高分子材料加工成型原理-chap1 加工性

1、返回返回第一篇第一篇 聚合物加工的理論基礎聚合物加工的理論基礎n第一章第一章 材料的加工性質(zhì)材料的加工性質(zhì)n第二章第二章 聚合物的流變性質(zhì)聚合物的流變性質(zhì)n第三章第三章 聚合物流體在管和槽中的流動聚合物流體在管和槽中的流動n第四章第四章 聚合物加工過程中的物理和化學變化聚合物加工過程中的物理和化學變化返回返回第一章第一章 材料的加工性質(zhì)材料的加工性質(zhì)n第一節(jié)第一節(jié) 聚合物材料的加工性聚合物材料的加工性n聚集態(tài)與成型加工聚集態(tài)與成型加工n可擠壓性（可擠壓性（Extrudability）n可模塑性（可模塑性（Mouldability）n可紡性（可紡性（Spinnability）n可延性（可延性（S

2、tretchability）n第二節(jié)第二節(jié) 聚合物在加工過程中的粘彈行為聚合物在加工過程中的粘彈行為n聚合物的粘彈性形變與加工條件的關系聚合物的粘彈性形變與加工條件的關系n粘彈性形變的滯后效應粘彈性形變的滯后效應返回返回聚合物材料的加工性聚合物材料的加工性返回返回聚集態(tài)與成型加工聚集態(tài)與成型加工玻璃態(tài)：玻璃態(tài)：T Tf（Tm）鏈段和整個高分子鏈均可以移動。鏈段和整個高分子鏈均可以移動。流動形變是不可逆流動形變是不可逆粘流形變粘流形變返回返回聚集態(tài)與成型加工聚集態(tài)與成型加工n熱塑性塑料的聚集態(tài)與加工性熱塑性塑料的聚集態(tài)與加工性TTg玻璃態(tài)玻璃態(tài)大分子鏈上僅鍵長、鍵角發(fā)生形變；大分子鏈上僅鍵長、鍵

3、角發(fā)生形變；堅固固體，有相當大的力學強度；堅固固體，有相當大的力學強度；彈性模量高，形變能力?。ㄆ諒椥巫儯椥阅Ａ扛?，形變能力小（普彈形變） ；不宜大形變加工，只能進行機械加工不宜大形變加工，只能進行機械加工TTgTf高彈態(tài)高彈態(tài)體積膨脹，大分子不能移動，但鏈段有足夠活動空間，體積膨脹，大分子不能移動，但鏈段有足夠活動空間，能移動，形變可逆（高彈形變），但有時間依賴性能移動，形變可逆（高彈形變），但有時間依賴性非晶聚合物：非晶聚合物：TgTf近近Tf側，強力成型，側，強力成型，Tg以下使用以下使用結晶或部分結晶聚合物：結晶或部分結晶聚合物：TgTm拉伸拉伸TTfTd粘流態(tài)粘流態(tài)整個大分子能移動

4、，呈塑性，模量降到最低整個大分子能移動，呈塑性，模量降到最低較小外力下能引起宏觀流動，形變不可逆（粘流形變）較小外力下能引起宏觀流動，形變不可逆（粘流形變）大多數(shù)成型方法在此溫度范圍大多數(shù)成型方法在此溫度范圍返回返回聚集態(tài)與成型加工聚集態(tài)與成型加工n熱塑性塑料的聚集態(tài)與加工性熱塑性塑料的聚集態(tài)與加工性n脆化溫度脆化溫度TbTbn材料使用的下限溫度，材料容易斷裂破壞材料使用的下限溫度，材料容易斷裂破壞n玻璃化溫度玻璃化溫度TgTgn選擇和合理應用材料的重要參數(shù)，是大多數(shù)聚選擇和合理應用材料的重要參數(shù)，是大多數(shù)聚合物加工的合物加工的最低溫度最低溫度。n熔點溫度熔點溫度T Tf f（或（或T Tm

5、m）n大多成型方法在此溫度以上進行，是聚合物材大多成型方法在此溫度以上進行，是聚合物材料進行加工的重要料進行加工的重要參考溫度參考溫度。n分解溫度分解溫度T Td dn聚合物分解，降低機械性能、影響外觀聚合物分解，降低機械性能、影響外觀返回返回聚集態(tài)與成型加工聚集態(tài)與成型加工n線型非晶態(tài)高聚物的力學狀態(tài)線型非晶態(tài)高聚物的力學狀態(tài)返回返回聚集態(tài)與成型加工聚集態(tài)與成型加工n晶態(tài)高聚物的力學狀態(tài)晶態(tài)高聚物的力學狀態(tài) n完全晶態(tài)的線型高聚物，和低分子晶體材完全晶態(tài)的線型高聚物，和低分子晶體材料一樣，沒有高彈態(tài)；料一樣，沒有高彈態(tài)；n部分晶態(tài)的線型高聚物部分晶態(tài)的線型高聚物n非晶態(tài)區(qū)在非晶態(tài)區(qū)在Tg溫度

6、以上，處于高彈態(tài)溫度以上，處于高彈態(tài), 具有具有柔韌性；柔韌性；n晶態(tài)區(qū)在熔點晶態(tài)區(qū)在熔點Tm溫度以下，具有較高的強溫度以下，具有較高的強度和硬度；度和硬度；n兩者復合組成一種兩者復合組成一種即韌又硬的皮革態(tài)即韌又硬的皮革態(tài)。 返回返回玻璃化轉(zhuǎn)變玻璃化轉(zhuǎn)變n玻璃化轉(zhuǎn)變玻璃化轉(zhuǎn)變n指指非晶態(tài)非晶態(tài)高聚物從玻璃態(tài)到高彈態(tài)（橡膠態(tài)）的高聚物從玻璃態(tài)到高彈態(tài)（橡膠態(tài)）的轉(zhuǎn)變；轉(zhuǎn)變；n對對晶態(tài)晶態(tài)高聚物來說，玻璃化轉(zhuǎn)變是指其中非晶部高聚物來說，玻璃化轉(zhuǎn)變是指其中非晶部分的這種轉(zhuǎn)變。分的這種轉(zhuǎn)變。 n塑料和橡膠：塑料和橡膠：nTg在室溫以下的是橡膠，在室溫以下的是橡膠，Tg在室溫以上的是塑在室溫以上的是塑

7、料。料。 n對于具有足夠大分子量的高聚物，在溫度高于對于具有足夠大分子量的高聚物，在溫度高于Tg時是時是橡膠橡膠，具有高彈性，而在低于，具有高彈性，而在低于Tg時則變成了時則變成了堅硬的固體堅硬的固體塑料塑料。返回返回高彈性高彈性n高彈性高彈性(Rubbery elasticity)是高分子材料在其玻璃化溫是高分子材料在其玻璃化溫度以上所具有的獨特力學狀態(tài)，也是高分子材料優(yōu)異性度以上所具有的獨特力學狀態(tài)，也是高分子材料優(yōu)異性能的一個特征。能的一個特征。 n形變量大，彈性模量小形變量大，彈性模量小 n高分子材料的可逆彈性形變最高超過高分子材料的可逆彈性形變最高超過1000%，而一般金屬，而一般金

8、屬材料不超過材料不超過1%。高聚物的彈性模量低，約為。高聚物的彈性模量低，約為2MPa20MPa, 一般金屬材料為一般金屬材料為103MPa2105MPa。 n形變時有熱效應形變時有熱效應 n高聚物發(fā)生形變時，伴隨有熱量放出。變形量越大，熱效高聚物發(fā)生形變時，伴隨有熱量放出。變形量越大，熱效應越明顯。高彈態(tài)材料的彈性模量隨溫度升高正比例地增應越明顯。高彈態(tài)材料的彈性模量隨溫度升高正比例地增加，金屬材料的彈性模量則隨溫度升高而減小。加，金屬材料的彈性模量則隨溫度升高而減小。 n形變需要時間形變需要時間 n在固定外力作用下，材料的高彈形變會逐漸發(fā)展，最后達在固定外力作用下，材料的高彈形變會逐漸發(fā)展

9、，最后達到最大。高彈形變是靠到最大。高彈形變是靠鏈段運動鏈段運動來實現(xiàn)的，整個分子鏈從來實現(xiàn)的，整個分子鏈從一種平衡狀態(tài)過渡到另一種與外力相適應的平衡狀態(tài)，需一種平衡狀態(tài)過渡到另一種與外力相適應的平衡狀態(tài)，需要時間。要時間。 返回返回高分子的粘性流動高分子的粘性流動n高分子運動高分子運動n小分子的熱運動是靠分子與空穴不斷交換位置小分子的熱運動是靠分子與空穴不斷交換位置來實現(xiàn)的。來實現(xiàn)的。n高分子由于分子量大，互相關聯(lián)作用多，很難高分子由于分子量大，互相關聯(lián)作用多，很難象小分子一樣發(fā)生整個分子遷移，而是通過象小分子一樣發(fā)生整個分子遷移，而是通過鏈鏈段的相繼躍遷段的相繼躍遷來實現(xiàn)運動的。這種運動只

10、需要來實現(xiàn)運動的。這種運動只需要有鏈段大小的孔穴就夠了。有鏈段大小的孔穴就夠了。n鏈段，稱為流動單元，一般含幾十個主鏈原子。鏈段，稱為流動單元，一般含幾十個主鏈原子。返回返回高分子流動中的高彈形變高分子流動中的高彈形變n低分子流體所產(chǎn)生的形變是完全不可逆的；低分子流體所產(chǎn)生的形變是完全不可逆的；n高聚物在流動過程中所發(fā)生的形變中一部份是高聚物在流動過程中所發(fā)生的形變中一部份是可逆的（高彈形變）。可逆的（高彈形變）。n在外力作用下，高分子鏈要沿外力方向有所伸在外力作用下，高分子鏈要沿外力方向有所伸展（取向），外力消除后，高分子鏈又要蜷曲展（取向），外力消除后，高分子鏈又要蜷曲起來以求能量最低，即

11、整個形變要恢復一部分起來以求能量最低，即整個形變要恢復一部分（粘性流動中的高彈形變粘性流動中的高彈形變）。）。 返回返回一、聚合物的可擠壓性一、聚合物的可擠壓性n可擠壓性：可擠壓性：n聚合物通過擠壓作用形變時獲得形狀和保持形狀的能力聚合物通過擠壓作用形變時獲得形狀和保持形狀的能力 n可擠壓性的簡易評價方法：可擠壓性的簡易評價方法：n熔融指數(shù)熔融指數(shù)（Melt Flow Index， MI 或或 MFI ）n熔融指數(shù)測定儀熔融指數(shù)測定儀：測定低剪應力下聚合物的流度（粘度：測定低剪應力下聚合物的流度（粘度的倒數(shù)）。的倒數(shù)）。nMIMI不能說明成型時聚合物的實際流動性能不能說明成型時聚合物的實際流動

12、性能 測定時的測定時的剪切率剪切率(10(10-2-210/s)10/s)實際成型工藝（如實際成型工藝（如擠出成型擠出成型）中）中的剪切率（的剪切率（10102 210104 4/s/s） ，但可定性比較不同聚合物，但可定性比較不同聚合物流動性的高低。流動性的高低。n可擠壓性主要取決于熔體的剪切粘度和拉伸粘度，大可擠壓性主要取決于熔體的剪切粘度和拉伸粘度，大多數(shù)聚合物熔體的粘度有多數(shù)聚合物熔體的粘度有剪切變稀剪切變稀特性。特性。返回返回二、聚合物的可模塑性二、聚合物的可模塑性n可模塑性：可模塑性：n材料在溫度和壓力作用下形變和在材料在溫度和壓力作用下形變和在模具中模制成型模具中模制成型（如（如

13、注塑成型注塑成型、壓注成型壓注成型）的能力。）的能力。n可模塑性的測定方法：可模塑性的測定方法：n螺旋流動實驗螺旋流動實驗n相同條件下不同聚合物的流動性差異，據(jù)此選擇材料相同條件下不同聚合物的流動性差異，據(jù)此選擇材料n不同條件下同一聚合物不同條件下同一聚合物的流動性差異，據(jù)此優(yōu)化工藝的流動性差異，據(jù)此優(yōu)化工藝返回返回二、聚合物的可模塑性二、聚合物的可模塑性n溫度溫度n溫度過高，粘度小溫度過高，粘度小, ,流動性大流動性大，易成型也易分解，制品，易成型也易分解，制品收縮率大；收縮率大；n溫度過低，粘度大溫度過低，粘度大, ,流動困難，成型性差，制品形狀穩(wěn)流動困難，成型性差，制品形狀穩(wěn)定性差定性差

14、n壓力壓力n壓力過高，易溢料并增大制品的內(nèi)應力壓力過高，易溢料并增大制品的內(nèi)應力n壓力過低，易壓力過低，易充填不足充填不足，造成缺料，造成缺料n模塑面積模塑面積n模塑時成型壓力和溫度都應在一個合適的范圍內(nèi)模塑時成型壓力和溫度都應在一個合適的范圍內(nèi)n可模塑性主要取決于材料的流變性、熱性質(zhì)和其可模塑性主要取決于材料的流變性、熱性質(zhì)和其他物理力學性質(zhì)等。對熱固性聚合物而言還與聚他物理力學性質(zhì)等。對熱固性聚合物而言還與聚合物的化學反應性有關。合物的化學反應性有關。返回返回三、聚合物的可紡性三、聚合物的可紡性n可紡性可紡性：n聚合物材料通過加工形成連續(xù)的固態(tài)纖維（聚合物材料通過加工形成連續(xù)的固態(tài)纖維（紡

15、絲紡絲）的能力。的能力。n要求比值很大，有較高熔體強度，且在紡絲條件下要求比值很大，有較高熔體強度，且在紡絲條件下有良好的熱和化學穩(wěn)定性，穩(wěn)定的拉伸速度和適當有良好的熱和化學穩(wěn)定性，穩(wěn)定的拉伸速度和適當?shù)哪勰苊芏取５哪勰苊芏取?n熔體細流的穩(wěn)定性簡單表示為熔體細流的穩(wěn)定性簡單表示為 其中：其中： 為熔體細流最大穩(wěn)定長度；為熔體細流最大穩(wěn)定長度；d d為噴絲板毛細為噴絲板毛細孔直徑；孔直徑；v v為噴絲速度、為噴絲速度、 為表面張力（較?。?。為表面張力（較?。?。FvdL36maxmaxLF返回返回四、聚合物的可延性四、聚合物的可延性n可延性：可延性：n無定形或半結晶固體聚合物在一個方向或二無

16、定形或半結晶固體聚合物在一個方向或二個方向上受到壓延（個方向上受到壓延（壓延成型壓延成型）或拉伸時變）或拉伸時變形的能力。可通過壓延或拉伸工藝生產(chǎn)薄膜、形的能力?？赏ㄟ^壓延或拉伸工藝生產(chǎn)薄膜、片材和纖維。片材和纖維。n可延性取決于材料產(chǎn)生塑性形變的能力和應可延性取決于材料產(chǎn)生塑性形變的能力和應變硬化作用?？捎米冇不饔??？捎美鞈兦€拉伸應力應變曲線來表來表征，常在小型征，常在小型拉伸試驗拉伸試驗機機上測定。上測定。n冷拉伸冷拉伸- -TgTg溫度以下的拉伸；溫度以下的拉伸；n熱拉伸熱拉伸- -TgTg以上溫度下的拉伸；以上溫度下的拉伸；返回返回四、聚合物的可延性四、聚合物的可延性n典型

17、高分子材料的應典型高分子材料的應力力應變曲線應變曲線區(qū)域區(qū)域表現(xiàn)表現(xiàn)彈性變形區(qū)（彈性變形區(qū)（-A）變形可逆變形可逆A點的應力為屈服強度點的應力為屈服強度y塑性變形區(qū)塑性變形區(qū)（變形不可逆）（變形不可逆）應變軟化區(qū)應變軟化區(qū)（A-B）應變增加應變增加應力反而下降應力反而下降大變形（頸縮）區(qū)大變形（頸縮）區(qū)(B-C)應力基本不變應力基本不變應變迅速增加應變迅速增加取向取向硬化區(qū)硬化區(qū) (C-D)應力急劇增加應力急劇增加D點的應力為抗拉強度點的應力為抗拉強度B 返回返回四、聚合物的可延性四、聚合物的可延性n典型高分子材料的應力典型高分子材料的應力應變曲線應變曲線 A 彈性極限應變彈性極限應變 A彈性

18、極限應力彈性極限應力 B 斷裂伸長率斷裂伸長率 B斷裂強度斷裂強度 Y 屈服應力屈服應力AAEB B 點：點： 斷裂點斷裂點Y Y 點：點： 屈服點屈服點A 點：點：彈性極限點彈性極限點返回返回四、聚合物的可延性四、聚合物的可延性n典型高分子材料的應力典型高分子材料的應力應變曲線應變曲線彈性變形彈性變形（普彈形變）應力應變成正比例，斜率為（普彈形變）應力應變成正比例，斜率為楊氏模量楊氏模量E；因分子鍵長鍵角變化而引起；因分子鍵長鍵角變化而引起E表征材料表征材料的軟硬的軟硬屈服應力屈服應力屈服點，應力極大值屈服點，應力極大值y ，y表征材表征材料的強弱料的強弱強迫強迫高彈高彈形變形變（區(qū)別于普通

19、高彈形變）外力作用下迫使（區(qū)別于普通高彈形變）外力作用下迫使鏈段運動，鏈的伸展產(chǎn)生大變形。加熱后鏈段運動，鏈的伸展產(chǎn)生大變形。加熱后變形可回復變形可回復應變硬化應變硬化分子鏈取向排列，強度增大分子鏈取向排列，強度增大斷裂斷裂超過抗拉強度超過抗拉強度B ，達到斷裂伸長率，達到斷裂伸長率S表征材料表征材料的韌脆的韌脆返回返回四、聚合物的可延性四、聚合物的可延性n結晶聚合物與非結晶聚合物冷拉伸的異同結晶聚合物與非結晶聚合物冷拉伸的異同異同點異同點玻璃態(tài)聚合物玻璃態(tài)聚合物結晶聚合物結晶聚合物相同點相同點都經(jīng)歷了都經(jīng)歷了彈性變形、屈服、發(fā)展大形變以及應彈性變形、屈服、發(fā)展大形變以及應變硬化等階段變硬化等

20、階段兩種拉伸過程造成的大形變都是高彈形變。兩種拉伸過程造成的大形變都是高彈形變。不不同同點點冷拉伸的溫度冷拉伸的溫度范圍范圍Tb到到TgTg至至Tm變形回復溫度變形回復溫度Tg附近附近Tm附近附近聚集態(tài)結構變聚集態(tài)結構變化化只發(fā)生分子鏈的取只發(fā)生分子鏈的取向，并不發(fā)生相變向，并不發(fā)生相變還包含有結晶的破壞，還包含有結晶的破壞，取向和再結晶等過程取向和再結晶等過程截面變形截面變形均勻收縮均勻收縮細頸化，非均勻拉伸細頸化，非均勻拉伸返回返回四、聚合物的可延性四、聚合物的可延性“軟軟”和和“硬硬”區(qū)分模量的低區(qū)分模量的低或高或高“弱弱”和和“強強”指強度的大小指強度的大小“脆脆”是指無屈服現(xiàn)象而且斷

21、是指無屈服現(xiàn)象而且斷裂伸長很小裂伸長很小“韌韌”是指其斷裂伸長和斷裂是指其斷裂伸長和斷裂應力都較高的情況，有時可將應力都較高的情況，有時可將斷裂功作為斷裂功作為“韌性韌性”的標志。的標志。n玻璃態(tài)聚合物拉伸時的應力應變曲線玻璃態(tài)聚合物拉伸時的應力應變曲線返回返回四、聚合物的可延性四、聚合物的可延性應變應變結晶態(tài)聚合物拉伸時構象變化結晶態(tài)聚合物拉伸時構象變化n結晶態(tài)聚合物拉伸時的應力應變曲線結晶態(tài)聚合物拉伸時的應力應變曲線返回返回四、聚合物的可延性四、聚合物的可延性n不同材料的典型應力應變曲線不同材料的典型應力應變曲線n硬而脆硬而脆n聚苯乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚苯乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯、酚醛塑

22、料酚醛塑料n硬而韌硬而韌n尼龍、聚碳酸酯、聚丙烯、醋尼龍、聚碳酸酯、聚丙烯、醋酸纖維素酸纖維素n硬而強硬而強n硬聚氯乙稀硬聚氯乙稀n軟而韌軟而韌n橡膠、增塑聚氯乙稀、聚乙烯、橡膠、增塑聚氯乙稀、聚乙烯、聚四氟乙烯聚四氟乙烯n軟而弱軟而弱n聚合物凝膠，未硫化的橡膠聚合物凝膠，未硫化的橡膠五類高分子材料五類高分子材料自由落體表現(xiàn)自由落體表現(xiàn)返回返回四、聚合物的可延性四、聚合物的可延性n材料結晶度對其力學性能影響很大。材料結晶度對其力學性能影響很大。高密度聚乙烯比高密度聚乙烯比低密度聚乙烯的低密度聚乙烯的結晶度高，因而結晶度高，因而彈性模量和屈服彈性模量和屈服應力也高得多。應力也高得多。返回返回四、

23、聚合物的可延性四、聚合物的可延性n晶體大小對力學性能的影響晶體大小對力學性能的影響返回返回四、聚合物的可延性四、聚合物的可延性n玻璃態(tài)高聚物的應力玻璃態(tài)高聚物的應力-應變曲線還隨溫度的變化而不同應變曲線還隨溫度的變化而不同溫度溫度狀態(tài)狀態(tài)性質(zhì)性質(zhì)脆化溫度脆化溫度Tb以下以下硬玻璃態(tài)硬玻璃態(tài)硬脆硬脆Tb-Tg之間之間軟玻璃態(tài)軟玻璃態(tài)強硬強硬略高于略高于Tg皮革態(tài)皮革態(tài)強韌強韌高于高于Tg較多較多橡膠態(tài)橡膠態(tài)柔韌柔韌接近粘流溫度接近粘流溫度Tf半固態(tài)半固態(tài)軟弱軟弱有機玻璃具有這類典型的變化規(guī)律。有機玻璃具有這類典型的變化規(guī)律。返回返回四、聚合物的可延性四、聚合物的可延性n高聚物的應力高聚物的應力-

24、應變曲線還隨加載速度的應變曲線還隨加載速度的變化而不同變化而不同n低速拉伸（載荷作用較慢）時，分子鏈來得及位移，強度低速拉伸（載荷作用較慢）時，分子鏈來得及位移，強度較低，伸長率較大，呈韌性狀態(tài)，發(fā)生韌性斷裂，曲線屬較低，伸長率較大，呈韌性狀態(tài)，發(fā)生韌性斷裂，曲線屬皮革態(tài)的類型；皮革態(tài)的類型；n快速拉伸（載荷作用較快）時，鏈段來不及運動，強度高，快速拉伸（載荷作用較快）時，鏈段來不及運動，強度高，伸長率小，表現(xiàn)出脆性，曲線為玻璃態(tài)類型。伸長率小，表現(xiàn)出脆性，曲線為玻璃態(tài)類型。差不多所有的高聚物大都服從這種規(guī)律。差不多所有的高聚物大都服從這種規(guī)律。返回返回第二節(jié)第二節(jié) 聚合物在加工過程中的聚合物

25、在加工過程中的粘彈行為粘彈行為 n粘彈性粘彈性n聚合物形變的發(fā)展具有時間依賴性，也就是說不聚合物形變的發(fā)展具有時間依賴性，也就是說不僅具有彈性而且有粘性，即聚合物具有粘彈性僅具有彈性而且有粘性，即聚合物具有粘彈性( (Viscoelasticity) )或松弛（或松弛（形變與時間形變與時間）。）。n粘彈性現(xiàn)象主要包括蠕變、應力松弛兩類靜態(tài)力粘彈性現(xiàn)象主要包括蠕變、應力松弛兩類靜態(tài)力學行為和滯后、內(nèi)耗兩類動態(tài)力學行為。學行為和滯后、內(nèi)耗兩類動態(tài)力學行為。返回返回第二節(jié)第二節(jié) 聚合物在加工過程中的聚合物在加工過程中的粘彈行為粘彈行為n蠕變?nèi)渥?Creep)n應力恒定，應變隨時間的增長而增加的現(xiàn)象。

26、應力恒定，應變隨時間的增長而增加的現(xiàn)象。 n在外力的持久作用下，分子鏈產(chǎn)生在外力的持久作用下，分子鏈產(chǎn)生構象的變化構象的變化，由原卷曲、，由原卷曲、纏結的狀態(tài)，改變?yōu)檩^伸直的形態(tài)，發(fā)生伸長變形。纏結的狀態(tài)，改變?yōu)檩^伸直的形態(tài)，發(fā)生伸長變形。n例如塑料雨衣掛在釘子上，由于自身重量作用會慢慢伸長，例如塑料雨衣掛在釘子上，由于自身重量作用會慢慢伸長，取下后不能完全恢復取下后不能完全恢復n蠕變曲線蠕變曲線n反應了材料在一定外力作用下的尺寸穩(wěn)定性反應了材料在一定外力作用下的尺寸穩(wěn)定性n對于尺寸精度要求高的聚合物零件，應選用蠕變抗力高對于尺寸精度要求高的聚合物零件，應選用蠕變抗力高的材料如聚砜、聚碳酸酯等

27、的材料如聚砜、聚碳酸酯等 n相反聚四氟乙烯的蠕變性很大，利用這一特點可以用作相反聚四氟乙烯的蠕變性很大，利用這一特點可以用作很好的密封材料（即用于密封水管接口等的很好的密封材料（即用于密封水管接口等的“生料帶生料帶”）返回返回第二節(jié)第二節(jié) 聚合物在加工過程中的聚合物在加工過程中的粘彈行為粘彈行為n應力松弛應力松弛(Stress relaxation)n高聚物受力變形后所產(chǎn)生的應力隨時間而逐漸衰減的現(xiàn)象高聚物受力變形后所產(chǎn)生的應力隨時間而逐漸衰減的現(xiàn)象n由大分子鏈在力的長時間作用下，逐漸由大分子鏈在力的長時間作用下，逐漸改變構象改變構象和發(fā)生了和發(fā)生了位移所引起的。導致實現(xiàn)同樣的形變量，所需的力

28、越來越位移所引起的。導致實現(xiàn)同樣的形變量，所需的力越來越少。少。 n例如橡膠松緊帶越用越松例如橡膠松緊帶越用越松n應力松弛曲線應力松弛曲線n應力松弛的實際意義應力松弛的實際意義n制品成型固化后的殘余應力在制品的存放和使用過制品成型固化后的殘余應力在制品的存放和使用過程中會慢慢發(fā)生松弛，從而引起制品翹曲、變形甚程中會慢慢發(fā)生松弛，從而引起制品翹曲、變形甚至應力開裂。消除的辦法時至應力開裂。消除的辦法時退火或溶脹退火或溶脹（如纖維熱（如纖維熱定形時吹入水蒸汽）以加速應力松弛過程。定形時吹入水蒸汽）以加速應力松弛過程。返回返回第二節(jié)第二節(jié) 聚合物在加工過程中的聚合物在加工過程中的粘彈行為粘彈行為 低

29、溫低溫 或或快速形變快速形變普彈性普彈性玻璃態(tài)玻璃態(tài)中溫中溫 或或中速形變中速形變粘彈性粘彈性橡膠態(tài)橡膠態(tài)松弛現(xiàn)象明顯松弛現(xiàn)象明顯高溫高溫 或或緩慢形變緩慢形變粘性粘性粘流態(tài)粘流態(tài)返回返回一、聚合物的粘彈性形變一、聚合物的粘彈性形變 與加工條件的關系與加工條件的關系 n經(jīng)典粘彈性理論：經(jīng)典粘彈性理論：n聚合物受外力時總形變可表達為聚合物受外力時總形變可表達為 總形變普彈形變高彈形變粘性形變總形變普彈形變高彈形變粘性形變返回返回一、聚合物的粘彈性形變一、聚合物的粘彈性形變 與加工條件的關系與加工條件的關系 n普彈形變普彈形變：外力時聚合物大分子鍵長和鍵角或聚：外力時聚合物大分子鍵長和鍵角或聚合物

30、晶體中處于平衡狀態(tài)的粒子間發(fā)生形變和位合物晶體中處于平衡狀態(tài)的粒子間發(fā)生形變和位移所引起，移所引起，形變很小，可逆形變很小，可逆，外力撤銷后立刻回，外力撤銷后立刻回復。復。普彈形變普彈形變返回返回一、聚合物的粘彈性形變一、聚合物的粘彈性形變 與加工條件的關系與加工條件的關系 n高彈形變高彈形變：當外力作用時間和鏈段運動所需要的松當外力作用時間和鏈段運動所需要的松弛時間同數(shù)量級時，分子鏈通過鏈段運動逐漸伸展，弛時間同數(shù)量級時，分子鏈通過鏈段運動逐漸伸展，形變量比普彈形變大得多，稱高彈形變形變量比普彈形變大得多，稱高彈形變，可逆可逆，外，外力撤銷后緩慢回復（力撤銷后緩慢回復（時間依賴性時間依賴性）

31、 。高彈形變高彈形變返回返回一、聚合物的粘彈性形變一、聚合物的粘彈性形變 與加工條件的關系與加工條件的關系 n粘性形變（或塑性形變）粘性形變（或塑性形變）：線形聚合物在外力作：線形聚合物在外力作用下沿力作用方向發(fā)生的大分子鏈之間的解纏和用下沿力作用方向發(fā)生的大分子鏈之間的解纏和相對滑移，表現(xiàn)為宏觀流動，相對滑移，表現(xiàn)為宏觀流動，形變很大，不可逆形變很大，不可逆。粘性形變粘性形變返回返回一、聚合物的粘彈性形變一、聚合物的粘彈性形變 與加工條件的關系與加工條件的關系聚合物在外力作用下的形變時間曲線聚合物在外力作用下的形變時間曲線返回返回一、聚合物的粘彈性形變一、聚合物的粘彈性形變 與加工條件的關系

32、與加工條件的關系 n玻璃化溫度玻璃化溫度TgTg- -熔點溫度熔點溫度TmTmn高彈態(tài)，但增大外力或延長外力作用時間，高彈形變迅高彈態(tài)，但增大外力或延長外力作用時間，高彈形變迅速增大，可逆形變部分轉(zhuǎn)變?yōu)椴豢赡嫘巫儯ㄟ@種形變常速增大，可逆形變部分轉(zhuǎn)變?yōu)椴豢赡嫘巫儯ㄟ@種形變常稱為塑性形變）。實質(zhì)為稱為塑性形變）。實質(zhì)為高彈態(tài)條件下大分子的強制性高彈態(tài)條件下大分子的強制性流動，迫使大分子間產(chǎn)生解纏和滑移，和粘性形變有相流動，迫使大分子間產(chǎn)生解纏和滑移，和粘性形變有相似的性質(zhì)。似的性質(zhì)。n中空容器的吹塑、真空成型、壓力成型及紡絲纖維或薄中空容器的吹塑、真空成型、壓力成型及紡絲纖維或薄膜的熱拉伸就是在這

33、種情形下的成型方法。當溫度升高膜的熱拉伸就是在這種情形下的成型方法。當溫度升高到到TmTm以上時，塑性形變彈性回復，使制品收縮。收縮包以上時，塑性形變彈性回復，使制品收縮。收縮包裝薄膜就為此原理。裝薄膜就為此原理。收縮包裝膜收縮包裝膜大瓶吹塑大瓶吹塑返回返回一、聚合物的粘彈性形變一、聚合物的粘彈性形變 與加工條件的關系與加工條件的關系 n高彈形變高彈形變會引起出口膨脹，嚴重時會引起熔體破會引起出口膨脹，嚴重時會引起熔體破裂，且使制品內(nèi)部出現(xiàn)內(nèi)應力，裂，且使制品內(nèi)部出現(xiàn)內(nèi)應力，降低制品因次穩(wěn)降低制品因次穩(wěn)定性定性。n溫度高于熔點溫度高于熔點TmTmn粘流態(tài)，形變以粘性形變?yōu)橹鳎捎谡沉鲬B(tài)，形變以

34、粘性形變?yōu)橹?，由于粘性形變的不可粘性形變的不可逆，提高了制件的因次穩(wěn)定性逆，提高了制件的因次穩(wěn)定性（即形狀和幾何尺寸穩(wěn)（即形狀和幾何尺寸穩(wěn)定性的總稱），所以很多加工技術都在粘流態(tài)下實現(xiàn)。定性的總稱），所以很多加工技術都在粘流態(tài)下實現(xiàn)。返回返回二、粘彈性形變的滯后效應二、粘彈性形變的滯后效應n“滯后效應滯后效應”（“彈性滯后彈性滯后”）n是指應變隨時間的變化一直跟不上應力隨時間的變化的現(xiàn)是指應變隨時間的變化一直跟不上應力隨時間的變化的現(xiàn)象。象。n當外力不是靜力，而是交變力（即應力大小呈周期性變化）當外力不是靜力，而是交變力（即應力大小呈周期性變化）時，應力和應變的關系就會呈現(xiàn)出滯后現(xiàn)象。時，應力

35、和應變的關系就會呈現(xiàn)出滯后現(xiàn)象。n聚合物對外力響應的滯后現(xiàn)象，這是由于松弛過程的存在。聚合物對外力響應的滯后現(xiàn)象，這是由于松弛過程的存在。這種滯后現(xiàn)象的發(fā)生是由于鏈段在運動時要受到內(nèi)摩擦力這種滯后現(xiàn)象的發(fā)生是由于鏈段在運動時要受到內(nèi)摩擦力的作用。當外力變化時，鏈段的運動跟不上外力的變化，的作用。當外力變化時，鏈段的運動跟不上外力的變化，所以落后于應力，有一個相位差所以落后于應力，有一個相位差。相位差越大，說明鏈段。相位差越大，說明鏈段運動越困難。運動越困難。 返回返回二、粘彈性形變的滯后效應二、粘彈性形變的滯后效應n松弛過程松弛過程n聚合物在一定溫度下，從受外力作用開始，大分子的形變聚合物在一

36、定溫度下，從受外力作用開始，大分子的形變經(jīng)過一系列的中間狀態(tài)過渡到與外力相適應的平衡態(tài)的過經(jīng)過一系列的中間狀態(tài)過渡到與外力相適應的平衡態(tài)的過程。程。n該過程所需時間為松弛時間。該過程所需時間為松弛時間。n溫度升高，松弛時間縮短；反之松弛時間增長。溫度升高，松弛時間縮短；反之松弛時間增長。返回返回二、粘彈性形變的滯后效應二、粘彈性形變的滯后效應n制品制品變形變形的原因：成型后大分子的進一步形變。的原因：成型后大分子的進一步形變。n制品制品收縮收縮的原因：成型時驟冷使大分子堆積得較松的原因：成型時驟冷使大分子堆積得較松散（自由體積），在儲存和使用過程中，大分子的散（自由體積），在儲存和使用過程中，

37、大分子的重排運動使堆積逐漸緊密，造成體積收縮。結晶聚重排運動使堆積逐漸緊密，造成體積收縮。結晶聚合物則由于逐漸形成結晶結構使成型制件體積收縮。合物則由于逐漸形成結晶結構使成型制件體積收縮。冷卻越快，收縮越嚴重。冷卻越快，收縮越嚴重。 n變形與收縮都將降低制品的因次穩(wěn)定性變形與收縮都將降低制品的因次穩(wěn)定性，還可能形，還可能形成內(nèi)應力造成開裂等嚴重缺陷。成內(nèi)應力造成開裂等嚴重缺陷。n在在TgTgTmTm溫度范圍進行溫度范圍進行熱處理，熱處理，可縮短大分子形變可縮短大分子形變的松弛時間，加速結晶速度，降低制品內(nèi)應力，穩(wěn)的松弛時間，加速結晶速度，降低制品內(nèi)應力，穩(wěn)定制件形狀，改善聚合物的物理機械性能。

38、定制件形狀，改善聚合物的物理機械性能。 返回返回聚合物的三種聚合態(tài)聚合物的三種聚合態(tài)晶態(tài)晶態(tài)( (分子鏈在空間規(guī)則排列分子鏈在空間規(guī)則排列) )、 部分晶態(tài)部分晶態(tài)( (分子鏈在空間部分規(guī)則排列分子鏈在空間部分規(guī)則排列) ) 非晶態(tài)非晶態(tài)( (分子鏈在空間無規(guī)則排列，亦稱玻璃態(tài)分子鏈在空間無規(guī)則排列，亦稱玻璃態(tài)) ) 通常線型聚合物在一定條件下可以形成晶態(tài)或部分晶態(tài)，通常線型聚合物在一定條件下可以形成晶態(tài)或部分晶態(tài)，體型聚合物為非晶態(tài)體型聚合物為非晶態(tài)( (或玻璃態(tài)或玻璃態(tài)) )。獲得完全晶態(tài)的聚合物很困難獲得完全晶態(tài)的聚合物很困難大多數(shù)聚合物都是部分晶態(tài)或完全非晶態(tài)。大多數(shù)聚合物都是部分晶態(tài)

39、或完全非晶態(tài)。返回返回高彈形變高彈形變聚合物具有彈性的原因聚合物具有彈性的原因聚合物大分子鏈在不停地運動，這種運動是由聚合物大分子鏈在不停地運動，這種運動是由單鍵單鍵內(nèi)旋轉(zhuǎn)內(nèi)旋轉(zhuǎn)引起的。這種由于單鏈內(nèi)旋轉(zhuǎn)所產(chǎn)生的大分引起的。這種由于單鏈內(nèi)旋轉(zhuǎn)所產(chǎn)生的大分子鏈的空間形象稱為子鏈的空間形象稱為大分子鏈的構象大分子鏈的構象。正是這種極高頻率的單鍵內(nèi)旋轉(zhuǎn)隨時改變著大分子正是這種極高頻率的單鍵內(nèi)旋轉(zhuǎn)隨時改變著大分子鏈的構象，使線型大分子鏈在空間很容易呈卷曲狀鏈的構象，使線型大分子鏈在空間很容易呈卷曲狀或線團狀。在拉力作用下，呈卷曲狀或線團狀的線或線團狀。在拉力作用下，呈卷曲狀或線團狀的線型大分子鏈可以伸

40、展拉直，外力去除后，又縮回到型大分子鏈可以伸展拉直，外力去除后，又縮回到原來的卷曲狀和線團狀。這種能拉伸、回縮的性能原來的卷曲狀和線團狀。這種能拉伸、回縮的性能稱為稱為分子鏈的柔性分子鏈的柔性，這是聚合物具有彈性的原因。，這是聚合物具有彈性的原因。返回返回高彈態(tài)材料形變時的熱效應和模量高彈態(tài)材料形變時的熱效應和模量與溫度的關系與溫度的關系 高彈態(tài)材料形變時的熱效應和模量與溫度的關系 返回返回擠出成型擠出成型擠出成型（擠出成型（Extrusion）是借助擠出機螺桿的擠壓）是借助擠出機螺桿的擠壓作用使受熱熔融的高分子材料在壓力推動下強制作用使受熱熔融的高分子材料在壓力推動下強制通過口模而成為具有恒定截面積連續(xù)型材的成型通過口模而成為具有恒定截面積連續(xù)型材的成型方法。方法。擠出成型工藝可生產(chǎn)管、棒、絲、板、薄膜等制擠出成型工藝可生產(chǎn)管、棒、絲、板、薄膜等制品品 圓管擠出成型圓管擠出成型返回返回注塑成型注塑成型注射模塑成型注射模塑成型（Injection molding）指高分子材料在注射機加熱料筒中塑化后，指高分子材料在注射機加熱料筒中塑化后，由螺桿或注塞注射入閉合模具的模腔中經(jīng)由螺桿或注塞注射入閉合模具的模腔中經(jīng)冷卻形成制品的成型方法。冷卻形成制品的成型