塑料的物理状态与它本身的温度有关。如图 2-1所示。A 塑料呈现刚性固体状，为玻璃态。 C 高聚物呈现柔软的弹性状，称高弹态。E继 续升高温度，分子热运动能量进一步增大， 至能解开分子链间的缠结而发生整个大分子 的滑移，在外力作用下便发生粘性流动，称 粘流态。Tb称为脆化温度，是高聚物保持高 分子力学特性的最低温度。Td称为分解温度， 在温度高于Td后，高分子主链发生断裂，这 现象称为降解。图2-2是结晶型高聚物的温 度—形变曲线。
2.剪切速率 绝大多数塑料熔体属于塑性流体，具有表现 粘度随剪切速率或切应力的增大而减小的流 变性能。与温度一样，各种假塑性塑料的粘 度对其所受剪切速率发生改变的敏感性亦不 一致。如图2-10、2-11
对塑料粘度的调节
3.压力 提高压力（注射压力和挤压压力）对塑 料粘度起增大作用。粘度对压力的敏感性 也因塑料品种而异。成型制品时，应注意 模具温度状况和浇注系统结构同样对塑料 熔体充模流动粘度发生重要影响，要真正 实现合理的粘度，还必须包括这部分的设 计要合理。
浇口
增大 减小
冷
热
慢
快
高
低
长
短
冷
热
快
慢
选较薄处 大
选较厚处 小
塑料成型工艺及模具设计
第二章 塑料成型基础
模塑周期 ：它由注射时间、保压时间、 冷却时间和辅助时间四部分组成。 图2-15表示了它们的关系。
图2-13 长矩形注射制品内部分子定向示意图
表2-2成型条件与模具浇口对分子定向程度的影响
影响因素
定向程度
成型
物料温度 充模温度 注射压力 塑料充模时间 模具温度 制品冷却速度
条件
模具 浇口位置选择 浇口截面大小
塑料熔体的流变性能
⑴牛顿型流体
符合下式的流体称为牛顿型流体： τ= η（dv/dr）= η(dr/dv)= ηﻵ 以切应力τ对剪切速率 ﻵ或者以粘度η对剪切速
率ﻵ作用所得到的曲线称为流体的流动（或流 变）曲线，它是确定塑料成型加工工艺条件 的重要依据。图2-4 牛顿型流体的的流动曲线特点： 图2-5、图2-6
¦ aΗ（Pa.s)
10 4
PS（200℃） PSU （350℃）
10 3
PC（315℃）
10 2 10 1
10 2
10 3
γ. (s -Βιβλιοθήκη Baidu )
图 2-10 剪切速率对聚合物熔体粘度的影响
¦ aΗ(Pa? S)
800
600 400 200
1
2 3
287℃
220℃
220℃
γ 6.00 0 200
分子定向
2.分子定向作用
有定向分子存在将对制品的力学性能、收 缩与变形产生重要影响。
分子定向
3.影响分子定向的因素 定向方向 在流动取向下，分子方向沿 着料流方向平行 排列。料流方向又取决 于料流进入型腔的位置即浇口位置，故在 型腔一定时影响分子定向方向的因素是浇 口位置。 定向程度 分子定向程度与塑料的类别 和塑料制品的壁厚大小有关。此外，分子 定向程度还与注射工艺条件及模具的浇口 设计关系密切，现将其各项影响及相互关 系归纳列于表2—2中。
塑料成型工艺及模具设计
第二章 塑料成型基础
第2章 塑料成型基础
本章基本内容
塑料成型基础理论 注射工艺过程及主要成型工艺参数 塑料的成型特性
2.1 塑料成型基础理论
高聚物的三种物理、力学状态及其应用
成型加工中塑料受到的应力和应变 塑料熔体的流变性能 对塑料粘度的调节
高聚物的三种物理、力学状态及其应用
2.2 注射工艺过程及主要成型工艺参数 注塑工艺过程 主要成型工艺参数
注塑工艺过程
（1）注射前的准备 （2）注射成型过程 （3）制品的后处理
图2-14
主要成型工艺参数
（1）温度 ：料筒温度、喷嘴温度、 模具温度、脱模温度
（2）压力：塑化压力 、注射压力 、 保压压力 、模腔压力
（3）时间：注射时间 、保压时间 、 冷却时间
塑性流体n＜1,n值 越小则流体的非牛 顿性越强。 — ﻵ剪切速率 K—流体稠度，k值越高，流体粘度越大。 如图2-８
对塑料粘度的调节
从成型工艺出发，欲获得理想的粘度，主要 取决于对温度、剪切速率及压力 。
1.温度 提高其温度不超过分解温度，粘度可下降。 但是,将温度调节，对有的塑料效果颇佳，有 的则差。如图2-9
1000
(S-1)
图2-11 粘度与剪切速率关系曲线 1、2-聚乙烯； 3-醋酸纤维素
塑料成型工艺及模具设计
第二章 塑料成型基础
第2章 塑料成型基础
分子定向与定向作用 注射工艺过程及主要成型工艺参数
分子定向
1.分子取向机理
塑料中的聚合物大分子、细而长的纤维状 填料分子在成型过程中由于受到应力作用 而产生分子整齐、平行排列的现象，这种 现象称之为分子取向。 如图2-13
热固性塑料流变学
热固性塑料的流变性与热塑性塑料的有着 本质差异，因其粘度是随分子的交联反应而 发生变化，在成型热固性塑料制品过程中的 粘度变化是不可逆转的，因此在制订成型工 艺条件和模具设计时要十分重视对温度的合 理选择和控制。图2-12
热固性塑料制品分子定向现象是无法消除 的。为此，在设计模具对应该考虑这样一个 问题：浇口的位置和形状能左右塑料的流动 方向和定向程度，应使塑料在模内流动所产 生的分子取向方向与制品在使用中的受力方 向保持一致。
塑料熔体的流变性能
⑵非牛顿型流体
非牛顿型流体包括粘性流体、粘弹性流 体和时间依赖性流体。
粘性流体又分为宾哈流体、膨胀性流体 和假塑性流体.实际中，几乎绝大多数聚 合物熔体和熔液的流动行为都接近于假 塑性流体。见图２-７
塑料熔体的流变性能
用于描述假塑性流体定律的是一幂律函 数方程：
τ= ηa （ﻵηa = K ﻵn-1） n—流动行为指数，对牛顿流体n=1,假
成型加工中塑料受到的应力和应变
只有在受到外力作用而产生应变时，塑 料才会流动和变形 。
应力有三种类型： 剪切应力、拉伸应力、压缩应力，因
而对应产生三种应变（在应力作用下产 生的形状与尺寸变化叫做应变）：
剪切应变、拉伸应变和压缩应变。 剪切应力对塑料的成型最为重要。 如图 2-3
塑料熔体的流变性能 研究物质形变与流动的科学称为流变学
塑料的物理状态：玻璃态、高弹态和粘流态 塑料的物理状态与它本身的温度有关。如图 2-1所示。A 塑料呈现刚性固体状，为玻璃态。 C 高聚物呈现柔软的弹性状，称高弹态。E继 续升高温度，分子热运动能量进一步增大， 至能解开分子链间的缠结而发生整个大分子 的滑移，在外力作用下便发生粘性流动，称 粘流态。Tb称为脆化温度，是高聚物保持高 分子力学特性的最低温度。Td称为分解温度， 在温度高于Td后，高分子主链发生断裂，这 现象称为降解。图2-2是结晶型高聚物的温 度—形变曲线。
2.剪切速率 绝大多数塑料熔体属于塑性流体，具有表现 粘度随剪切速率或切应力的增大而减小的流 变性能。与温度一样，各种假塑性塑料的粘 度对其所受剪切速率发生改变的敏感性亦不 一致。如图2-10、2-11
对塑料粘度的调节
3.压力 提高压力（注射压力和挤压压力）对塑 料粘度起增大作用。粘度对压力的敏感性 也因塑料品种而异。成型制品时，应注意 模具温度状况和浇注系统结构同样对塑料 熔体充模流动粘度发生重要影响，要真正 实现合理的粘度，还必须包括这部分的设 计要合理。
浇口
增大 减小
冷
热
慢
快
高
低
长
短
冷
热
快
慢
选较薄处 大
选较厚处 小
塑料成型工艺及模具设计
第二章 塑料成型基础
模塑周期 ：它由注射时间、保压时间、 冷却时间和辅助时间四部分组成。 图2-15表示了它们的关系。
图2-13 长矩形注射制品内部分子定向示意图
表2-2成型条件与模具浇口对分子定向程度的影响
影响因素
定向程度
成型
物料温度 充模温度 注射压力 塑料充模时间 模具温度 制品冷却速度
条件
模具 浇口位置选择 浇口截面大小