有机高分子材料成形加工技术基础ppt课件

1、第三章第三章LOGO 高分子资料：高分子资料： 是分子量大于是分子量大于1 1万万以上的有机资料，实践上分子量普通以上的有机资料，实践上分子量普通在十几万乃至数十万以上，再大者可在十几万乃至数十万以上，再大者可达数百万。是经过聚合反响由低分子达数百万。是经过聚合反响由低分子化合物单质资料制得，故又称为高聚化合物单质资料制得，故又称为高聚物资料，或简称聚合物。物资料，或简称聚合物。LOGO高分子高分子资料资料按来源按来源构造构造的多的多重加重加工性工性玻璃化玻璃化温度温度天然天然合成合成热塑性热塑性 热固性热固性结晶性结晶性塑料塑料橡胶橡胶结晶型结晶型非非结晶型结晶型结晶度结晶度10106060

2、LOGO热塑性塑料固态时的线型构造热塑性塑料固态时的线型构造热固性塑料硬化后的体型网状构造热固性塑料硬化后的体型网状构造LOGO聚集形状聚集形状? ?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、成型合成态是粉末合成态是粉末或颗粒或颗粒具有一定的具有一定的几何外形几何外形 谁决议谁决议? ?LOGO 随温度升高，聚合物将呈现玻璃态、高弹态、粘流态三种形状。随温度升高，聚合物将呈现玻璃态、高弹态、粘流态三种形状。1 1线性非结晶聚合物；线性非结晶聚合物；2 2线形聚合物；线形聚合物；3 3金属。金属。聚合物的物理形状与温度的关系聚合物的物理形状与温度的关系LOGO符

3、号符号状态状态PVC() PVC() PP()PP()脆化温度脆化温度 TbTbT TTbTb脆硬态脆硬态-61-610 0玻璃化玻璃化温度温度 TgTgTbTbT TTgTg普弹态普弹态878710-1510-15粘流温度粘流温度TfTfTgTgT TTfTf高弹态高弹态136136熔融温度熔融温度 TmTmTdTdT TTfTf（TmTm）164-164-175175分解温度分解温度 TdTd140140300300粘流态是高分子粘流态是高分子资料主要的加工资料主要的加工态态聚氯乙烯聚氯乙烯聚丙烯聚丙烯成型温度要选在：成型温度要选在：dfTTT成型LOGO结晶聚合物的温度结晶聚合物的温度-

4、 -形变曲线形变曲线非晶与结晶聚合物的温度非晶与结晶聚合物的温度- -形变曲线形变曲线 非晶态线型聚合物的非晶态线型聚合物的温度温度- -形变曲线形变曲线对非晶的无定型聚合物而言，温度对非晶的无定型聚合物而言，温度高于粘流温度高于粘流温度TfTf即进入粘流态。即进入粘流态。分子量低时，温度高于分子量低时，温度高于Tm Tm 即进入粘流态；即进入粘流态；分子量高时，熔融后能够存在高弹态，需分子量高时，熔融后能够存在高弹态，需继续升温，高于流动温度才进入粘流态温继续升温，高于流动温度才进入粘流态温度高于度高于Tf Tf 才进入粘流态。才进入粘流态。LOGO成型温度要选在：成型温度要选在：dfTTT

5、成型HDPE100130170200300PP170175200220PS112146170190PVC165190170190140PMMA210240ABS180200fT注射TdT适宜的成型温度要根据阅历反复实际才干确定，适宜的成型温度要根据阅历反复实际才干确定， 与与 相差越远越有利于相差越远越有利于成型加工。成型加工。fTdT高分子成形在粘流态，高分子熔体和溶液具有流变性，高分子成形在粘流态，高分子熔体和溶液具有流变性，处置粘流态下资料的问题需求运用流变学实际！处置粘流态下资料的问题需求运用流变学实际！LOGOLOGO流变学的根本概念流变学的根本概念v 某一种物质对外力表现为弹性和粘

6、性双重特性粘弹性。这某一种物质对外力表现为弹性和粘性双重特性粘弹性。这种性质称为流变学性质，对这种景象进展定量解析的学问称为种性质称为流变学性质，对这种景象进展定量解析的学问称为流变学。流变学。流变性流变性流动流动变形变形粘性，粘性，不可逆过程，不可逆过程，耗散能量耗散能量弹性，弹性，可逆过程，可逆过程，储存能量储存能量非线性粘弹性非线性粘弹性高聚物流体熔体或溶液具有流变行为！高聚物流体熔体或溶液具有流变行为！LOGO = d/dt 式中：为切应力； 为动力粘度系数，单位是s；d/dt为切应变速率。牛顿流动定律牛顿流动定律大多数小分子液体流动时，剪切应力与剪切速率成正比，大多数小分子液体流动时

7、，剪切应力与剪切速率成正比， 遵照牛顿流动定律。牛顿流体的流动曲线是一条经过原点遵照牛顿流动定律。牛顿流体的流动曲线是一条经过原点 的直线。直线斜率即剪切粘度，显然是与剪切速率无关的直线。直线斜率即剪切粘度，显然是与剪切速率无关 的资料常数。的资料常数。1、经典流变学牛顿流变学、经典流变学牛顿流变学d/dtLOGO非牛顿流动非牛顿流动 非牛顿流体的剪切速度非牛顿流体的剪切速度d/dtd/dt和剪切应力和剪切应力的变化规律，经作图后可的变化规律，经作图后可得四种曲线的类型：塑性流动、假塑性流动、胀形流动、触变流动。得四种曲线的类型：塑性流动、假塑性流动、胀形流动、触变流动。塑性流动塑性流动假塑性

8、流动假塑性流动 胀性流动胀性流动 触变流动触变流动 实践上大多数液实践上大多数液体不符合牛顿粘体不符合牛顿粘度定律度定律摇溶性摇溶性( (或触变性或触变性) )流体，震凝性流体流体，震凝性流体LOGO在实践中，大多数聚合物熔体的粘度并不是一个常数，它与流体的在实践中，大多数聚合物熔体的粘度并不是一个常数，它与流体的温度、切应力、切应变速率有关。温度、切应力、切应变速率有关。经修正后为：经修正后为： =K =Kd/dtd/dt 式中，为非牛顿指数，式中，为非牛顿指数，；K K为稠度表观黏为稠度表观黏度。度。上式还可写成：上式还可写成： d/dt d/dt 式中，式中，为流动度；为流为流动度；为流

9、动指数动指数1 1。2、聚合物熔体的流变定律、聚合物熔体的流变定律粘度是描画塑料熔体流变行为最重要的参数。粘度是描画塑料熔体流变行为最重要的参数。LOGO1 1对牛顿型流体，对牛顿型流体，n =1n =1，K = K = ；对假塑性流体，对假塑性流体，n 1n 1。n n 偏离偏离1 1的程度越大，阐明资料的假塑性非的程度越大，阐明资料的假塑性非牛顿性越强；牛顿性越强；n n与与1 1之差，反映了资料非线性性质的强弱。之差，反映了资料非线性性质的强弱。 2 2同一种资料，在不同的剪切速率范围内，同一种资料，在不同的剪切速率范围内，n n 值也不是常数。通常值也不是常数。通常剪切速率越大，资料的

10、非牛顿性越显著，剪切速率越大，资料的非牛顿性越显著，n n 值越小。值越小。 3 3温度下降、分子量增大、填料量增多等，都会使资料非线性性质温度下降、分子量增大、填料量增多等，都会使资料非线性性质加强，从而使加强，从而使n n 值下降；填入软化剂，增塑剂那么使值下降；填入软化剂，增塑剂那么使n n 值上升。值上升。 简单讨论简单讨论LOGO假塑性高分子液体的流动曲线假塑性高分子液体的流动曲线表观粘度表观粘度- -剪切速率曲线剪切速率曲线表观粘度是剪切速率或剪切应力的函数。剪切速率增大，表表观粘度是剪切速率或剪切应力的函数。剪切速率增大，表观粘度降低，呈剪切变稀效应。我们称这类流体为假塑性流体。

11、观粘度降低，呈剪切变稀效应。我们称这类流体为假塑性流体。 3、剪切变稀、剪切变稀LOGO关于关于“剪切变稀行为的阐明剪切变稀行为的阐明 大分子链在切应力作用下沿流动方向取向大分子链在切应力作用下沿流动方向取向取向的大分取向的大分子间相对流子间相对流动阻力减少动阻力减少LOGO3 3熔体流动时伴随高弹形变：由于在外力作用下，高分熔体流动时伴随高弹形变：由于在外力作用下，高分子链沿外力方向发生伸展，当外力消逝后，分子链又由伸子链沿外力方向发生伸展，当外力消逝后，分子链又由伸展变为卷曲，使形变部分恢复，表现出弹性行为。展变为卷曲，使形变部分恢复，表现出弹性行为。1 1粘度大，流动性差粘度大，流动性差

12、: : 这是由于高分子链的流动是经过这是由于高分子链的流动是经过链段的相继位移来实现分子链的整体迁移，类似蚯蚓的蠕动。链段的相继位移来实现分子链的整体迁移，类似蚯蚓的蠕动。2 2不符合牛顿流动规律：在流动过程中粘度随切变速率不符合牛顿流动规律：在流动过程中粘度随切变速率的添加而下降剪切变稀。的添加而下降剪切变稀。聚合物熔体流动特点聚合物熔体流动特点粘性流粘性流动动弹性变弹性变形形LOGOq 高分子粘流过程中伴随着可逆的高弹形变，这是高分子高分子粘流过程中伴随着可逆的高弹形变，这是高分子熔体区别于低分子液体的重要特征之一。熔体区别于低分子液体的重要特征之一。q 原理原理:高分子熔体的流动是各链段

13、运动的总结果，在外高分子熔体的流动是各链段运动的总结果，在外力作用下，高分子链顺流动方向取向，外力消逝后，链力作用下，高分子链顺流动方向取向，外力消逝后，链要重新蜷曲起来，因此整个形变要恢复一部分。要重新蜷曲起来，因此整个形变要恢复一部分。q 弹性效应的表现弹性效应的表现:q 挤出胀大挤出胀大q 不稳定流动不稳定流动q 包轴景象包轴景象q 无管虹吸无管虹吸LOGO1、挤出胀大景象、挤出胀大景象 挤出胀大景象又称口型膨胀效应或挤出胀大景象又称口型膨胀效应或BarusBarus效应，是指高分效应，是指高分子熔体被强迫挤出口模时，挤出物尺寸大于口模尺寸，截面外子熔体被强迫挤出口模时，挤出物尺寸大于口

14、模尺寸，截面外形也发生变化的景象。形也发生变化的景象。 挤出胀大景象及其阐明挤出胀大景象及其阐明 LOGO2 2、不稳定流动和熔体破裂景象、不稳定流动和熔体破裂景象 高分子熔体高分子熔体从口模挤出时，从口模挤出时，当挤出速率或当挤出速率或剪切应力超越剪切应力超越某一临界剪切速某一临界剪切速率或临界剪切率或临界剪切应力，容易出应力，容易出现弹性湍流，导现弹性湍流，导致流动不稳定，致流动不稳定，挤出物外表粗糙。挤出物外表粗糙。鲨鱼皮形鲨鱼皮形波浪形波浪形竹节形竹节形螺旋形螺旋形不规那么破不规那么破裂裂LOGO3 3、“爬杆景象爬杆景象高分子液体的高分子液体的“爬杆效应爬杆效应 与牛顿型流体不同，盛

15、在容器中的高分子液体，当插与牛顿型流体不同，盛在容器中的高分子液体，当插入其中的圆棒旋转时，没有因惯性作用而甩向容器壁附近，入其中的圆棒旋转时，没有因惯性作用而甩向容器壁附近，反而环绕在旋转棒附近，出现沿棒向上爬的反而环绕在旋转棒附近，出现沿棒向上爬的“爬杆景象。爬杆景象。又称又称“包轴景象。包轴景象。 牛顿型流体牛顿型流体高分子液体高分子液体LOGO4 4、无管虹吸、无管虹吸图图6-16 6-16 无管虹吸效应无管虹吸效应 对牛顿型流体，当虹吸管提高到分开液面时，虹吸景象对牛顿型流体，当虹吸管提高到分开液面时，虹吸景象立刻终止。对高分子液体，当虹吸管升离液面后，杯中液体立刻终止。对高分子液体

16、，当虹吸管升离液面后，杯中液体仍能源源不断地从虹吸管流出，这种景象称无管虹吸效应。仍能源源不断地从虹吸管流出，这种景象称无管虹吸效应。 侧侧吸吸效效应应 该景象也与高分子液体的弹性行为有关。液体的这种弹性使之容易产生拉该景象也与高分子液体的弹性行为有关。液体的这种弹性使之容易产生拉伸流动，拉伸液流的自在外表相当稳定，因此具有良好的纺丝和成膜才干。伸流动，拉伸液流的自在外表相当稳定，因此具有良好的纺丝和成膜才干。 LOGOLOGOLOGO切削加工切削加工T TTgTg普弹态普弹态压延、弯曲压延、弯曲及薄膜或及薄膜或纤维拉伸纤维拉伸Tg TTg TTfTf高弹态高弹态挤出、注射、挤出、注射、吹塑、

17、粘合吹塑、粘合T TTfTf粘流态粘流态LOGO定义：定义： 结晶型聚合物具有结晶景象的性质称为结晶性。结晶型聚合物具有结晶景象的性质称为结晶性。特点：特点：1 1、结晶型聚合物成形加工的温度更高。、结晶型聚合物成形加工的温度更高。2 2、冷凝时放热。、冷凝时放热。3 3、成形收缩量大。、成形收缩量大。4 4、由于分子的定向作用和收缩方向性，易变形、翘曲。、由于分子的定向作用和收缩方向性，易变形、翘曲。5 5、结晶度受冷却速度的影响大。、结晶度受冷却速度的影响大。6 6、结晶度大的聚合物制品其密度大，强度、硬度高，刚度大，、结晶度大的聚合物制品其密度大，强度、硬度高，刚度大，耐磨性好、耐化学性

18、和电性能好。耐磨性好、耐化学性和电性能好。LOGO定义定义 ： 聚合物的流动性与铸造合金的流动性概念类似，聚合物的流动性与铸造合金的流动性概念类似，即是指在一定温度与压力下聚合物充填模腔的才干。即是指在一定温度与压力下聚合物充填模腔的才干。影响要素：影响要素：1 1、工艺、工艺 2 2、聚合物构造、聚合物构造3 3、模具的影响、模具的影响 4 4、聚合物质量的影响、聚合物质量的影响粒度均匀、适度、含水量粒度均匀、适度、含水量加工条件加工条件温温 度度 剪切速率剪切速率压压 力力 构造要素构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、定义：聚合物制品自模腔中取出冷却至室温

19、后，其尺寸、定义：聚合物制品自模腔中取出冷却至室温后，其尺寸发生减少的特性称之为收缩性。发生减少的特性称之为收缩性。2 2、成形收缩方式：、成形收缩方式：1 1线尺寸收缩；线尺寸收缩； 2 2方向性收缩；方向性收缩；3 3后收缩；后收缩； 4 4后处置收缩后处置收缩 热处置结晶型热处置结晶型延料流方向收缩大，垂直方向小延料流方向收缩大，垂直方向小热塑热固；注塑、挤塑模压热塑热固；注塑、挤塑模压热胀冷缩热胀冷缩结晶型非结晶型结晶型非结晶型LOGO3 3、影响成形收缩的要素、影响成形收缩的要素1 1聚合物种类的影响；聚合物种类的影响； 2 2聚合物制品特性的影响；聚合物制品特性的影响；3 3模具的

20、影响；模具的影响； 4 4成形条件的影响。成形条件的影响。4 4、收缩率的计算、收缩率的计算式中，为平均收缩率；为模腔在室温下的单向尺式中，为平均收缩率；为模腔在室温下的单向尺寸；寸；为聚合物制品在室温下的单向尺寸。为聚合物制品在室温下的单向尺寸。热塑热固；结晶型非结晶型热塑热固；结晶型非结晶型温度温度 压力压力 保压时间保压时间LOGOv 作业作业: :v 1 1、聚合物的物理形状与温度的关系？聚合物在不同、聚合物的物理形状与温度的关系？聚合物在不同物理形状下的加工技术有何不同？物理形状下的加工技术有何不同？v 2 2、聚合物熔体流动特点？、聚合物熔体流动特点？v 3 3、结晶型聚合物成形时

21、需求留意什么？、结晶型聚合物成形时需求留意什么？v 4 4、PEPE、PPPP成型加工时，仅靠改动温度来添加其流动成型加工时，仅靠改动温度来添加其流动性能否有效？那么应该因此主要采取什么措施？性能否有效？那么应该因此主要采取什么措施？LOGOh h钢钢橡皮泥橡皮泥水水硅橡胶硅橡胶弹性弹性塑性塑性粘性粘性粘弹性粘弹性粘弹性粘弹性物质对外力表现为弹性和粘性双重特性。物质对外力表现为弹性和粘性双重特性。这种性质称为流变学性质这种性质称为流变学性质流动也视为一种非可逆性变形过程流动也视为一种非可逆性变形过程LOGOLOGOhahaTPCPEPOMPS醋酸纤维醋酸纤维hahaPEPSPC醋酸纤维醋酸纤维

22、d/dt加工条件：加工条件： 刚性链刚性链粘度对温度敏感粘度对温度敏感温敏资料温敏资料柔性链柔性链粘度对温度不敏感粘度对温度不敏感对剪切速率敏感对剪切速率敏感切敏资料切敏资料“低温高压低温高压技术技术LOGO构造要素：构造要素：1 1不同加工方法对分子量有不同要求：不同加工方法对分子量有不同要求：挤出成型要求分子量较高；挤出成型要求分子量较高；注射成型要求分子量较低；注射成型要求分子量较低；吹塑成型在挤出和注射两者之间。吹塑成型在挤出和注射两者之间。形变形变温度温度M1 M2 M3 M4M1 M2 M3 M4LOGO2 2分子量范围分子量范围橡胶橡胶MWDMWD宜宽些，宜宽些，塑料塑料MWDM

23、WD不宜太宽，不宜太宽，纤维纤维MWDMWD窄为好窄为好logha logHigh distributionSmall distributionLOGO(3) (3) 分子链支化的影响分子链支化的影响 短支化时短支化时, , 相当于自在体积增大相当于自在体积增大, , 流动空间增大流动空间增大, ,从而粘度减小；从而粘度减小； 长支化时长支化时, , 相当长链分子增多相当长链分子增多, , 易缠结易缠结, , 从而粘从而粘度添加度添加LOGO小结小结: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、成型合成态是粉末合成态是粉末或颗粒或颗粒聚集形状聚集形状? ?具有一定的具有一定的几何外形几何外形 LOGO符号符号状态状态PVC() PVC() PP()PP()脆化温度脆化温度 TbTbT TTbTb脆硬态脆硬态-61-610 0玻璃化玻璃化温度温度 TgTgTbTbT TTgTg普弹态（玻璃态）普弹态（玻璃态）878710-1510-15粘流温度粘流温度TfTfTgTgT TTfTf高弹态高弹态136136熔融温度熔融温度 TmTmTdTdT TTfTf（T