注射機(jī)螺桿設(shè)計(jì)的工藝學(xué)基礎(chǔ)

注射機(jī)螺桿設(shè)計(jì)的工藝學(xué)基礎(chǔ)第1頁，課件共46頁，創(chuàng)作于2023年2月注射成型的預(yù)塑化過程

第2頁，課件共46頁，創(chuàng)作于2023年2月注射成型的預(yù)塑化過程固體粒料或粉料經(jīng)過加熱、壓實(shí)、剪切、混合，從玻璃態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)榫恼沉鲬B(tài)均化：聚合物溫度均化、粘度均化、密度均化和組分均化。－塑化質(zhì)量高塑化機(jī)理：熱量來自料筒的外部加熱，螺桿轉(zhuǎn)動產(chǎn)生的摩擦熱預(yù)塑階段提高塑化能力，塑化質(zhì)量是關(guān)鍵第3頁，課件共46頁，創(chuàng)作于2023年2月注射成型的預(yù)塑化過程螺桿塑化能力的表征：螺桿背壓增加，則其熔體輸送能力會下降，而熔體輸送能力則隨螺桿轉(zhuǎn)速和計(jì)量段長度的增加而增加。第4頁，課件共46頁，創(chuàng)作于2023年2月注射成型的預(yù)塑化過程螺桿的后退速度：（與塑化能力相關(guān)）螺桿后退速度與螺桿幾何參數(shù)、加工物料的性能及加工工藝參數(shù)有關(guān)。第5頁，課件共46頁，創(chuàng)作于2023年2月注射成型的預(yù)塑化過程影響因素：螺桿幾何參數(shù)、加工物料的性能及加工工藝參數(shù)有關(guān)螺桿幾何參數(shù)、加工工藝條件均與高分子材料的性能相關(guān)。相關(guān)的聚合物性能：聚合物的熱性能，流動性能。高聚物的性能由結(jié)構(gòu)決定第6頁，課件共46頁，創(chuàng)作于2023年2月高分子結(jié)構(gòu)特點(diǎn)分子量高－難溶，難熔，粘度高，無氣態(tài)，力學(xué)強(qiáng)度高，高彈性等分子量提高：拉伸強(qiáng)度，伸長率，沖擊強(qiáng)度，耐低溫脆性，耐環(huán)境應(yīng)力開裂性，耐藥品性提高，流動性下降。例：聚乙烯，超高分子量聚乙烯第7頁，課件共46頁，創(chuàng)作于2023年2月高分子結(jié)構(gòu)特點(diǎn)第8頁，課件共46頁，創(chuàng)作于2023年2月高分子結(jié)構(gòu)特點(diǎn)第9頁，課件共46頁，創(chuàng)作于2023年2月高分子結(jié)構(gòu)特點(diǎn)分子量具有多分散性－用平均分子量及分子量分布表示。分子量分布窄→寬：拉伸強(qiáng)度，沖擊強(qiáng)度，熔體彈性，熔體粘度下降；耐低溫脆性，耐應(yīng)力開裂性提高。結(jié)構(gòu)多分散性聚乙烯：低壓聚乙烯，高壓聚乙烯，線型低密度聚乙烯，超高分子量聚乙烯，交聯(lián)聚乙烯第10頁，課件共46頁，創(chuàng)作于2023年2月高聚物的結(jié)構(gòu)層次鏈結(jié)構(gòu)（單個分子的結(jié)構(gòu)與形態(tài)）聚集態(tài)結(jié)構(gòu)（高聚物整體的內(nèi)部結(jié)構(gòu)）近程結(jié)構(gòu)（一級結(jié)構(gòu)）遠(yuǎn)程結(jié)構(gòu)（二級結(jié)構(gòu)）鏈中原子的種類和排列取代基和端基的種類單體單元排列順序支鏈的類型和長度取代基在空間的排列分子的大小和形態(tài)鏈的柔順性及構(gòu)象結(jié)晶結(jié)構(gòu)非結(jié)晶結(jié)構(gòu)取向結(jié)構(gòu)液晶結(jié)構(gòu)三級結(jié)構(gòu)第11頁，課件共46頁，創(chuàng)作于2023年2月聚集態(tài)結(jié)構(gòu)一次及二次結(jié)構(gòu)成型加工控制高聚物性能高聚物的結(jié)構(gòu)層次第12頁，課件共46頁，創(chuàng)作于2023年2月高聚物的結(jié)構(gòu)層次高聚物的結(jié)構(gòu)決定其性能，而高聚物的聚集態(tài)結(jié)構(gòu)通過加工可以改變。第13頁，課件共46頁，創(chuàng)作于2023年2月高聚物的結(jié)晶與非結(jié)晶結(jié)構(gòu)結(jié)晶結(jié)構(gòu)高聚物的分子高度有序、緊密堆砌在一起形成結(jié)晶結(jié)構(gòu)。典型的結(jié)晶聚合物：高密度聚乙烯HDPE，聚丙烯PP，尼龍PA，聚酯等。非結(jié)晶結(jié)構(gòu)高聚物分子無序紊亂堆砌在一起形成非結(jié)晶結(jié)構(gòu)。典型的非結(jié)晶聚合物：聚氯乙烯PVC，聚苯乙烯PS，聚碳酸酯PC，聚甲基丙烯酸甲酯PMMA等。第14頁，課件共46頁，創(chuàng)作于2023年2月高聚物的結(jié)晶與非結(jié)晶結(jié)構(gòu)高聚物的結(jié)晶是不完全的，存在晶區(qū)和非晶區(qū)。存在結(jié)晶度的概念，結(jié)晶型高聚物的結(jié)晶度一般為40％～90％。結(jié)晶度：結(jié)晶部分含量的量度。通常用重量百分?jǐn)?shù)或體積百分?jǐn)?shù)來表示。W－重量，V－體積，c－結(jié)晶，a－非結(jié)晶第15頁，課件共46頁，創(chuàng)作于2023年2月高聚物的結(jié)晶與非結(jié)晶結(jié)構(gòu)第16頁，課件共46頁，創(chuàng)作于2023年2月高聚物的結(jié)晶與非結(jié)晶結(jié)構(gòu)聚合物晶體生長規(guī)律往往是沿螺旋位錯中心不斷盤旋生長變厚的。特點(diǎn)：1、不同的高聚物的單晶外形不同，但晶片厚度幾乎都在10nm左右。2、晶片厚度與分子量無關(guān)。3、晶片中分子鏈垂直于晶面。4、高分子鏈在晶片中折迭排列，稱為折迭鏈晶片。第17頁，課件共46頁，創(chuàng)作于2023年2月高聚物的結(jié)晶與非結(jié)晶結(jié)構(gòu)第18頁，課件共46頁，創(chuàng)作于2023年2月高聚物的結(jié)晶與非結(jié)晶結(jié)構(gòu)高聚物的結(jié)晶過程第19頁，課件共46頁，創(chuàng)作于2023年2月高聚物的結(jié)晶與非結(jié)晶結(jié)構(gòu)高聚物的結(jié)晶過程第20頁，課件共46頁，創(chuàng)作于2023年2月高聚物的結(jié)晶與非結(jié)晶結(jié)構(gòu)Ⅰ區(qū)：Tm以下10－30℃，成核速度極小，結(jié)晶速度實(shí)際等于零。Ⅱ區(qū):從Ⅰ區(qū)下限向下30－60℃，成核速度增大，晶體生長速度增大，結(jié)晶速度迅速增大。結(jié)晶速度由成核速度控制。Ⅲ區(qū):最大結(jié)晶速度出現(xiàn)，熔體結(jié)晶的主要區(qū)域。Ⅳ區(qū)：晶體生長速度減慢，結(jié)晶速度下降。結(jié)晶速度由晶體生長速度控制。第21頁，課件共46頁，創(chuàng)作于2023年2月高聚物的結(jié)晶與非結(jié)晶結(jié)構(gòu)結(jié)晶速度高的溫度區(qū)域結(jié)晶，則聚合物的結(jié)晶度高，晶體結(jié)構(gòu)完整。結(jié)晶溫度低，則形成較多的小球晶。結(jié)晶溫度過低，越過最大結(jié)晶速度區(qū)域，則球晶小，結(jié)晶度低，晶體結(jié)構(gòu)不完善，結(jié)晶度低。第22頁，課件共46頁，創(chuàng)作于2023年2月高聚物的結(jié)晶與非結(jié)晶結(jié)構(gòu)結(jié)晶度提高，密度增大，冷卻體積收縮大。拉伸強(qiáng)度提高，硬度增大，形變能力下降，模量提高。但晶粒尺寸過大，會使拉伸及沖擊強(qiáng)度降低。結(jié)晶度提高，結(jié)晶結(jié)構(gòu)均勻，尺寸穩(wěn)定性增加。后處理可增加結(jié)晶度。第23頁，課件共46頁，創(chuàng)作于2023年2月高聚物的結(jié)晶與非結(jié)晶結(jié)構(gòu)結(jié)晶度提高，滲透和溶解性降低。結(jié)晶度提高，透光率降低，晶粒尺寸小于可見光波波長二分之一時，結(jié)晶不影響透光率。結(jié)晶提高熱變形溫度，即提高耐熱性。第24頁，課件共46頁，創(chuàng)作于2023年2月高聚物的結(jié)晶與非結(jié)晶結(jié)構(gòu)第25頁，課件共46頁，創(chuàng)作于2023年2月加工過程中各種因素的改變可使高聚物的相態(tài)結(jié)構(gòu)發(fā)生不同的變化。高聚物相態(tài)結(jié)構(gòu)的變化是通過分子運(yùn)動實(shí)現(xiàn)的。高聚物的熱轉(zhuǎn)變第26頁，課件共46頁，創(chuàng)作于2023年2月運(yùn)動單元的多重性

分子鏈的整體運(yùn)動，鏈段的運(yùn)動，鏈節(jié)的運(yùn)動，側(cè)基的運(yùn)動，晶區(qū)的運(yùn)動分子運(yùn)動的時間依賴性

松弛時間長，具有松弛時間譜分子運(yùn)動的溫度依賴性

溫度影響分子運(yùn)動，進(jìn)而松弛時間高聚物的熱轉(zhuǎn)變高聚物分子運(yùn)動的特點(diǎn)第27頁，課件共46頁，創(chuàng)作于2023年2月高聚物由于溫度改變（在一定應(yīng)力下）呈現(xiàn)的力學(xué)狀態(tài)變化可通過形變－溫度曲線（熱力學(xué)曲線）表示。高聚物的熱轉(zhuǎn)變第28頁，課件共46頁，創(chuàng)作于2023年2月高聚物的熱轉(zhuǎn)變ABCDETbTgTfT/℃形變%A-玻璃態(tài)；B-過渡區(qū)；C-高彈態(tài)；D-過渡區(qū)；E-黏流態(tài)Tb-脆化溫度；Tg-玻璃化溫度；Tf-黏流溫度線型非晶態(tài)高聚物的形變-溫度曲線第29頁，課件共46頁，創(chuàng)作于2023年2月

特征溫度：Tb－脆化溫度Tg－玻璃化轉(zhuǎn)變溫度Tf－粘流溫度Td分解溫度高聚物的熱轉(zhuǎn)變第30頁，課件共46頁，創(chuàng)作于2023年2月Tg以下：普彈形變，形變小，可逆，彈性模量大。當(dāng)高聚物在室溫下，處于玻璃態(tài)，稱為塑料或纖維。高彈態(tài)（Tg～Tf）可逆的高彈形變（100～1000％），彈性模量小。高聚物特有的力學(xué)狀態(tài)當(dāng)高聚物室溫下處于高彈態(tài)，稱作橡膠可進(jìn)行拉伸成型，吹塑成型,吸塑成型或壓制成型高聚物的熱轉(zhuǎn)變第31頁，課件共46頁，創(chuàng)作于2023年2月

粘流態(tài)(Tf以上)不可逆的永久變形－塑性形變或粘流形變運(yùn)動單元是鏈段和大分子鏈，大分子重心產(chǎn)生相對移動室溫下處于粘流態(tài)的高聚物用作涂料或粘合劑高聚物的熱轉(zhuǎn)變第32頁，課件共46頁，創(chuàng)作于2023年2月高聚物的熱轉(zhuǎn)變結(jié)晶高聚物的熱轉(zhuǎn)變結(jié)晶態(tài)高聚物的物理狀態(tài)玻璃態(tài)黏流態(tài)黏流態(tài)玻璃態(tài)高彈態(tài)M較小M很大第33頁，課件共46頁，創(chuàng)作于2023年2月高聚物的熱轉(zhuǎn)變1－結(jié)晶度高，分子量不太大的高聚物；2－分子量很大；3－結(jié)晶度很低的高聚物

第34頁，課件共46頁，創(chuàng)作于2023年2月結(jié)晶聚合物的熔點(diǎn)與熔限：高聚物的熱轉(zhuǎn)變?nèi)巯奕埸c(diǎn)結(jié)晶高聚物體積－溫度曲線低分子體積－溫度曲線第35頁，課件共46頁，創(chuàng)作于2023年2月高聚物的熔化和低分子熔化的相似點(diǎn)和區(qū)別：相似點(diǎn)：熔化過程都有某種熱力學(xué)函數(shù)的突變。區(qū)別：

1）低分子晶體熔點(diǎn)幾乎是一個常數(shù)；而結(jié)晶高聚物的熔化發(fā)生在一個較寬的溫度范圍內(nèi)，稱為熔限，把熔限的終點(diǎn)對應(yīng)的溫度叫熔點(diǎn)。

2）低分子晶體在熔化過程中溫度不變；結(jié)晶高聚物在熔限范圍內(nèi)，邊熔化邊升溫。3）低分子反復(fù)熔化和結(jié)晶，熔點(diǎn)是固定的；結(jié)晶高聚物的熔點(diǎn)和熔限都受結(jié)晶溫度的影響：結(jié)晶溫度低，熔限寬，熔點(diǎn)低；結(jié)晶溫度高，熔限窄，熔點(diǎn)高。高聚物的熱轉(zhuǎn)變第36頁，課件共46頁，創(chuàng)作于2023年2月高聚物的熱轉(zhuǎn)變第37頁，課件共46頁，創(chuàng)作于2023年2月非結(jié)晶（低結(jié)晶）聚合物的熱轉(zhuǎn)變過程或熔化過程具有較長的軟化區(qū)間。結(jié)晶（高結(jié)晶）聚合物在熔點(diǎn)Tm以下處于玻璃態(tài)，即熔融前模量高，不發(fā)生軟化，到熔點(diǎn)后，很快變?yōu)檎沉鲬B(tài)，軟化區(qū)間短。結(jié)晶聚合物的緊密堆砌的結(jié)構(gòu)改善了分子熱振動的傳遞，即增加了熱傳導(dǎo)，其導(dǎo)熱率比非結(jié)晶聚合物高。高聚物的熱轉(zhuǎn)變總結(jié)第38頁，課件共46頁，創(chuàng)作于2023年2月高聚物的熱轉(zhuǎn)變由于晶體存在相變，因此，結(jié)晶聚合物比非結(jié)晶聚合物需要吸收更多的熱量才能熔化。結(jié)晶度提高，吸收的熱量也會隨之提高。結(jié)晶聚合物在相態(tài)轉(zhuǎn)變時，比熱會有突變，而非結(jié)晶聚合物的比熱變化則比較緩和。無論是結(jié)晶還是非結(jié)晶聚合物，分子之間的極性同樣會影響其熱轉(zhuǎn)變過程。第39頁，課件共46頁，創(chuàng)作于2023年2月聚乙烯（1）和聚苯乙烯（2）的熱焓圖高聚物的熱轉(zhuǎn)變第40頁，課件共46頁，創(chuàng)作于2023年2月固體和熔體PE的比熱與溫度的關(guān)系固體和熔體PS的比熱與溫度的關(guān)系高聚物的熱轉(zhuǎn)變第41頁，課件共46頁，創(chuàng)作于2023年2月高聚物的力學(xué)

性能屈服應(yīng)變彈性線性B（屈服點(diǎn)）C斷裂點(diǎn)塑性第42頁，課件共46頁，創(chuàng)作于2023年2月聚合物力學(xué)類型軟而弱軟而韌硬而脆硬而強(qiáng)硬而韌聚合物應(yīng)力—應(yīng)變曲線應(yīng)力應(yīng)變曲線特點(diǎn)模量（剛性）低低高高高屈服應(yīng)力（強(qiáng)度）低低高高高極限強(qiáng)度（強(qiáng)度）低中高高斷裂伸長（延性）中等按屈服應(yīng)力低中高應(yīng)力應(yīng)變曲線下面積（韌）小中小中大實(shí)例聚合物凝膠橡膠.增塑.PVC.PE.PTFEPS.PMMA.固化酚醛樹脂斷裂前無塑性形變斷裂前有銀紋硬PVCABS.PC.PA有明顯的屈服和塑性