有機高分子材料成形加工技術(shù)基礎(chǔ)ppt課件

1、第三章第三章LOGO 高分子資料：高分子資料： 是分子量大于是分子量大于1 1萬萬以上的有機資料，實踐上分子量普通以上的有機資料，實踐上分子量普通在十幾萬乃至數(shù)十萬以上，再大者可在十幾萬乃至數(shù)十萬以上，再大者可達數(shù)百萬。是經(jīng)過聚合反響由低分子達數(shù)百萬。是經(jīng)過聚合反響由低分子化合物單質(zhì)資料制得，故又稱為高聚化合物單質(zhì)資料制得，故又稱為高聚物資料，或簡稱聚合物。物資料，或簡稱聚合物。LOGO高分子高分子資料資料按來源按來源構(gòu)造構(gòu)造的多的多重加重加工性工性玻璃化玻璃化溫度溫度天然天然合成合成熱塑性熱塑性 熱固性熱固性結(jié)晶性結(jié)晶性塑料塑料橡膠橡膠結(jié)晶型結(jié)晶型非非結(jié)晶型結(jié)晶型結(jié)晶度結(jié)晶度10106060

2、LOGO熱塑性塑料固態(tài)時的線型構(gòu)造熱塑性塑料固態(tài)時的線型構(gòu)造熱固性塑料硬化后的體型網(wǎng)狀構(gòu)造熱固性塑料硬化后的體型網(wǎng)狀構(gòu)造LOGO聚集形狀聚集形狀? ?聚合物原料聚合物原料制品制品聚合物加工聚合物加工共混、改性、成型共混、改性、成型合成態(tài)是粉末合成態(tài)是粉末或顆?；蝾w粒具有一定的具有一定的幾何外形幾何外形 誰決議誰決議? ?LOGO 隨溫度升高，聚合物將呈現(xiàn)玻璃態(tài)、高彈態(tài)、粘流態(tài)三種形狀。隨溫度升高，聚合物將呈現(xiàn)玻璃態(tài)、高彈態(tài)、粘流態(tài)三種形狀。1 1線性非結(jié)晶聚合物；線性非結(jié)晶聚合物；2 2線形聚合物；線形聚合物；3 3金屬。金屬。聚合物的物理形狀與溫度的關(guān)系聚合物的物理形狀與溫度的關(guān)系LOGO符

3、號符號狀態(tài)狀態(tài)PVC() PVC() PP()PP()脆化溫度脆化溫度 TbTbT TTbTb脆硬態(tài)脆硬態(tài)-61-610 0玻璃化玻璃化溫度溫度 TgTgTbTbT TTgTg普彈態(tài)普彈態(tài)878710-1510-15粘流溫度粘流溫度TfTfTgTgT TTfTf高彈態(tài)高彈態(tài)136136熔融溫度熔融溫度 TmTmTdTdT TTfTf（TmTm）164-164-175175分解溫度分解溫度 TdTd140140300300粘流態(tài)是高分子粘流態(tài)是高分子資料主要的加工資料主要的加工態(tài)態(tài)聚氯乙烯聚氯乙烯聚丙烯聚丙烯成型溫度要選在：成型溫度要選在：dfTTT成型LOGO結(jié)晶聚合物的溫度結(jié)晶聚合物的溫度-

4、 -形變曲線形變曲線非晶與結(jié)晶聚合物的溫度非晶與結(jié)晶聚合物的溫度- -形變曲線形變曲線 非晶態(tài)線型聚合物的非晶態(tài)線型聚合物的溫度溫度- -形變曲線形變曲線對非晶的無定型聚合物而言，溫度對非晶的無定型聚合物而言，溫度高于粘流溫度高于粘流溫度TfTf即進入粘流態(tài)。即進入粘流態(tài)。分子量低時，溫度高于分子量低時，溫度高于Tm Tm 即進入粘流態(tài)；即進入粘流態(tài)；分子量高時，熔融后能夠存在高彈態(tài)，需分子量高時，熔融后能夠存在高彈態(tài)，需繼續(xù)升溫，高于流動溫度才進入粘流態(tài)溫繼續(xù)升溫，高于流動溫度才進入粘流態(tài)溫度高于度高于Tf Tf 才進入粘流態(tài)。才進入粘流態(tài)。LOGO成型溫度要選在：成型溫度要選在：dfTTT

5、成型HDPE100130170200300PP170175200220PS112146170190PVC165190170190140PMMA210240ABS180200fT注射TdT適宜的成型溫度要根據(jù)閱歷反復(fù)實際才干確定，適宜的成型溫度要根據(jù)閱歷反復(fù)實際才干確定， 與與 相差越遠越有利于相差越遠越有利于成型加工。成型加工。fTdT高分子成形在粘流態(tài)，高分子熔體和溶液具有流變性，高分子成形在粘流態(tài)，高分子熔體和溶液具有流變性，處置粘流態(tài)下資料的問題需求運用流變學(xué)實際！處置粘流態(tài)下資料的問題需求運用流變學(xué)實際！LOGOLOGO流變學(xué)的根本概念流變學(xué)的根本概念v 某一種物質(zhì)對外力表現(xiàn)為彈性和粘

6、性雙重特性粘彈性。這某一種物質(zhì)對外力表現(xiàn)為彈性和粘性雙重特性粘彈性。這種性質(zhì)稱為流變學(xué)性質(zhì)，對這種景象進展定量解析的學(xué)問稱為種性質(zhì)稱為流變學(xué)性質(zhì)，對這種景象進展定量解析的學(xué)問稱為流變學(xué)。流變學(xué)。流變性流變性流動流動變形變形粘性，粘性，不可逆過程，不可逆過程，耗散能量耗散能量彈性，彈性，可逆過程，可逆過程，儲存能量儲存能量非線性粘彈性非線性粘彈性高聚物流體熔體或溶液具有流變行為！高聚物流體熔體或溶液具有流變行為！LOGO = d/dt 式中：為切應(yīng)力； 為動力粘度系數(shù)，單位是s；d/dt為切應(yīng)變速率。牛頓流動定律牛頓流動定律大多數(shù)小分子液體流動時，剪切應(yīng)力與剪切速率成正比，大多數(shù)小分子液體流動時

7、，剪切應(yīng)力與剪切速率成正比， 遵照牛頓流動定律。牛頓流體的流動曲線是一條經(jīng)過原點遵照牛頓流動定律。牛頓流體的流動曲線是一條經(jīng)過原點 的直線。直線斜率即剪切粘度，顯然是與剪切速率無關(guān)的直線。直線斜率即剪切粘度，顯然是與剪切速率無關(guān) 的資料常數(shù)。的資料常數(shù)。1、經(jīng)典流變學(xué)牛頓流變學(xué)、經(jīng)典流變學(xué)牛頓流變學(xué)d/dtLOGO非牛頓流動非牛頓流動 非牛頓流體的剪切速度非牛頓流體的剪切速度d/dtd/dt和剪切應(yīng)力和剪切應(yīng)力的變化規(guī)律，經(jīng)作圖后可的變化規(guī)律，經(jīng)作圖后可得四種曲線的類型：塑性流動、假塑性流動、脹形流動、觸變流動。得四種曲線的類型：塑性流動、假塑性流動、脹形流動、觸變流動。塑性流動塑性流動假塑性

8、流動假塑性流動 脹性流動脹性流動 觸變流動觸變流動 實踐上大多數(shù)液實踐上大多數(shù)液體不符合牛頓粘體不符合牛頓粘度定律度定律搖溶性搖溶性( (或觸變性或觸變性) )流體，震凝性流體流體，震凝性流體LOGO在實踐中，大多數(shù)聚合物熔體的粘度并不是一個常數(shù)，它與流體的在實踐中，大多數(shù)聚合物熔體的粘度并不是一個常數(shù)，它與流體的溫度、切應(yīng)力、切應(yīng)變速率有關(guān)。溫度、切應(yīng)力、切應(yīng)變速率有關(guān)。經(jīng)修正后為：經(jīng)修正后為： =K =Kd/dtd/dt 式中，為非牛頓指數(shù)，式中，為非牛頓指數(shù)，；K K為稠度表觀黏為稠度表觀黏度。度。上式還可寫成：上式還可寫成： d/dt d/dt 式中，式中，為流動度；為流為流動度；為流

9、動指數(shù)動指數(shù)1 1。2、聚合物熔體的流變定律、聚合物熔體的流變定律粘度是描畫塑料熔體流變行為最重要的參數(shù)。粘度是描畫塑料熔體流變行為最重要的參數(shù)。LOGO1 1對牛頓型流體，對牛頓型流體，n =1n =1，K = K = ；對假塑性流體，對假塑性流體，n 1n 1。n n 偏離偏離1 1的程度越大，闡明資料的假塑性非的程度越大，闡明資料的假塑性非牛頓性越強；牛頓性越強；n n與與1 1之差，反映了資料非線性性質(zhì)的強弱。之差，反映了資料非線性性質(zhì)的強弱。 2 2同一種資料，在不同的剪切速率范圍內(nèi)，同一種資料，在不同的剪切速率范圍內(nèi)，n n 值也不是常數(shù)。通常值也不是常數(shù)。通常剪切速率越大，資料的

10、非牛頓性越顯著，剪切速率越大，資料的非牛頓性越顯著，n n 值越小。值越小。 3 3溫度下降、分子量增大、填料量增多等，都會使資料非線性性質(zhì)溫度下降、分子量增大、填料量增多等，都會使資料非線性性質(zhì)加強，從而使加強，從而使n n 值下降；填入軟化劑，增塑劑那么使值下降；填入軟化劑，增塑劑那么使n n 值上升。值上升。 簡單討論簡單討論LOGO假塑性高分子液體的流動曲線假塑性高分子液體的流動曲線表觀粘度表觀粘度- -剪切速率曲線剪切速率曲線表觀粘度是剪切速率或剪切應(yīng)力的函數(shù)。剪切速率增大，表表觀粘度是剪切速率或剪切應(yīng)力的函數(shù)。剪切速率增大，表觀粘度降低，呈剪切變稀效應(yīng)。我們稱這類流體為假塑性流體。

11、觀粘度降低，呈剪切變稀效應(yīng)。我們稱這類流體為假塑性流體。 3、剪切變稀、剪切變稀LOGO關(guān)于關(guān)于“剪切變稀行為的闡明剪切變稀行為的闡明 大分子鏈在切應(yīng)力作用下沿流動方向取向大分子鏈在切應(yīng)力作用下沿流動方向取向取向的大分取向的大分子間相對流子間相對流動阻力減少動阻力減少LOGO3 3熔體流動時伴隨高彈形變：由于在外力作用下，高分熔體流動時伴隨高彈形變：由于在外力作用下，高分子鏈沿外力方向發(fā)生伸展，當(dāng)外力消逝后，分子鏈又由伸子鏈沿外力方向發(fā)生伸展，當(dāng)外力消逝后，分子鏈又由伸展變?yōu)榫砬?，使形變部分恢?fù)，表現(xiàn)出彈性行為。展變?yōu)榫砬?，使形變部分恢?fù)，表現(xiàn)出彈性行為。1 1粘度大，流動性差粘度大，流動性差

12、: : 這是由于高分子鏈的流動是經(jīng)過這是由于高分子鏈的流動是經(jīng)過鏈段的相繼位移來實現(xiàn)分子鏈的整體遷移，類似蚯蚓的蠕動。鏈段的相繼位移來實現(xiàn)分子鏈的整體遷移，類似蚯蚓的蠕動。2 2不符合牛頓流動規(guī)律：在流動過程中粘度隨切變速率不符合牛頓流動規(guī)律：在流動過程中粘度隨切變速率的添加而下降剪切變稀。的添加而下降剪切變稀。聚合物熔體流動特點聚合物熔體流動特點粘性流粘性流動動彈性變彈性變形形LOGOq 高分子粘流過程中伴隨著可逆的高彈形變，這是高分子高分子粘流過程中伴隨著可逆的高彈形變，這是高分子熔體區(qū)別于低分子液體的重要特征之一。熔體區(qū)別于低分子液體的重要特征之一。q 原理原理:高分子熔體的流動是各鏈段

13、運動的總結(jié)果，在外高分子熔體的流動是各鏈段運動的總結(jié)果，在外力作用下，高分子鏈順流動方向取向，外力消逝后，鏈力作用下，高分子鏈順流動方向取向，外力消逝后，鏈要重新蜷曲起來，因此整個形變要恢復(fù)一部分。要重新蜷曲起來，因此整個形變要恢復(fù)一部分。q 彈性效應(yīng)的表現(xiàn)彈性效應(yīng)的表現(xiàn):q 擠出脹大擠出脹大q 不穩(wěn)定流動不穩(wěn)定流動q 包軸景象包軸景象q 無管虹吸無管虹吸LOGO1、擠出脹大景象、擠出脹大景象 擠出脹大景象又稱口型膨脹效應(yīng)或擠出脹大景象又稱口型膨脹效應(yīng)或BarusBarus效應(yīng)，是指高分效應(yīng)，是指高分子熔體被強迫擠出口模時，擠出物尺寸大于口模尺寸，截面外子熔體被強迫擠出口模時，擠出物尺寸大于口

14、模尺寸，截面外形也發(fā)生變化的景象。形也發(fā)生變化的景象。 擠出脹大景象及其闡明擠出脹大景象及其闡明 LOGO2 2、不穩(wěn)定流動和熔體破裂景象、不穩(wěn)定流動和熔體破裂景象 高分子熔體高分子熔體從口模擠出時，從口模擠出時，當(dāng)擠出速率或當(dāng)擠出速率或剪切應(yīng)力超越剪切應(yīng)力超越某一臨界剪切速某一臨界剪切速率或臨界剪切率或臨界剪切應(yīng)力，容易出應(yīng)力，容易出現(xiàn)彈性湍流，導(dǎo)現(xiàn)彈性湍流，導(dǎo)致流動不穩(wěn)定，致流動不穩(wěn)定，擠出物外表粗糙。擠出物外表粗糙。鯊魚皮形鯊魚皮形波浪形波浪形竹節(jié)形竹節(jié)形螺旋形螺旋形不規(guī)那么破不規(guī)那么破裂裂LOGO3 3、“爬桿景象爬桿景象高分子液體的高分子液體的“爬桿效應(yīng)爬桿效應(yīng) 與牛頓型流體不同，盛

15、在容器中的高分子液體，當(dāng)插與牛頓型流體不同，盛在容器中的高分子液體，當(dāng)插入其中的圓棒旋轉(zhuǎn)時，沒有因慣性作用而甩向容器壁附近，入其中的圓棒旋轉(zhuǎn)時，沒有因慣性作用而甩向容器壁附近，反而環(huán)繞在旋轉(zhuǎn)棒附近，出現(xiàn)沿棒向上爬的反而環(huán)繞在旋轉(zhuǎn)棒附近，出現(xiàn)沿棒向上爬的“爬桿景象。爬桿景象。又稱又稱“包軸景象。包軸景象。 牛頓型流體牛頓型流體高分子液體高分子液體LOGO4 4、無管虹吸、無管虹吸圖圖6-16 6-16 無管虹吸效應(yīng)無管虹吸效應(yīng) 對牛頓型流體，當(dāng)虹吸管提高到分開液面時，虹吸景象對牛頓型流體，當(dāng)虹吸管提高到分開液面時，虹吸景象立刻終止。對高分子液體，當(dāng)虹吸管升離液面后，杯中液體立刻終止。對高分子液體

16、，當(dāng)虹吸管升離液面后，杯中液體仍能源源不斷地從虹吸管流出，這種景象稱無管虹吸效應(yīng)。仍能源源不斷地從虹吸管流出，這種景象稱無管虹吸效應(yīng)。 側(cè)側(cè)吸吸效效應(yīng)應(yīng) 該景象也與高分子液體的彈性行為有關(guān)。液體的這種彈性使之容易產(chǎn)生拉該景象也與高分子液體的彈性行為有關(guān)。液體的這種彈性使之容易產(chǎn)生拉伸流動，拉伸液流的自在外表相當(dāng)穩(wěn)定，因此具有良好的紡絲和成膜才干。伸流動，拉伸液流的自在外表相當(dāng)穩(wěn)定，因此具有良好的紡絲和成膜才干。 LOGOLOGOLOGO切削加工切削加工T TTgTg普彈態(tài)普彈態(tài)壓延、彎曲壓延、彎曲及薄膜或及薄膜或纖維拉伸纖維拉伸Tg TTg TTfTf高彈態(tài)高彈態(tài)擠出、注射、擠出、注射、吹塑、

17、粘合吹塑、粘合T TTfTf粘流態(tài)粘流態(tài)LOGO定義：定義： 結(jié)晶型聚合物具有結(jié)晶景象的性質(zhì)稱為結(jié)晶性。結(jié)晶型聚合物具有結(jié)晶景象的性質(zhì)稱為結(jié)晶性。特點：特點：1 1、結(jié)晶型聚合物成形加工的溫度更高。、結(jié)晶型聚合物成形加工的溫度更高。2 2、冷凝時放熱。、冷凝時放熱。3 3、成形收縮量大。、成形收縮量大。4 4、由于分子的定向作用和收縮方向性，易變形、翹曲。、由于分子的定向作用和收縮方向性，易變形、翹曲。5 5、結(jié)晶度受冷卻速度的影響大。、結(jié)晶度受冷卻速度的影響大。6 6、結(jié)晶度大的聚合物制品其密度大，強度、硬度高，剛度大，、結(jié)晶度大的聚合物制品其密度大，強度、硬度高，剛度大，耐磨性好、耐化學(xué)性

18、和電性能好。耐磨性好、耐化學(xué)性和電性能好。LOGO定義定義 ： 聚合物的流動性與鑄造合金的流動性概念類似，聚合物的流動性與鑄造合金的流動性概念類似，即是指在一定溫度與壓力下聚合物充填模腔的才干。即是指在一定溫度與壓力下聚合物充填模腔的才干。影響要素：影響要素：1 1、工藝、工藝 2 2、聚合物構(gòu)造、聚合物構(gòu)造3 3、模具的影響、模具的影響 4 4、聚合物質(zhì)量的影響、聚合物質(zhì)量的影響粒度均勻、適度、含水量粒度均勻、適度、含水量加工條件加工條件溫溫 度度 剪切速率剪切速率壓壓 力力 構(gòu)造要素構(gòu)造要素分子量分子量 分子量分布分子量分布支支 化化 LOGO1 1、定義：聚合物制品自模腔中取出冷卻至室溫

19、后，其尺寸、定義：聚合物制品自模腔中取出冷卻至室溫后，其尺寸發(fā)生減少的特性稱之為收縮性。發(fā)生減少的特性稱之為收縮性。2 2、成形收縮方式：、成形收縮方式：1 1線尺寸收縮；線尺寸收縮； 2 2方向性收縮；方向性收縮；3 3后收縮；后收縮； 4 4后處置收縮后處置收縮 熱處置結(jié)晶型熱處置結(jié)晶型延料流方向收縮大，垂直方向小延料流方向收縮大，垂直方向小熱塑熱固；注塑、擠塑模壓熱塑熱固；注塑、擠塑模壓熱脹冷縮熱脹冷縮結(jié)晶型非結(jié)晶型結(jié)晶型非結(jié)晶型LOGO3 3、影響成形收縮的要素、影響成形收縮的要素1 1聚合物種類的影響；聚合物種類的影響； 2 2聚合物制品特性的影響；聚合物制品特性的影響；3 3模具的

20、影響；模具的影響； 4 4成形條件的影響。成形條件的影響。4 4、收縮率的計算、收縮率的計算式中，為平均收縮率；為模腔在室溫下的單向尺式中，為平均收縮率；為模腔在室溫下的單向尺寸；寸；為聚合物制品在室溫下的單向尺寸。為聚合物制品在室溫下的單向尺寸。熱塑熱固；結(jié)晶型非結(jié)晶型熱塑熱固；結(jié)晶型非結(jié)晶型溫度溫度 壓力壓力 保壓時間保壓時間LOGOv 作業(yè)作業(yè): :v 1 1、聚合物的物理形狀與溫度的關(guān)系？聚合物在不同、聚合物的物理形狀與溫度的關(guān)系？聚合物在不同物理形狀下的加工技術(shù)有何不同？物理形狀下的加工技術(shù)有何不同？v 2 2、聚合物熔體流動特點？、聚合物熔體流動特點？v 3 3、結(jié)晶型聚合物成形時

21、需求留意什么？、結(jié)晶型聚合物成形時需求留意什么？v 4 4、PEPE、PPPP成型加工時，僅靠改動溫度來添加其流動成型加工時，僅靠改動溫度來添加其流動性能否有效？那么應(yīng)該因此主要采取什么措施？性能否有效？那么應(yīng)該因此主要采取什么措施？LOGOh h鋼鋼橡皮泥橡皮泥水水硅橡膠硅橡膠彈性彈性塑性塑性粘性粘性粘彈性粘彈性粘彈性粘彈性物質(zhì)對外力表現(xiàn)為彈性和粘性雙重特性。物質(zhì)對外力表現(xiàn)為彈性和粘性雙重特性。這種性質(zhì)稱為流變學(xué)性質(zhì)這種性質(zhì)稱為流變學(xué)性質(zhì)流動也視為一種非可逆性變形過程流動也視為一種非可逆性變形過程LOGOLOGOhahaTPCPEPOMPS醋酸纖維醋酸纖維hahaPEPSPC醋酸纖維醋酸纖維

22、d/dt加工條件：加工條件： 剛性鏈剛性鏈粘度對溫度敏感粘度對溫度敏感溫敏資料溫敏資料柔性鏈柔性鏈粘度對溫度不敏感粘度對溫度不敏感對剪切速率敏感對剪切速率敏感切敏資料切敏資料“低溫高壓低溫高壓技術(shù)技術(shù)LOGO構(gòu)造要素：構(gòu)造要素：1 1不同加工方法對分子量有不同要求：不同加工方法對分子量有不同要求：擠出成型要求分子量較高；擠出成型要求分子量較高；注射成型要求分子量較低；注射成型要求分子量較低；吹塑成型在擠出和注射兩者之間。吹塑成型在擠出和注射兩者之間。形變形變溫度溫度M1 M2 M3 M4M1 M2 M3 M4LOGO2 2分子量范圍分子量范圍橡膠橡膠MWDMWD宜寬些，宜寬些，塑料塑料MWDM

23、WD不宜太寬，不宜太寬，纖維纖維MWDMWD窄為好窄為好logha logHigh distributionSmall distributionLOGO(3) (3) 分子鏈支化的影響分子鏈支化的影響 短支化時短支化時, , 相當(dāng)于自在體積增大相當(dāng)于自在體積增大, , 流動空間增大流動空間增大, ,從而粘度減??；從而粘度減小； 長支化時長支化時, , 相當(dāng)長鏈分子增多相當(dāng)長鏈分子增多, , 易纏結(jié)易纏結(jié), , 從而粘從而粘度添加度添加LOGO小結(jié)小結(jié):聚合物原料聚合物原料制品制品聚合物加工聚合物加工共混、改性、成型共混、改性、成型合成態(tài)是粉末合成態(tài)是粉末或顆?；蝾w粒聚集形狀聚集形狀? ?具有一定的具有一定的幾何外形幾何外形 LOGO符號符號狀態(tài)狀態(tài)PVC() PVC() PP()PP()脆化溫度脆化溫度 TbTbT TTbTb脆硬態(tài)脆硬態(tài)-61-610 0玻璃化玻璃化溫度溫度 TgTgTbTbT TTgTg普彈態(tài)（玻璃態(tài)）普彈態(tài)（玻璃態(tài)）878710-1510-15粘流溫度粘流溫度TfTfTgTgT TTfTf高彈態(tài)高彈態(tài)136136熔融溫度熔融溫度 TmTmTdTdT TTfTf（T