高聚物流变与工艺关系.ppt

高聚物结晶特征 3 2 聚合物的结晶性 聚合物本身的结晶性能影响加工性能和材料性能 聚合物在成型加工中的结晶 聚合物结构 加工条件 1 聚合物结晶 1 聚合物的链结构与结晶关系有利于结晶性的因素有链结构简单 重复结构单元较小 相对分子质量中 主链上不带或只带极少的支链 主链化学对称性好 取代基不大且对称规整性好 高分子链的刚柔性及分子间作用力适中 2 聚合方法与结晶不同聚合方法制备的高分子化合物 结晶能力和结晶度大小是不相同的 表8 表8不同聚合方法pe的结晶度 2 成型加工与聚合物结晶的关系 1 熔融温度和熔融时间熔体中残存的晶核数量和大小与成型温度有关 也影响结晶速度 加工时的熔融温度高 或熔融时间长 则聚合物在成型前所具有的结晶结构被破坏得多 残存的晶核少 熔体冷却时主要以均相成核形成晶核 故结晶速度慢 结晶尺寸较大 反之 如熔融温度低 或熔融时间短 则残存晶核在熔体冷却时会引起异相成核作用 故结晶速度快 结晶尺寸小而均匀 有利于提高机械性能和热变形温度 所以 t高 低 t长 短 结晶速度慢 快 成型压力增加 应力和应变增加 结晶度随之增加 晶体结构 形态 结晶大小等也发生变化 应力有利于成核 应力大分子取向诱发成核应力大小 低压生成大而完整的球晶 高压生成小而形状不很规整的球晶 2 成型压力 成型时的冷却速度 从tm降低到tg以下温度的速度 主要看冷却介质的温度tc 影响制品能否结晶 结晶速度 结晶度 结晶形态和大小等 tc tmax 缓冷 结晶度提高 球晶大 tc tg 中速冷 有利晶核生成和晶体长大 性能好 通常 采用中等的冷却速度 冷却温度选择在tg 最大结晶速度的温度tmax之间 3 冷却速度 3 成型后后处理方法与结晶性 1 二次结晶 是指一次结晶后 在残留的非晶区和结晶不完整的部分区域 内 继续结晶并逐步完善的过程 这个过程相当缓慢 有时可达几年 甚至几十年 2 后结晶 是指一部分来不及结晶的区域 在成型后继续结晶的过程 在这一过程中 不形成新的结晶区域 而在球晶界面上 使晶体进一步长大 是初结晶的继续 为二者的区别两者均对性能不利 可通过热处理 加速这两个过程的解决 但不彻底 4 成核剂与结晶性 5 结晶性和物性 加成核剂可提高结晶速度 促进微晶生成 制品透明性提高 聚合物中的晶体 微晶 类似大分子的 物理交联点 受结晶度影响的物性有 拉伸强度 弹性模量 冲击强度 耐热性 热变形温度 耐化学药品性 吸水性 透明性 气体透过性 成型收缩率等 很大程度与结晶结构有关 例 表9 表10 ptt的结晶动力学研究 应用 通过dsc和偏光显微镜进行ptt等温结晶动力学研究得出avrami指数在1 98 2 56范围 应用 ptt的结晶动力学研究 结晶速率高于pet15倍 玻璃转变温度tg低 软化点tf低 干燥工艺高温 接近pet 140oc 风量增加 提高传热 降低切片粘结 应用 ptt非等温结晶动力学研究ptt结晶快结晶温度低 tg低 45oc ptt非等温结晶曲线 ptt的结晶动力学研究 纺丝工艺调整 冷却温度低 18 22oc 保证卷绕丝的拉伸性降低内应力 高聚物流变学特征 3 4 熔体粘度与成型性 影响熔体粘度 内在因素 分子量 分布宽 粘度小 外在因素 温度t t上升 a下降 压力p 有压敏性 p上升 a上升 剪切速率 剪切变稀 高聚物流变学描述 微观唯象 粘弹性模型 一 广义牛顿流体 粘度定律 2 bird carrearlaw 1 牛顿流体 3 powlaw 4 binghamlaw 5 modifiedbinghamlaw 6 herschel bulkeylaw 7 modifiedherschel bulkeylaw 8 crosslaw 9 modifiedcrosslaw 10 log loglaw 11 carrear yasudalaw carrear yasudalawforviscosity 1 arrheniuslaw 粘度与温度的关系 2 approximatearrheniuslaw 3 fulcherlaw 4 wlflaw 粘弹性模型 二 粘弹性流体的微分方程 1 upper convectedmaxwellmodel 2 white metznermodel 3 phan thien tannermodel 4 giesekusmodel 5 fene pmodel 6 多松弛时间模型 粘弹性模型 三 粘弹性流体的积分方程 其中 1 doi edwardsmodel 2 kbkzmodel 高聚物流变学实验分析 纤维素 amim cl溶液的稳态流变性能 图1纤维素 amim cl溶液的稳态流变曲线 非牛顿指数n 1 n 0 n 0 纤维素 amim cl溶液的稳态流变性能 图4纤维素 amim cl溶液不同温度的稳态流变曲线 图5不同剪切速率下10 的纤维素 amim cl浓溶液的ln a 1 t关系曲线 温度的影响 纤维素 amim cl溶液的稳态流变性能 图6不同聚合度的纤维素 amim cl溶液的表观粘度 剪切速率关系曲线 聚合度的影响 纤维素 amim cl溶液的稳态流变性能 图7纤维素的不同离子液体溶液的表观粘度 剪切速率关系曲线 溶剂的影响 纤维素 amim cl溶液的稳态流变性能 图2不同浓度的纤维素 amim cl溶液的稳态流变曲线 浓度的影响 纤维素 离子液体的纺丝成形技术 不同浓度的纤维素 bmim cl溶液的稳态流变曲线温度90 平均聚合度505 创建高浓度高剪切下的高速纺丝原理 动态流变性能 凝胶化 纤维素 amim cl溶液的动态流变性能 图8纤维素 amim cl的动态流变曲线 纤维素 amim cl溶液的动态流变性能 图9不同浓度的纤维素 amim cl溶液复数粘度 角频率关系曲线 图10不同浓度的纤维素 amim cl溶液模量 角频率关系曲线 浓度的影响 纤维素 amim cl溶液的动态流变性能 图11不同温度的纤维素 amim cl溶液复数粘度 角频率关系曲线 温度的影响 高聚物流变学应用 ptt的流变性研究 应用 熔纺过程与聚合物流变特性 微细结构之间的关系图 流变学的研究 熔体的粘度随剪切速率的增加而减小 呈现出切力变稀行为 ptt的流变性研究 应用 ptt的流变性研究 图3 2250 1 和2 ptt样品的流动曲线 ptt的流变性研究 不同温度下1 2 ptt样品的流动曲线 ptt的流变性研究 应用 纺丝