高分子材料成型加工课件1

课程介绍： 课程介绍：
高分子科学： 高分子科学： 高分子化学： 高分子化学 ： 单体
） 反应、 聚合物 （ 反应 、 反应速率等
高分子物理： 分子量、分子运动） 高分子物理：结构 性能（分子量、分子运动） 高分子材料成型加工： 材料、 高分子材料成型加工：原料 材料、产品
（如何运用） 如何运用）
基本任务： 基本任务 ： 聚合物加工是将聚合物转变成实用材 料或制品的一门工程技术。 料或制品的一门工程技术。 任务： 改进转变方法。 * 任务：①改进转变方法。②了解产品性能与原 <<< 材料及加工条件之间的关系。 材料及加工条件之间的关系。
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1.2.2 聚合物经典粘弹模型
合物粘弹性的元件模拟: 1． 合物粘弹性的元件模拟: （1）弹性(普弹性)：胡克弹簧; 粘性：牛顿粘壶 弹性(普弹性) 胡克弹簧; 粘性： （2）二元件模型：高弹性 二元件模型： 聚合物的粘弹性的四元模型： 2． 聚合物的粘弹性的四元模型： ★形变原因：γ总= γH+γE+γV 形变原因： 普弹形变γ 键的拉伸，键角变化。 ① 普弹形变γH：键的拉伸，键角变化。对晶态 高聚物，为平衡态时的位移形变。 高聚物，为平衡态时的位移形变。 高弹形变γ 大分子链段的形变和位移（ ② 高弹形变γE：大分子链段的形变和位移（构 象变化） 象变化）
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1.2.4粘弹性形变的滞后效应 1.2.4粘弹性形变的滞后效应 粘弹性的特例） （粘弹性的特例）
★ 概念：在动态力作用下，聚合物分子链由于 概念： 在动态力作用下， 跟不上外力作用速度而造成的形变总是 落后于外力作用速度的效应。 落后于外力作用速度的效应。
γ=σ/E1+σ/E2（1-e-
t/t*）+σt/η 3
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参考书： 参考书：
1. 《高分子化学及物理学》（成都科大、北京化工 高分子化学及物理学》 成都科大、 大学、天津轻工业学院） 大学、天津轻工业学院） 2. 《高聚流变学》金日光 高聚流变学》 3. 《塑料成型工艺学》 北京塑料工业出版社 塑料成型工艺学》 4.《Principles of Polymer Engineering》 N.G. 《 》 McCrum,C.P.Buckley. C.B.Bucknall. 5. 《聚合物成型原理及成型技术》瞿金平、胡汉杰 聚合物成型原理及成型技术》瞿金平、 、化工版 6. 《高分子材料成型加工》 周达飞 轻工版 高分子材料成型加工》 周达飞. 7. 《聚合物加工工程》 赵素合 轻工版 聚合物加工工程》 赵素合. <<<
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熔融指数仪
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加工方法与熔融指数值
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模塑工艺条件
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粘性形变γ 大分子链的解缠和滑动引起的。 ③ 粘性形变γV：大分子链的解缠和滑动引起的。
γE：与时间无关，可回复； 与时间无关，可回复； 与时间有关，可回复； γH：与时间有关，可回复； 与时间有关，不能回复。 γV：与时间有关，不能回复。
粘弹性与加工条件的关系： 粘弹性与加工条件的关系： γ总= γH+γE+γV
简要了解聚合物加工的理论基础。 ★ 简要了解聚合物加工的理论基础 。 （ 聚合物 的粘弹性、 流变性、 流动性、 的粘弹性 、 流变性 、 流动性 、 加工过程中的物理 和化学变化） 和化学变化） 基本掌握聚合物材料的成型加工原理（ ★ 基本掌握聚合物材料的成型加工原理（以塑 料及聚合物复合材料为主。 原料配制、成型、 料及聚合物复合材料为主。<原料配制、成型、加 工原理和方法> 工原理和方法>）
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1.2 聚合物的粘弹性型变与加工条件的关系
高聚物的三态：玻璃态、高弹态、 ★ 高聚物的三态：玻璃态、高弹态、粘流态
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何为粘弹性： 1.2.1 何为粘弹性：
弹性： 物体受力后， 发生形变， 除去外力后， ★ 弹性 ： 物体受力后 ， 发生形变 ， 除去外力后 ， 形变能回复。 形变能回复。 弹性：普弹性：物体受力后， 弹性：普弹性：物体受力后，瞬时发生形 除去外力能迅速回复， 变，除去外力能迅速回复，与时间 无关。 符合胡克定律） 无关。（符合胡克定律） 高弹性：物体受力后， 高弹性：物体受力后，瞬时发生形 除去外力能回复，与时间有关。 变，除去外力能回复，与时间有关。 不符合胡克定律） （不符合胡克定律） 粘性：物体受力后，形变随时间发生变化， ★ 粘性：物体受力后，形变随时间发生变化，除 去外力后，形变不能回复。 去外力后，形变不能回复。 粘弹性：弹性和粘性的有机组合。 ★ 粘弹性：弹性和粘性的有机组合。
成型加工方法分类： 成型加工方法分类：
基本上只发生物理变化： 1． 基本上只发生物理变化：对热塑性材料 升温 流动 冷却 固化
只有化学变化： 2． 只有化学变化：嵌铸 3． 兼有物理、化学变化：压模 兼有物理、化学变化：
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第一篇 聚合物加工的理论基础
第一章 材料的加工性质
1.1几个基本概念 胡克定律：应力= 模量* 1) 胡克定律：应力= 模量*应变 应力： ① 应力：单位面积所受的外力 剪切应力（ 剪切应力（τ）、拉伸应力（σ） 拉伸应力（ 应变：剪切应变：物体受外力作用后， ② 应变：剪切应变：物体受外力作用后，一层 相对于另一层移动的距离。 相对于另一层移动的距离。 表达式： 表达式：γ=dx/dr 拉伸应变：ε=△ 拉伸应变：ε=△L/L
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2) 聚合物的可挤压性 • 可挤压性是指聚合物通过挤压作用形变时获得形状 可挤压性是指聚合物通过挤压作用形变时获得形状 是指聚合物 和保持形状的能力。 和保持形状的能力。 • 表征参数：熔融指数（Melt Flow Index，MI或MFI） 表征参数：熔融指数（ ， 或 ） 熔融指数仪 3) 加工方法与熔融指数值
高分子成型加工原理
内容简介
第一章 第二章 第三章 第四章 第五章 第六章 第七章 第八章 第九章
绪论
材料的加工性质 聚合物的流变性质 聚合物液体在简单几何形状管道中的流动 聚合物加工过程中的物理和化学变化 成型物料的配制 塑料的一次成型 塑料的二次成型 高分子复合材料 高分子物的共混
课程要求： 课程要求：
t/η2 =σ/E1+σ/E2（1-e-E2t/η2）+σt/η3
外加应力； 普弹模量； 高弹模量； σ ： 外加应力 ； E1 ： 普弹模量 ； E2 ： 高弹模量 ； 高弹形变粘度； 粘性形变粘度； η2 ： 高弹形变粘度 ； η3 ： 粘性形变粘度 ； t ： 外 力作用时间 σ↑， σ↑，γ总↑； T↑，η↓， T↑，η↓，γ总↑
式中， 式中， Lmax：熔体细流的最大稳定长度； d：喷丝孔直径； v：流出速度； η ：熔体粘度； γ F：熔体表面张力。
5）聚合物的可延性 • 可延性表示无定型或半结晶聚合物在一个或两个方 向上受到压延或拉伸时变形的能力。 向上受到压延或拉伸时变形的能力。 • 可延性测定：小型牵伸试验机 可延性测定： 断裂伸长率ε 断裂伸长率 b
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与加工温度的关系： （ 1 ） 与加工温度的关系 ： Tg ： 玻璃化转变温 度，Tm：熔点 Tf：粘流温度 TD：分解温度 T>Tf ： 受力主要发生粘性形变。 Tg<T< Tf ： 受力主要发生粘性形变 。 弹性形变 ★ T↑，γH，γV↑且对γV影响更大。 T↑， 且对γ 影响更大。 形变与作用力、作用时间的关系： （2） 形变与作用力、作用时间的关系： σ↑或T↑， T↑时 ★ 当σ↑或T↑，使γH，γV↑；当T↑时，γV 增加的量比γ 更多。 增加的量比γH更多。
式中 t*= η2/ E2 高弹形变松弛时间 原因： ★ 原因：长链结构和大分子运动的逐步性造成 的。 <<<
作业： ☆作业：
①自学第一节； 自学第一节； ②高聚物的三态是什么？对链结构不对 高聚物的三态是什么？ 称的结晶聚合物， K)与 K)的 称的结晶聚合物 ， 其 Tm(oK) 与 Tg(oK) 的 比值约是多少？ 比值约是多少？ ③为何热塑性聚合物的成型加工一般不 在高弹态时进行？ 在高弹态时进行？ ④简要说明P7/图1-5表示的意义。 简要说明P 表示的意义。
聚合物的可模塑性
• 可模塑性是指材料在温度和压力作用下形变和在模 具中模制成型的能力。 具中模制成型的能力。 • 表征方法：螺旋流动试验。 表征方法：螺旋流动试验。 方法 模塑工艺条件 螺旋流动试验
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4) 聚合物的可纺性 • 可纺性是指聚合物材料通过加工形成连续的固态纤 维的能力。 维的能力。 • 熔体细流的稳定性表征： 熔体细流的稳定性表征： Lmax/d=36（vη/γF ） （