高分子材料成型加工课件1

1、 高分子科学：高分子科学： 高分子化学：单体高分子化学：单体 聚合物聚合物（反应、反应速率等（反应、反应速率等） 高分子物理：结构高分子物理：结构 性能性能（分子量、分子运动）（分子量、分子运动） 高分子材料成型加工：原料高分子材料成型加工：原料 材料、产品材料、产品 （如何运用）（如何运用） 基本任务：聚合物加工是将聚合物转变成实用材基本任务：聚合物加工是将聚合物转变成实用材料或制品的一门工程技术。料或制品的一门工程技术。 * * 任务：改进转变方法。了解产品性能与原任务：改进转变方法。了解产品性能与原材料及加工条件之间的关系。材料及加工条件之间的关系。 一、概述：一、概述： 成型加工方法分

2、类：成型加工方法分类： 1 1 基本上只发生物理变化：对热塑性材料基本上只发生物理变化：对热塑性材料 升温升温 流动流动 冷却冷却 固化固化 2 2 只有化学变化：嵌铸只有化学变化：嵌铸 3 3 兼有物理、化学变化：压模兼有物理、化学变化：压模第一篇第一篇 聚合物加工的理论基础聚合物加工的理论基础第一章第一章 材料的加工性质材料的加工性质1.11.1几个基本概念几个基本概念 1)1) 胡克定律：应力胡克定律：应力= = 模量模量* *应变应变 应力：单位面积所受的外力应力：单位面积所受的外力 剪切应力（剪切应力（）、拉伸应力（）、拉伸应力（） 应变：剪切应变：物体受外力作用后，一层应变：剪切应

3、变：物体受外力作用后，一层相对于另一层移动的距离。相对于另一层移动的距离。 表达式：表达式：=dx/dr=dx/dr 拉伸应变：拉伸应变：=L/LL/L2)2)聚合物的可挤压性聚合物的可挤压性 可挤压性可挤压性是指是指聚合物聚合物通过挤压作用形变时获得形状通过挤压作用形变时获得形状和保持形状的能力。和保持形状的能力。 表征参数：熔融指数（表征参数：熔融指数（MeltFlowIndex，MI或或MFI）熔融指数仪熔融指数仪加工方法与熔融指数值加工方法与熔融指数值3)聚合物的可模塑性聚合物的可模塑性 可模塑性是指材料在温度和压力作用下形变和在模可模塑性是指材料在温度和压力作用下形变和在模具中模制成

4、型的能力。具中模制成型的能力。 表征表征方法：螺旋流动试验。方法：螺旋流动试验。模塑工艺条件模塑工艺条件 螺旋流动试验螺旋流动试验4) 4) 聚合物的可纺性聚合物的可纺性 可纺性是指聚合物材料通过加工形成连续的固态纤可纺性是指聚合物材料通过加工形成连续的固态纤维的能力。维的能力。 熔体细流的稳定性表征：熔体细流的稳定性表征：Lmax/d=36（v/F）式中，式中，Lmax：熔体细流的最大稳定长度； d：喷丝孔直径；v：流出速度；：熔体粘度；F：熔体表面张力。 5 5）聚合物的可延性聚合物的可延性 可延性表示无定型或半结晶聚合物在一个或两个方可延性表示无定型或半结晶聚合物在一个或两个方向上受到压

5、延或拉伸时变形的能力。向上受到压延或拉伸时变形的能力。 可延性测定：小型牵伸试验机可延性测定：小型牵伸试验机 断裂伸长率断裂伸长率b1.2 1.2 聚合物的粘弹性型变与加工条件的关系聚合物的粘弹性型变与加工条件的关系 高聚物的三态：玻璃态、高弹态、粘流态高聚物的三态：玻璃态、高弹态、粘流态 弹性：物体受力后，发生形变，除去外力后，弹性：物体受力后，发生形变，除去外力后，形变能回复。形变能回复。 弹性：普弹性：物体受力后，瞬时发生形弹性：普弹性：物体受力后，瞬时发生形变，除去外力能迅速回复，与时间变，除去外力能迅速回复，与时间无关。（符合胡克定律）无关。（符合胡克定律） 高弹性：物体受力后，瞬时

6、发生形高弹性：物体受力后，瞬时发生形变，除去外力能回复，与时间有关。变，除去外力能回复，与时间有关。（不符合胡克定律）（不符合胡克定律） 粘性：物体受力后，形变随时间发生变化，除粘性：物体受力后，形变随时间发生变化，除去外力后，形变不能回复。去外力后，形变不能回复。 粘弹性：弹性和粘性的有机组合。粘弹性：弹性和粘性的有机组合。1.2.1 1.2.1 何为粘弹性：何为粘弹性： 1 1 合物粘弹性的元件模拟合物粘弹性的元件模拟: :（1 1）弹性）弹性( (普弹性普弹性) )：胡克弹簧：胡克弹簧; ; 粘性：牛顿粘壶粘性：牛顿粘壶（2 2）二元件模型：高弹性）二元件模型：高弹性 2 2 聚合物的粘

7、弹性的四元模型：聚合物的粘弹性的四元模型： 形变原因：形变原因：总总= = H H+E E+V V 普弹形变普弹形变H H：键的拉伸，键角变化。对晶态：键的拉伸，键角变化。对晶态高聚物，为平衡态时的位移形变。高聚物，为平衡态时的位移形变。 高弹形变高弹形变E E：大分子链段的形变和位移（构：大分子链段的形变和位移（构象变化）象变化） 粘性形变粘性形变V V：大分子链的解缠和滑动引起的。：大分子链的解缠和滑动引起的。 1.2.2聚合物经典粘弹模型聚合物经典粘弹模型E E：与时间无关，可回复；：与时间无关，可回复；H H：与时间有关，可回复；：与时间有关，可回复；V V：与时间有关，不能回复。：与

8、时间有关，不能回复。 粘弹性与加工条件的关系：粘弹性与加工条件的关系： 总总= = H H+E E+V V =/E=/E1 1+/E+/E2 2（1-e1-e-E2t/2-E2t/2）+t/+t/3 3：外加应力；：外加应力；E E1 1：普弹模量；：普弹模量；E E2 2：高弹模量；：高弹模量；2 2 ：高弹形变粘度；：高弹形变粘度；3 3 ：粘性形变粘度；：粘性形变粘度；t t：外：外力作用时间力作用时间 ，总总； TT，总总TTTf f：受力主要发生粘性形变。：受力主要发生粘性形变。 T Tg gT TT Tf f ：弹性形变弹性形变 TT，H H，V V且对且对V V影响更大。影响更大

9、。 （2 2） 形变与作用力、作用时间的关系：形变与作用力、作用时间的关系： 当当或或TT，使，使H H，V V；当；当TT时，时，V V增加的量比增加的量比H H更多。更多。*1.2.41.2.4粘弹性形变的滞后效应粘弹性形变的滞后效应（粘弹性的特例）（粘弹性的特例） 概念：在动态力作用下，聚合物分子链由于概念：在动态力作用下，聚合物分子链由于跟不上外力作用速度而造成的形变总是跟不上外力作用速度而造成的形变总是落后于外力作用速度的效应。落后于外力作用速度的效应。 =/E=/E1 1+/E+/E2 2（1-e1-e- t/t- t/t* *）+t/+t/3 3 式中式中 t t* *= = 2 2/ E/ E2 2 高弹形变松弛时间高弹形变松弛时间 原因：长链结构和大分子运动的逐步性造成原因：长链结构和大分子运动的逐步性造成的。的。回顾：回顾： 高聚物的三态是什么？对链结构不对高聚物的三态是什么？对链结构不对 称的结晶聚合物，其称的结晶聚合物，其