塑料聚合物的流变行为

1、佐原健二塑料成型的理论基础，内容介绍：本章探讨聚合物的流变性、传热、结晶、定向、分解、交联对原料制备、工艺决策和成型加工的影响。本章介绍了2.1聚合物的流变行为、2.3聚合物的结晶、2.4成型过程中的方向性作用、2.1聚合物的流变行为、学习目标：1、确定聚合物流体流变行为的类型和特性。2、了解影响流动的因素。3、了解聚合物的弹性行为和不稳定流动。2.1聚合物的流变行为(流动规律)，流体类型：聚合物在大多数成型过程中必须处于粘性流动状态(塑化状态)，在此状态下，聚合物不仅容易流动，而且容易变形，对转移和成型非常方便。不限制粘性流动聚合物(聚合物熔体)，也可以使用聚合物的溶液或分散液(悬浮液)，使

2、塑料在成型时容易流动和变形，熔体和分散体都属于液体的范畴。液体流动和变形产生的应力是剪切、拉伸和压缩三种应力。在三种应力中，剪切应力对塑料成型最重要。流体属于层流，因为扁平管内剪切应力产生的流动形式包括层流和湍流，聚合物流体的粘度更大。剪切流动模型，聚合物流体根据流动特性分类为1，牛顿流体。剪切应力是剪切速度和直线，粘度取决于流体的分子结构和其他外部条件，无论剪切应力和剪切率如何变化。实际上，实际上属于流体的是低分子化合物的液体或溶液，除了聚碳酸酯和乙烯氯乙烯共聚物以外，只有在剪切应力很小或很大的情况下，才能显示为牛顿流体。2，宾汉流体：此流体与牛顿流体相同，因为它用直线表示剪切应力和剪切速度

3、的关系。但是，仅当剪应力值y高时，才会发生塑胶流。结冰的流体有这种形式，因为流体停止时形成凝胶结构，外力超过y，三维结构就会被破坏。牙膏、涂料、润滑脂、钻井用泥浆、下水污泥、良好溶剂中聚合物的浓缩溶液和凝胶性糊状塑料等属于或接近于空心流体。3，假塑料流体：郑智薰牛顿流体中最常见的类型，假塑料流体的特征是流动曲线，而不是直线。流体的表观粘度随剪切应力的增加而减小。大部分聚合物的熔体，是塑料成型中处理最多的物质种类，也是良好溶剂中所有聚合物的溶液，在流动行为中具有假塑料流体的特性。释放理论：随着剪切应力或剪切率的增加，假塑性流体粘度下降的原因与流体分子的结构有关。在聚合物溶液中，当受到应力时，溶剂

4、化使粒子或大分子围绕孔周围的小分子凸出，从而随着粒子或团周围有效直径的增加而相应减少，从而降低流体粘度。粘度大小与粒子或大分子的平均大小成正比，但不一定是线性关系。对聚合物熔体而言，粘度的降低是大分子徐璐凝结的原因。当纠缠的大分子受到应力时，纠缠的点被解开，按照流动的方向规则排列，从而降低粘度。解开缠结，大分子规则排列的程度随着应力的增加而增加。显然，这种聚合物纠缠学说也用于解释聚合物熔体粘度随剪切应力的增加而下降的原因。，分子解包裹模型，典型聚合物熔体流动曲线，多个热塑性表观粘度和剪切应力关系a低密度聚乙烯(170)；B-乙烯-丙烯共聚物(230)；c聚甲基丙烯酸甲酯(230；D-甲醛共聚物

5、(200)；E-尼龙66(285)，4，膨胀流体：此流体的流动曲线也不是直线，与假塑料流体不同，表观粘度随剪切应力的增加而增加。属于这种类型的流体大部分是高剪切速率下聚氯乙烯糊塑料流动行为近的固体悬浮液。膨胀流体所以做这种流动动作，大部分的解释是当悬浮液是静态的时，流体才充满这种空间的系统中由固体粒子组成的间距最小。应用于此系统的剪切应力不大(即剪切率越低)时，流体可以在移动的固体颗粒之间起到润滑剂的作用，因此表观粘度不高。但是，随着剪切速率的逐渐提高，坚硬粒子的贴近度第二次受到损伤，整个系统看起来有点膨胀。现在流体不再填满所有缝隙，润滑效果受到限制，表观粘度随剪切率的增加而增加。膨胀流体模型

6、，聚合物流体摘要，聚合物其他类型的流动曲线，2.1聚合物的流变行为(流动的影响因素)，(a)外部因素：1，温升温度会增加聚合物大分子的热迁移和分子之间的距离，从而降低熔体粘度。表达式是T时流体的剪切粘度，0是基准温度T 0的剪切粘度，e是自然对数的底，a是常数。实验表明，如果温度范围不大于50，大部分流体都是常数，超出这个范围，误差就更大。意义：可以调节温度，改变聚合物的可加工性。从表中可以看出，聚合物分子链的刚度越大，分子间的重力越大，表观粘度的温度灵敏度就越高。表观粘度通常比剪切应力或剪切率对温度更敏感。在成型作业中，表面黏度不会随温度变化很大的聚合物，仅增加温度就不适合增加流动性。这是因

7、为即使温度大大增加，表观粘度也会减少到有限的程度(例如聚丙烯、聚乙烯、聚甲醛等)。相反，如果大幅增加温度，很有可能发生热分解，产品质量下降，与此同时，成型设备等的损失也很大，工作条件也会恶化。相对来说。在成型中使用加热可以降低聚合物熔体的粘度，例如聚甲基丙烯酸甲酯、聚碳酸酯和聚酰胺66。因为如果加热不多，表观粘度会减少很多。温度敏感型塑料：温度上升粘度显着降低的塑料，主要有PC、PMMA等分子链刚度大的聚合物。2，剪切，意义：您可以调整剪切应力或剪切率以更改流动性。但是，如果聚合物的熔体粘度对剪切作用敏感，则在操作过程中必须统一控制螺钉的速度或压力。否则，剪切速率的微小变化会显着改变粘度，从而

8、导致产品中出现表面不良、填充不均匀、密度或其他缺陷。剪切塑料：随着剪切率或剪切应力的增加，粘度大大降低的塑料，主要品种是分子链(例如PE PP PS)灵活性大的聚合物。3，压力，通常低分子的压缩性不大，压力增加对粘度影响不大。但是，由于长链结构和分子链内的旋转，聚合物的空洞更多，因此在加工温度下，其可压缩性比一般流体大得多。聚合物在高压下(注射成型时压缩35 300MPa)，体积会大幅收缩，分子之间的作用力增大，粘度增大，部分增加10倍以上，可能影响流动性。聚合物结构对压力的敏感度不同。通常，体积大的苯基聚合物的分子量高、密度低的聚合物的粘度受压力的影响很大。但是压力的影响更复杂，规律也不清楚

9、，所以压力越低，就越可以忽略，压力越低，就必须考虑具体情况。(b)原料的影响，1，分子链的极性：极性越大，粘度越高，流动性越低。2，分子量：分子量越大，粘度越高，流动性越低。3，分子量分布：如果分子量分布宽度窄，则剪切率增加时粘度减少变化显着。4，添加剂(刚性添加剂、柔性添加剂):刚性添加剂可以提高粘度，柔性添加剂可以降低粘度。2.1聚合物的流变行为(流动的弹性行为)，聚合物流体不仅在流动过程中有剪切流动，还具有拉伸流。流动的弹性会导致聚合物分子发生弹性变形，这种弹性变形不会很快恢复，而且有一定的延迟时间。恢复弹性变形时，会发生以下几种弹性运动：1，挤压膨化：聚合物分子在流动中受到张力的作用，

10、弹性变形被粘性阻止，影响产品的外观、大小、产量和质量，直到出口模具复原为止。有助于增加细管或压铸模直线部分的长度(即增加模具纵横比)，适当降低成型时的压力，提高模具温度，使用强制夹具，减少或消除弹性变形(例如牵引或拉伸，为挤出提供适当速度)的影响。聚合物的弹性型是，2，“鲨鱼皮肤病”，“鲨鱼皮肤病”是挤压表中出现的缺陷。这种缺陷发生在挤出表面的闷中，可以变成表面与流动方向成直角的许多规则的、有相当间隔的细脊。原因是被认为是挤压模具对挤出表面的周期性拉伸，而被认为是熔体对粘性滑动的结果。研究表明，此症状与口模型的入口角度或直径无关，只有挤出的线速度达到阈值时才会出现。这种症状在聚合物相对分子质量低、相对分子质量分布广、挤压温度高、挤出速度低时不容易出现。提高El铸模末端的温度有助于减少此症状，但与嘴部模具的柔软度或模具的材质没有太大