第六章成型加工中共混物的形态发展与结构变化ppt课件

1、第六章 成型加工中共混物的形状开展与构造变化 6.1 概述 化学构造性能-构造- 物理构造-外界条件(温度场、力场及其变化加工形状学的研讨内容及研讨意义：内容：1、研讨受力剪切、拉伸、压力流动条件下聚合物熔体流体相构造形状的构成、演化规律，即研讨聚合物资料在加工过程中外场作用下形状构成、演化、调控及最终“定构 ； 2、掌握构造形状的变化和控制规律及其对性能的影响关系。研讨意义：对实现有目的地成型加工设计、掌握聚合物凝聚态构造、充分发扬资料应有的潜在物理性能以及对开展高分子成型加工根底实际，开发高性能化、复合化、多功能化、低本钱化及清洁化高分子资料都有着重要意义。.第六章 成型加工中共混物的形状

2、开展与构造变化 成型加工形状学的开展历史年代研 究 内 容国 际国 内6070主要研究单一聚合物在常规加工过程中的形态控制7080主要研究常用聚合物共混物相形态形成和演变规律以及单一聚合物材料在特殊加工条件下形态控制90控制聚合物形态规律的基础上，研究新型聚合物、新型加工过程中聚合物形态形成、发展及调控，通过新型形态及特殊形态的形成，获得性能独特的单一或多相聚合物材料。主要研究内容涉及高分子材料加工过程中形态控制的科学问题，包括高分子在复杂温度、外力等各种外场作用下聚合物形态结构演化、形成规律以及在温度、压力等各种极端状态下高分子聚集态结构的特点。.第六章 成型加工中共混物的形状开展与构造变化

3、 成型加工形状学目前的研讨重点： 1、根底实际研讨方面-包括剪切对相容性的影响，以及共混体系的流变学根底研讨等多个领域的内容； 2、聚合物共混体系在成型中的形状演化的唯象描画； 3、聚合物共混物在成型加工过程中形状控制的详细方法和工艺研讨。 .第六章 成型加工中共混物的形状开展与构造变化 6.2. 剪切作用对聚合物共混体系相容性的影响 聚合物成型过程是在外力和温度作用下，在有限时间内完成的一个非平衡态过程。 前期任务：多集中于加工流变学这一范畴，由于高分子熔体在流动中表现出来的宏观物性粘度比在流动中微观层次上的相态图样变化在实验上更易于丈量和延续跟踪。 在高聚物微观相态的构成和规律的实践研讨任

4、务中，常用分析最后产品内部微观构造的方法，或迅速冷冻加工中的试样，对其相态进展分析，由此推测成型条件与相构造构成之间关系如传统的形状法、荧光法等。 缺乏：这些“间接方法无法获得延续、完好的力场、温度与聚合物相态之间关系的认识，做到对聚合物加工的最终相构造进展预测和设计、控制，研讨任务没有跳出“依赖阅历判别的框架局限。 .第六章 成型加工中共混物的形状开展与构造变化 目前开展：1、建立科学合理的实验方法 实时检测-能捕获到前期任务中被掩盖的瞬态效应，突破静态测试中的“黑箱效应 。 传统的实验方法：粘温转变法，浊度法等。 先进的实验方法：流变光学技术-小角X-ray散射法，小角中子散射法，小角激光

5、散射法等； 剪切流动下高分子相构造的研讨-经过在实践成型加工安装上 引入特殊安装，实现对受力流动中聚合物微观相构造进展实时检测跟踪。.第六章 成型加工中共混物的形状开展与构造变化 2、工艺条件的拓宽： 第一 提高对试样的剪切速率，更加接近聚合物加工的实践情况。 第二 新型实际的提出。 第三 实验体系更趋广泛，目前已从二元体系开展到三元体系。 第四 试样受力类型多样化：从单一的剪切应力开展到拉伸应力。 .第六章 成型加工中共混物的形状开展与构造变化 6.2.1 实际研讨 1、概述 由于处于流动中的共混体系可以储存能量，所以流动能改动体系的热力学形状并扰乱共混物的相平衡。 因此，在预测剪切场中聚合

6、物共混物的相行为时，通常是在平衡热力学框架内，经过在静态热力学共混自在能中参与一项由剪切作用引起的过剩弹性储能(excess elastic stored energy)，并思索到在弹性储能构成中聚合物的缠结。 剪切对聚合物共混物相行为的影响效应： 1、使均相区域扩展，即剪切诱导混合shear induced mixing，SIM； 2、使异相区域扩展，即剪切诱导去混合shear induced demixing，SID。 .第六章 成型加工中共混物的形状开展与构造变化 经典实际： 聚合物的链缠结构造特点，使相行为的变化可由链缠结模型得到很好的解释- 高温下大分子松弛时间短，在整个组成范围内为

7、牛顿流体，剪切粘度随组成变化单调添加，且二阶导数大于零，表现出促进体系相容的效应。 随着温度的降低，大分子的松弛时间增大，体系的非牛顿性增大，解缠结首先发生在分子量大的组分中。此时流体中1个组分为牛顿型而另1组分为非牛顿型，剪切粘度随组成变化的二阶导数小于零，导致体系相分别。当2组分均为非牛顿型流体时，剪切粘度随组成变化的二阶导数大于零，又出现剪切导致相容的情况。缺乏：将剪切时假设体系为热力学平衡态，因此其存在局限性。突出的缺陷是不能解释剪切作用下的各向异性以及只思索了简单剪切场的作用。 .第六章 成型加工中共混物的形状开展与构造变化 6.2.1.2 热力学实际 分子构型模型：未思索粒子破裂，

8、并假设界面张力为零，只解释流动致不相容景象。 界面张力模型：以为流动使得分子相尺寸破裂，到达单个聚合物线团尺寸，使体系均化，但该模型未思索分子构型变化，只能解释流动致相容景象。 新实际：贮藏弹性能引入、浓度动摇以及焓和熵的奉献的思索.第六章 成型加工中共混物的形状开展与构造变化 6.2.2 实验方法一、粘温转变法 根据粘度温度曲线的斜率突变点来确定剪切流动中共混物的相转变温度。 特点：实验仪器较为简单，试样制备容易，可对众多的体系进展测试。.第六章 成型加工中共混物的形状开展与构造变化 二、形状法 把熔融的共混物挤出或注射到模具中或冷凝介质如液氮等中骤冷定型，再利用电镜和DSC等手段对所得试样

9、进展察看和测试，根据电镜照片中各相形状和界面情况，以及DSC曲线来分析断定共混物相行为的变化情况。 实验中，剪切过程由一定的安装完成。 测试中，运用电镜察看试样的微观形状和两相界面及构造随剪切速率、温度及组分含量等要素的变化情况。 在电镜照片中，经过察看两相界面的模糊程度来判别共混物的相容程度如何；经过察看分散相的颗粒大小、外形及与延续相的互包情况等得到不同剪切速率和温度下相分别的信息。 观测到的共混物的微观构造尺寸为： TEM为 ；SEM为 。 特点：直观、简单易行；剪切速率大 ；干扰要素多，剪切速率及温度不易得到准确的控制，察看到的微观构造尺寸较大，察看到的形状变化不延续。.第六章 成型加

10、工中共混物的形状开展与构造变化 三、浊度法 利用试样光学透明性的变化作为相转变的证据。 实验中，剪切流动普通由流变机械测试仪控制。 观测对象的构造尺寸在 。 优点是实验仪器和实验过程较为简单。 在机理上也存在着一定的缺陷，即假设出现以下情况，即使共混物中各相分别，其试样也是光学透明的：1共混物中各相的折光指数相近；2共混物中各相的粒子尺寸远小于可见光的波长；3试样太薄；4共混物的分散相的含量太小。 人的视觉差别等要素也会影响测试结果。.第六章 成型加工中共混物的形状开展与构造变化 四、荧光法本方法是根据参与共混物体系的荧光物质的荧光强度的变化来断定共混物相分别情况。根据检测的方式不同，分为传统

11、测试法和实时测试法。1、传统荧光测试法 实验中，在共混物中，参与荧光物质标志的某一组分，采用剪切-流动-混合-骤冷的方法制成样品。 对样品进展荧光测试，检测在不同剪切速率部位的荧光强度。 2、荧光实时测试法 实时测试的根本原理与传统荧光测试法一样，但安装有较大变化。 在实验安装中添加特殊的仪器和附件，使温度实现准确控制和实时的荧光检测。 可丈量了不同比例的试样在不同温度、不同升温速率及不同剪切速率下的入射光和反射光光强的数据。 测试的微观构造尺寸在 以上。 .第六章 成型加工中共混物的形状开展与构造变化 荧光法的特点：与粘温转变法、浊度法及形状法相比，荧光法运用于检测共混物的相容性，能探测更微

12、观构造的信息；但实验中必需引入适当的荧光闪烁体作为观测和跟踪的根据，实验体系方面遭到很大的限制。 传统测试法：设备构造单一，简单易行；操作不便，易引入人为的干扰要素，引起较大的实验误差，测得的数据有限，实验周期较长。 实时测试：设备复杂、准确，一次性投入较大，但操作简单，搜集的信息量大，能更全面、准确地反映出剪切流动过程中试样的相行为变化和规律。 .第六章 成型加工中共混物的形状开展与构造变化 五、小角Xray散射法 根本原理：利用Xray经过正在剪切流动中的试样分子时，发生散射的景象来调查剪切流动对共混物相转变的影响。 小角Xray散射法得到的微观构造尺寸为 。 小角Xray散射法的设备复杂

13、、投资较大，目前还没有得到广泛运用。.第六章 成型加工中共混物的形状开展与构造变化 六、小角中子散射法 任务原理与小角Xray散射法一样。 小角中子散射丈量的微观构造的尺寸为 。 小角中子散射法存在设备复杂、投资较大的缺陷。 .第六章 成型加工中共混物的形状开展与构造变化 七、小角激光散射法 根本原理：利用激光光子经过正在剪切流动中的试样分子时，发生散射的景象来调查剪切流动对共混物相转变的影响。 特点：能得到共混物在剪切流动中关于相行为的信息，包括浓度动摇、定向动摇所对应的构造及根本的剪切流动下的超分子构造，剪切和检测安装比小角Xray散射法及小角中子散射法简单、投资较小。1、实验安装 主要包

14、括光路部分、动力部分、剪切部分、温控部分及附件。.第六章 成型加工中共混物的形状开展与构造变化 2、处置方式 对结果的处置方式主要有三种：散射图样分析；图表分析；显微图象的数字化处置技术Digital Image Analysis, DIA。 散射图样分析：经过照相或摄影方法得到动态变化的散射图样，对这些图样进展对比、分析，从图样的外形和相对的明暗程度的变化来描画剪切流动中共混物的相行为变化。 这种方法简单直观，但遭到一定局限，不便丈量散射光的强度等数据，需做一些辅助性试样，加以验证。 图表分析：将所测相关的散射数据直接或经过计算后的数据作成图表，以其曲线的走势及规律得出剪切对相行为的影响。

15、显微图象的数字化处置技术：3、测试的尺寸范围在 之间。 .第六章 成型加工中共混物的形状开展与构造变化 6.2.3 剪切场中聚合物共混体系相行为的实际预测和验证6.2.4 剪切场中影响相行为的要素 影响剪切场中聚合物共混物相行为的要素很多，如剪切速率、剪切应力、第一法向应力、拉伸速率、拉伸应变等外加要素，以及分子量及其分布、共混比及共聚比等构造要素。 6.2.5 进一步研讨需求思索和处理的问题 1实际方面：目前对聚合物共混体系相行为的研讨更多的集中在体系的相图、相分别机理及取向等方面。 2实验体系：目前剪切场中相行为研讨的体系非常少。 3流动场下相行为影响要素众多且很复杂，目前尚有许多要素未被

16、。 4对过程缺乏完好性研讨。 5试样受力类型单一。 .第六章 成型加工中共混物的形状开展与构造变化 6.3共混体系的流变学根底研讨 6.3.1流变学与聚合物加工的关系研讨方法：采用实际方法或者半阅历的方法建立流变模型。.第六章 成型加工中共混物的形状开展与构造变化 6.3.3聚合物共混体系的动态流变特性 聚合物流变性能的测试方法按施力方式不同，可分为静态测试和动态测试。 静态测试是在一定应力或应变下的稳态剪切流方法。 特点：在静态流变测试下，延续形变常会呵斥高分子，特别是多组分的高分子形状构造的变化甚至破坏，主要反映熔体的流动才干。 动态测试是在周期应力或应变条件下的振荡剪切流方法。 特点：动

17、态方法在小应变条件下丈量，测试过程对资料本身构造影响很小，主要反映熔体的变形才干。 .第六章 成型加工中共混物的形状开展与构造变化 影响聚合物共混体系的动态流变性能的要素： 1、 共混物之间的相互作用 2、分子形状 3、接枝 4、聚合物分子量的多分散性 5、不相容体系中分散相形状 .第六章 成型加工中共混物的形状开展与构造变化 6.4 聚合物共混物成型加工中的形状演化 据实验结果提出了在共混初期形状构造的开展方式： 分散相颗粒首先形变生成片状物或带状物，随即在片状物或带状物上有小孔生成，这些小孔被延续相基质所填充。当小孔的尺寸和数量开展到足够大时，生成易破裂的不稳定的网络。在剪切应力作用下，该

18、网络破裂构成不规那么小碎块，小碎块继续分裂，构成近乎球状的粒子。在以后的共混过程中，球状粒子的粒径只需较小的变化。.第六章 成型加工中共混物的形状开展与构造变化 从实验分析得出，双螺杆挤出过程中共混物相态开展包括如下过程： 分散相片状构造的构成和破碎； 分散相纤维状构造的变形和破碎； 球形分散相颗粒的变形和破碎； 球形分散相颗粒的聚集。 发生的位置：在双螺杆的熔融段主要发生聚合物共混物的相畴尺寸的降低，从初始为毫米级宏观聚合物颗粒很快下降到熔融段终了时的几十微米。双螺杆的混合段和计量段，分散相的相畴尺寸进一步减小，从几十微米到最终几微米。 .第六章 成型加工中共混物的形状开展与构造变化 图6.

19、25 熔体保送段分散相亚微形状变化过程.第六章 成型加工中共混物的形状开展与构造变化 聚合物共混物两组分比对共混物最终形状构造的影响： 实验结果阐明：随着共混物中分散相浓度的添加，分散相将转变为延续相，进入相反转区域。 在相反转点组成附近，两相构成共延续相构造。 哪一组分最终构成延续相主要取决于体积分数和组分粘度。 普通体积分数大而本体粘度小的组分构成延续相。 .第六章 成型加工中共混物的形状开展与构造变化 相反转方式-四阶段方式： 1首先，橡胶粒子软化构成延续相并严密包裹住塑料粒子； 2当温度升高到达塑料的转变温度时，塑料粒子的外表开场软化变形，并一层一层剥落分散在橡胶相中，在这个阶段转矩陡

20、然上升； 3在转矩达最大值附近区域，相反转忽然发生，最终塑料相转变为延续相而橡胶相变为分散相，转矩达最大值后稳定地下降； 4最后构成熔融的粘弹性流体，橡胶分散相的粒径很小，转矩值维持在很低的程度。 相反转开场是忽然的，相反转过程是漫长的，最终在橡胶相中残留少量的塑料粒子。 .第六章 成型加工中共混物的形状开展与构造变化 制约分散相粒径的要素： 主要有两相界面张力、分散相体积分率、分散相熔体强度、两相粘度及粘度比、剪切作用力大小及作用速率等。 .第六章 成型加工中共混物的形状开展与构造变化 6.5 成型加工中聚合物共混物形状控制的典型方法6.5.1 振动加工技术 含义：将振动剪切场物理场直接作用于聚合物的成型加工过程，即为振动成型技术。 优势：可以有效地防止制件中缩孔、疏松与外表沉陷的构成；减小甚至消除剩余应力；能使聚合物制件的强度和断裂伸长率大大提高；可以对聚合物共混体系的形状构造进展控制。.第六章 成型加工中共混物的形状开展与构造变化 振动加工技术在聚合物共混物形状控制中的运用 1、HDPE/PP共混物在振动加工中的形状控制 图6.33 动态保压注射成型安装表示图l-注射机；2，10-流道；3，9-活塞