第四章 塑料成型基础(6学时).ppt

1、第四章塑料容器整形基础，包装容器制造概论，5小时1小时练习，教育重点：1，聚合物热力学曲线2，聚合物加工工艺3，非牛顿流体流变方程(金志洙定律方程)4，温度，压力对聚合物粘度的影响5，聚合物整形中的物理和化学变化，第一节聚合物1。聚合物的分子结构2，聚合物的热力学性能和加工工艺，第二节聚合物流变量方程和分析，1，牛顿流体及其流变方程2，温度和压力对粘度的影响3，聚合物熔体的粘弹性4，热塑性和热固性聚合物流变形行为比较，第三节聚合物流整形过程中物理化学的变化，1。聚合物的结晶2，整形过程的取向作用3，聚合物的分解4，聚合物的交联，1，聚合物的分子结构1，树脂和塑料2，聚合物和低分子3，聚合物的分

2、子结构4，聚合物的聚合结构和性能，第一节聚合物的分子结构和热力学性能，第二，聚合物的热力学性能和加工工艺1，聚合物的加工1温度和压力对粘度的影响1、温度对剪切粘度的影响2、压力对剪切粘度的影响2、两节聚合物流变量方程和分析、3、聚合物熔体粘弹性1、聚合物熔体粘弹现象2、粘弹性流体3、聚合物粘弹运动分析4、粘弹性熔体的应力变形曲线、两节聚合4、热塑性和热固性聚合物流的应变行为比较1 结晶概念和结晶温度2，结晶过程3，温度对结晶的影响4，结晶率，第三节聚合物整形中物理化学的变化，第二，整形过程中的取向作用1，取向作用概念2，取向作用对塑料部件的影响3，纤维填充材料的取向4，聚合物分子的取向5，聚合

3、物分子取向的影响因素，第三节聚合物的交叉1，交叉概念和分类2，交叉原因3，交叉和固化，3节聚合物整形过程中的物理化学变化，1，聚合物的分子结构，1，裴秀智和塑料(1)裴秀智定义广义上，所有可用作塑料产品加工原料的聚合物都称为树脂。树脂有天然树脂和合成树脂的区别。天然树脂是指从自然界的动植物分泌物中获得的无定型有机物质(如松香、南瓜、虫子等)。合成树脂是简单的有机物通过化学合成或部分天然产物经过化学反应过程获得的裴秀智产物。苯酚裴秀智、聚乙烯等。1、聚合物的分子结构、1、裴秀智和塑料(2)塑料定义：塑料将裴秀智(或在加工过程中直接聚合为单体)作为主要成分，使用增塑剂、填充物、润滑剂、着色剂等添加

4、剂作为辅助成分，是加工过程中可成型的材料。1，聚合物的分子结构，2，聚合物和低分子聚合物是原子数多，相对分子质量高，分子长的大分子。聚合物和低分子之间有这么大的区别，因此聚合物有很多与低分子化合非常不同的特性。，1，聚合物的分子结构，3，聚合物的分子结构(1)概念结构单元C2H4C2H4聚合度C2H4 (2)分类线型聚合物中含有迟滞的线型聚合物，热塑性，热硬化性，n，聚合物是一个巨大的，在大分子的链之间有徐璐交叉形成立体结构的短链，这被称为体形聚合物。1，聚合物的分子结构，4，聚合物的聚合状态结构及性能聚合物，分子特别大，分子间作用力也是大小，因此很容易聚集成液体或固体，不形成气体。(1)结晶

5、聚合物(2)无定形聚合物(3)结晶对聚合物性能的影响，(1)结晶聚合物组成：结晶聚合物由“结晶区域”(分子有序紧密排列的区域)和“非结晶区域”(分子无序区域)结晶范围：结晶仅发生在与线型聚合物没有太多交叉结合的体形聚合物中。通常是聚合物的分子结构，主链中的侧基较小，对称度高，分子间作用力大小大，有助于结晶。相反，不能对结晶不利或形成结晶区域。(2)不定形聚合物的结构过去被认为是分子排列混乱，徐璐纠缠。但是据电子显微镜观测，发现无定型聚合物的质点排列不是完全无序的，而是在大距离范围内无序的，小距离范围内有序的。也就是说，“远距离混乱，短程秩序”。体形聚合物在分子链之间有大量的交联，因此很难有序排

6、列分子链，所以它们都有不定形结构。(3)结晶对聚合物性能的影响结晶对聚合物性能的影响很大。结晶使分子紧密聚集，提高分子间的作用力，从而提高聚合物的强度、硬度、硬度和熔点、耐热性和耐化学性等性能。与链运动相关的性能(例如弹性、伸长、冲击强度等)降低。2，聚合物的热力学性能和加工工艺，1，聚合物的热力学性能聚合物的物理、机械性能和温度密切相关，随着温度的变化，聚合物的受力行为发生了变化，显示了各种力学状态，显示了阶段性力学性能特性。图2-3中的曲线是聚合物受到恒定应力时变形程度和温度的关系曲线，也称为热力学曲线。图23聚合物热力学曲线，温度，线型无定形聚合物，线型结晶聚合物，TG，TF，TD，TM

7、，玻璃化温度，点流温度，热解温度，熔点，Tb 1聚合物的热力学性能(3)体聚合物高度交联的体型聚合物(热硬化性裴秀智)，分子运动阻力大，通常随着温度发生的力学状态变化很小，因此在占有或高炭状态下，即遇到热就不会溶解，而是在高温下分解。2，聚合物的热力学性能和加工工艺，2，聚合物的加工工艺(1)原理：聚合物的整形加工是在点流状态下进行的。也就是说，当聚合物温度高于Tf或Tm时，分子热运动将大幅激化，材料的杨氏模量()将降至最低值。此时聚合物熔体变形的特点是在较小的外力下会产生宏观流动。此时变形主要是不可逆转的粘性变形，冷却聚合物可以永久保持变形。2，聚合物的热力学性能和加工工艺，2，聚合物的加工

8、工艺(2)温度范围：如果TfTd或TmTd过高，则很容易发生注射成型的流出、挤出塑料零件的形状扭曲、收缩和辐射过程中纤维的毛细破裂等现象。温度高到接近分解温度Td时，会发生聚合物分解，从而降低产品的物理力学性能或外观不良。聚合物流动性太低，容易发生充填压力、充填不满、熔体冷却等情况。2，聚合物的热力学性能和加工工艺，2，聚合物的加工工艺(3)加工工艺，1，牛顿流体及其流变方程，1，牛顿流体(1)流体力分析液体的流动和变形都是通过应力作用实现的。剪切应力拉伸应力流体静压力P、剪切应力对塑料成型最重要，因为受聚合物熔体或分散体或模具中流动的压力降、所需功率、塑料零件质量等的限制。1，牛顿流体及其流

9、变方程，1，牛顿流体(2)流体流动形态层流：Re 4000，层流，液体流动由许多与徐璐平行的流动层组成。相同类别图层之间的点速度徐璐相同，但图层之间的速度不一定相同，图层之间也没有明显的互动。湍流中液体各点速度的大小和方向随时间的变化而变化。在整形过程中，聚合物熔体流动基本上是层流。1，牛顿流体及其流变方程，1，牛顿流体(3)牛顿流变方程为研究流体流动的性质，可以将层流看作徐璐相邻薄层液体沿外力作用方向相对滑动。含水层是徐璐完全平行的平面。图2-4是液体通过流道流动时的速度梯度图。含水层中的剪切应力是F外部作用于整个液体的恒定剪切力，A是向两端无限扩展的含水层面积。如果两个含水层间径向距离为d

10、r的移动速度分别为V和vdv，则含水层间单位距离内的速度差异为速度梯度dvdr。如果两个含水层间径向距离为dr的移动速度分别为V和vdv，则含水层间单位距离内的速度差值为速度梯度dvdr。但是，含水层移动速度V是单位时间dt内的含水层沿管道轴x-x移动的距离dx，即vdxdt，因此(2-2)，表达式中dx/dr一个含水层相对于另一个含水层移动的距离，dxdr是剪切力作用下该层液体产生的相切变形。格式(2-2)可以被称为剪切速率(s-1)的单位时间内的变形代替。牛顿在研究低分子液体的流动运动时，发现剪应力和剪切率之间存在一定的关系，可以说是与油层单位表面加入的切向应力与油层间速度梯度(dv/dr

11、)成比例的比例常数，称为牛顿黏度。牛顿流体流变方程，(23)，(24)，1，牛顿流体及其流变方程，2，非牛顿流体(1聚合物大部分在中等剪切速率范围(=10104s-1)。牙齿时，大多数聚合物显示为非牛顿流体。1，牛顿流体和流变方程，2，非牛顿流体(2)金志洙定律方程聚合物粘性流体在指定温度下的指定剪切率范围内流动时，剪切应力和剪切率具有指数函数关系。k是与聚合物和温度相关的常数，反映聚合物熔体的粘度。这称为密度系数。n与聚合物粘度相关的常数，反映聚合物熔体偏离牛顿流体特性的程度。叫做非牛顿指数。，(25)，样式(2-5)转换为：A非牛顿流体表观粘度(Pas)，除了流体本身的特性和温度以外，还受

12、剪切速率的影响。(26)，(27)，在金志洙流定律中，非牛顿金志洙N和一致性系数K都可以通过实验进行测量。N=1时牛顿流体。N1点，可塑性液体。N1点，膨胀性液体。*塑料整形中的大多数聚合物具有与可塑性流体相似的流变特性。2，温度和压力对粘度的影响，1，温度对剪切粘度的影响(28)温度为时液体的剪切粘度0基准温度0的剪切粘度；常数，通过实验测量，温度范围为50时，对于大多数液体是常数，超出牙齿范围变化很大。公式设定条件：剪切速度常数、公式、2、温度和压力对粘度的影响、2、压力对剪切请参阅图28。原因：压力分子之间的距离分子间作用力剪切粘度压力温度等效性：在聚合物处理过程中，可以更改压力或温度以

13、达到相同粘度变化的效果。温度和压力等效(/P)通常为0.30.9/1Mpa。3，聚合物熔体的粘性，1，聚合物熔体粘弹现象聚合物熔体(包括分散体)不仅具有粘性，还具有固体等弹性。也就是说，当熔体受到应力时，某些能量会被粘性变形(即流动)消耗。另一部分的变形能量存储在熔体中，消除外部应力后，塑料挤压时恢复模具膨胀等变形(见图29)。3，聚合物熔体的粘弹性，2，粘弹性流体粘弹现象在低分子液体中不存在。在粘性流动中，弹性行为不可忽视的液体称为粘弹性液体。聚合物熔体属于粘弹性流体。3，聚合物熔体的粘性，3，聚合物粘弹行为描述了流动过程中聚合物大分子结构的变化(卷曲变成拉伸)引起的。大分子拉伸存储弹性，消

14、除外部应力后，大分子部分恢复原始卷曲形态，引起高弹变形，释放弹性。事实证明，这种恢复弹性不是瞬间的。因为大分子结构的恢复过程需要克服内在粘性的阻断。3，聚合物熔体的粘性，3，聚合物粘弹行为说明流体流动是以粘性变形为主，还是以弹性变形为主。取决于外力作用时间T和松弛时间tS的关系。T tS时液体的总变形以粘性变形为主。T104s价：一般粘弹性聚合物熔胶tS 104104s。流动熔体的弹性变形与聚合物的相对分子量、外力作用速度或时间、熔体的温度等有关。通常，随着相对分子质量的增加，外力的作用时间缩短(或作用速度加快)，当熔体的温度略高于材料熔点时，弹性现象尤为明显。粘性熔体的应力应变关系如图210所示。可逆部分(弹性)，不可逆部分(粘性)，4，热塑性和热固性聚合物流的可变行为比较，1，热塑性和热固性聚合物加工差异热塑性聚合物：加热使聚合物变成粘性流动(或软化)，从而使成型更加容易，整个过程发生物理变化此外，具有活性基团的基团可以在足够的温度下引起交联反应，最终完成固化等化学反应。2、热塑性和热固性聚合物流动行为比较，热塑性聚合物、热固性聚合物、max、化学交联反应对粘度的影响。，1，聚合物结晶，1，结晶概念和结晶温度(1)结晶概念聚合物(线型)从非晶转变为结