塑料成型工艺与模具设计第二章--塑料成型基础PPT课件.ppt

第二章塑料成型基础 机械工业出版社CHINAMACHINEPRESS 塑料成型工艺与模具设计 第3版 1 第二章塑料成型基础 第一节聚合物的分子结构与热力学性能第二节聚合物流变方程与分析第三节聚合物在成型过程中的流动状态第四节聚合物在成型过程中的物理和化学变化第五节塑料的组成及工艺特性第六节常用塑料 2 第一节聚合物的分子结构与热力学性能 一 聚合物的分子结构 一 树脂与塑料 二 高分子与低分子 三 聚合物的分子结构如果聚合物的分子链呈不规则的线状 或者团状 聚合物是一根根的分子链组成的 则称为线型聚合物 如果在大分子的链之间还有一些短链把它们相互交联起来 成为立体结构 则称为体型聚合物 3 第一节聚合物的分子结构与热力学性能 四 聚合物的聚集态结构及其性能 结晶型聚合物由 晶区 分子作有规则紧密排列的区域 和 非晶区 分子处于无序状态的区域 所组成 如图2 2所示 图2 2结晶型聚合物结构示意图1 晶区2 非晶区 4 第一节聚合物的分子结构与热力学性能 二 聚合物的热力学性能与加工工艺性 一 聚合物的热力学性能 图2 3聚合物的热力学曲线 5 第一节聚合物的分子结构与热力学性能 二 聚合物的加工工艺性 f与 d一样都是聚合物材料进行成型加工的重要参考温度 表2 1热塑性塑料在不同状态下的物理 工艺性能 6 第二节聚合物流变方程与分析 一 牛顿流体及其流变方程 图2 4液体在流道中流动时的速度梯度图 7 第二节聚合物流变方程与分析 图2 5所示为以切应力对剪切速率作图时 塑料成型加工中常用聚合物在非牛顿流体状态下的流动曲线 图2 5不同类型流体的流动曲线1 膨胀性流体2 牛顿流体3 假塑性流体4 复合型流体 8 第二节聚合物流变方程与分析 将非牛顿流体的粘度定义为表观粘度 a 即非牛顿粘度 图2 6不同类型流体的表观粘度与剪切速率关系1 膨胀性流体 n 1 2 牛顿液体 n 1 3 假塑性液体 n 1 9 第二节聚合物流变方程与分析 二 温度和压力对粘度的影响 一 温度对剪切粘度的影响 表2 2常用热塑性塑料在恒定剪切速率下表观粘度与温度关系的数据 10 第二节聚合物流变方程与分析 二 压力对剪切粘度的影响 图2 7切应力和温度恒定时熔体粘度与压力的关系1 聚甲基丙烯酸甲酯2 聚丙烯 210 3 低密度聚乙烯4 聚酰胺 665 聚甲醛 共聚物 11 第二节聚合物流变方程与分析 三 聚合物熔体的粘弹性聚合物熔体 包括分散体 不仅具有粘流性 而且还具有如固体般的弹性 即当熔体受到应力时 一部分能量消耗于粘性变形 即流动 而另一部分变形的能量将会被熔体储存 一旦外界应力移去 变形就得到恢复 如塑料在挤压时的出模膨胀 见图2 8 图2 8挤出塑料时的出模膨胀1 挤出物2 挤出机d0 挤出机口模内径df 挤出物膨胀后的直径 12 第二节聚合物流变方程与分析 粘弹性熔体的应力 应变关系曲线如图2 9所示 图2 9粘弹性熔体的应力 应变关系曲线a 成型加工时的形变 g b 成型后可逆形变回复 g c 成型后可逆形变回复 室温或 g 13 第二节聚合物流变方程与分析 四 热塑性和热固性聚合物流变行为的比较 图2 10热塑性聚合物与热固性聚合物流动行为比较 14 第二节聚合物流变方程与分析 从图2 10c可以看出 温度对流动性的影响是由粘度和固化速度两种互相矛盾的因素决定的 这种关系可进一步用图2 11来说明 图2 11温度对热固性聚合物流动性的影响A 总的流动曲线B 粘度对流动性的影响线C 硬化速度对流动性的影响曲线 15 第三节聚合物在成型过程中的流动状态 一 聚合物熔体在简单截面导管内的流动 一 在圆形导管内的流动 图2 12圆形导管中流动液体受力分析 16 第三节聚合物在成型过程中的流动状态 图2 13流体在圆形导管中切应力和流速分布 17 第三节聚合物在成型过程中的流动状态 表2 3牛顿型与非牛顿型流体计算式汇总表 18 第三节聚合物在成型过程中的流动状态 二 在扁形导槽内的流动 图2 14流体在扁槽内的流动 19 第三节聚合物在成型过程中的流动状态 三 端末效应与速度分布只有贴近管壁极薄一层液层处 其速度骤降 至管壁处为零 流体在进入导管后须经一定距离 稳定状态方能形成 图2 15聚合物熔体在管子入口区和出口区的流动 20 第三节聚合物在成型过程中的流动状态 图2 16各种流体的速度分布 21 第三节聚合物在成型过程中的流动状态 二 注射成型中的流动状态分析注射成型中的流动过程如图2 17所示 可以分成三个区段 图2 17注射过程中塑料熔体流动的三个区段 22 第三节聚合物在成型过程中的流动状态 一 流体在流道中的状态应注意只有当W h 10时 计算才准确 见图2 18 二 流体在充模过程中的状态 图2 18流道和浇口的剖视图 23 第四节聚合物在成型过程中的物理和化学变化 一 聚合物的结晶二 成型过程中的取向 1 注射 压注成型塑件中纤维状填料的取向注射 压注成型塑件中填料的取向方向与程度主要依赖于浇口的形状与位置 如图2 19所示 图2 19扇形片试样中填料的取向 24 第四节聚合物在成型过程中的物理和化学变化 2 注射 压注成型塑件中聚合物分子的取向一般情况下 聚合物在成型过程中只要存在熔体的流动 就会有分子的取向 图2 20注射成型长条形试样中聚合物取向程度分析a 横向截面b 轴向纵截面 25 第四节聚合物在成型过程中的物理和化学变化 三 聚合物的降解1 严格控制原材料的技术指标 使用合格的原材料 2 使用前对聚合物进行严格干燥 特别是聚酯 聚醚和聚酰胺等聚合物在存放过程中容易从空气中吸附水分 使用前通常应使水分含量降低到0 05 以下 3 确定合理的加工工艺和加工条件 使聚合物在不易产生降解的条件下加工成型 这对于那些热稳定性差 加工温度和分解温度非常接近的聚合物尤为重要 4 使用附加剂 根据聚合物性能 四 聚合物的交联 26 第四节聚合物在成型过程中的物理和化学变化 图2 21硬聚氯乙烯成型温度范围 27 第四节聚合物在成型过程中的物理和化学变化 表2 4常用聚合物的分解温度与加工温度 28 第五节塑料的组成及工艺特性 一 塑料的组成二 塑料的分类三 塑料的成型工艺性能 一 热塑性塑料的工艺性1 收缩性2 流动性塑料流动性的好坏采用统一的方法来测定 对热塑性塑料常用的方法有熔融指数测定法和螺旋线长度试验法 熔融指数测定法是将被测塑料装入如图2 22所示的标准装置内 螺旋线长度试验法是将被测塑料在一定的温度与压力下注入如图2 23所示的标准的阿基米德螺旋线模具内 用其所能达到的流动长度 图中所示数字 单位为cm 来表示该塑料的流动性 29 第五节塑料的组成及工艺特性 图2 22熔融指数测定仪结构示意图1 热电偶测温管2 料筒3 出料孔4 保温层5 加热棒6 柱塞7 重锤 重锤加柱塞共重2160g 30 第五节塑料的组成及工艺特性 图2 23螺旋流动试验模具流道示意图 31 第五节塑料的组成及工艺特性 3 相容性4 吸湿性5 热敏性 二 热固性塑料的工艺性1 收缩率2 流动性流动性的意义与热塑性塑料流动性类同 但热固性塑料通常以拉西格流动性来表示 而不是用熔融