流变学第八章课件

1、,第八章高分子材料典型加工成型过程的 流变分析,7.3 纤维纺丝过程a 7.4 薄膜吹塑程过程 7.5 注塑过程 7.6 加工过程中熔体流动的不稳定性1,7.5 注塑过程,成型热塑性塑料，用于制作形状复杂、尺寸精确或带有金属或非金属嵌件的制品。 设备：柱塞式或螺杆式往复注射机，以及根据制品要求设计的注射模具。 注塑过程简介 注塑周期,一般螺杆式往复注射机的结构分三个区段： 1）塑化段 2）注射段 3）充模段 三维流动，不稳定传热、相变、固化等，流动情况非常复杂,7.5.1 简化假定和基本方程,1）假定为不可压缩的幂律流体； 2）物料以蠕动方式充满模腔，设流速只有vr不等于零，vz、v 都等于零

2、，且径速度vr在z方向的导数远大于在r方向的导数。 3）法向应力远小于剪切应力，重力、惯性力忽略。 4）热导只在z方向进行，且熔体比热、密度、导热系数等全部是常数。,7.5.2 充模压力分析,充模过程中，模腔内的压力降，即从浇口到熔体瞬时前沿的压力降是十分重要的参数，一般希望该压力越小越好，一则因减少压力梯度将减少模制品内的冻结应力，从而提高制品的尺寸稳定性；二则可因此降低锁模压力。 冷模注射的冷冻皮层,冷冻皮层的厚度 实际有效的流道宽度 模腔内压力降的极小值 pmin=f(n)TG(n) f(n)与物料的流动性有关， T= KC3n ，反映了物料的传热性能和流动性， G(n)主要取决于模腔的

3、几何参数。,减小模腔压力的措施： 提高熔体温度、提高模具温度，有利于注射。 选择凝固温度较低的物料和扩散系数较小的物料，也有利于加工。,7.5.3 注塑制品的残余应力与分子取向,残余应力（内应力） 注塑件中的残余应力可分为三类： “骤冷应力”； 构型体积应变； 因分子取向被冻结而产生的应力。 多数情况下，尤其对厚制品，总以分子取向少些为好，因减少冻结分子取向有降低模制品“银纹”的趋势，从而改善制品的尺寸热稳定性，使制品的力学性能稳定。 冻结分子取向大部分产生于保压阶段。,分子取向对高分子制品的物理、力学性能有重要影响，主要表现在平行于取向方向和垂直于取向方向的各向异性效应。 一般平行于取向方向

4、的抗拉伸性能、抗冲性能优于垂直于取向方向上的性能。,7.3 纤维纺丝过程,合成纤维的发展、种类和应用 涤纶 (聚对苯二甲酸乙二醇酯)最主要的合成纤维 涤纶真丝 腈纶 （聚丙烯腈）第二大合成纤维，主要用来代替毛呢织品，抗虫蛀、重量轻、保暖性佳、洗后不缩水 锦纶 （聚酰胺） 锦纶袜、尼龙绳 丙纶 （聚丙烯）原料易得,人们常用纤度来表征纤维的细度与密度，单位为”旦”，被定义为长度为9000米的纤维的克重。普通纤维的纤度一般为110旦，高支数的纤维，纤度在0.41旦。 支数：1克纤维所具有的长度米数。支数越高，纤维越细。,高强度的合成纤维可用于建筑行业 在军事、航空、航天 等领域也有广泛的应用 具有特

5、殊功能的合成纤维在能源、环保、医学等方面的应用,纤维纺丝和薄膜吹塑均属拉伸流动过程。 拉伸流动，从流变学意义来讲，指速度方向与速度梯度方向平行。,7.4.3 纤维纺丝的原理,常规纺丝加工方法： 熔体纺丝 熔体纺丝的拉伸比很高 尼龙、聚酯、聚烯烃纤维 湿法纺丝 拉伸速率低、拉伸比小 粘胶纤维、聚丙烯腈纤维 （凝固浴 coagulating bath；spinning bath 又称纺织浴。 制造化学纤维时，使纺丝胶体溶液经过喷丝头的细流凝固或同时起化学变化而形成纤维的浴液。） 干法纺丝 原理复杂 聚丙烯腈系纤维和聚氯乙烯纤维,物料的可纺性及与拉伸粘度和分子参数的关系 物料的可纺性用最大拉伸比表示

6、。 物料的表观拉伸粘度越低，最大拉伸比值越大，其可纺性越好。 分子量太高、太低都不利于纺丝，分子量偏中的物料可纺性好。当平均分子量接近时，窄分布的物料的最大拉伸比值大。,7.4 薄膜吹塑过程,7.4.1管形薄膜吹塑过程简介,在薄膜吹塑过程中，影响大分子取向的重要加工变量有拉伸速率、冷却固化速率及膜管内外压力差，它们将影响结晶聚合物的结晶度、晶体取向和力学性质。,7.6 加工过程中熔体流动的不稳定性及壁滑现象,假定 稳定的连续流动 流场中流线平行，不发生紊乱 管壁无滑移,在实际的高分子材料成型加工及流变测量中，流场中常常出现流动不稳定的情形。许多情况下，流场的边界条件存在一个临界值。一旦超越该临

7、界值，就会发生从层流到湍流、从平整到波动、从流线稳定到流线紊乱、从管壁无滑移到有滑移的转变，破坏了事先假定的稳定流动条件。,加工过程中熔体流动的不稳定性：熔体破裂现象、拉伸过程中的拉伸共振现象及辊筒加工过程的断裂现象等。 熔体流动不稳定性与高分子液体的弹性行为有关，是高分子液体弹性湍流的表现。,7.6.1 熔体的挤出破裂行为 7.6.1.1 两类熔体破裂现象 挤出破裂行为可归为两类： 一类称LDPE型 另一类称HDPE型,LDPE和HDPE型聚合物的流动曲线,HDPE型聚合物熔体的第二光滑挤出区的出现，是一个有趣且有意义的现象。挤出成型若经过了一段有规则畸变的压力震荡和不稳定流动之后，提高剪切

8、速率又会使挤出物表面光滑，这对于提高产品质量和产率都有利。,低密度聚乙烯入口流谱示意图,熔体破裂现象的机理分析,HDPE型流体在口模附近的流线分布,影响熔体挤出破裂行为的因素,影响聚合物熔体挤出破裂的行为大致可分为三类： 一是口模的形状和尺寸； 口模的入口角对LDPE型流体的挤出破裂行为影响很大，当入口区为平口型时，挤出破裂严重，而适当将入口角减小，变为喇叭口型时，挤出物外观有明显改善，发生熔体破裂的临界剪切速率（或切应力）提高。,口模的定型长度L 对熔体破裂行为也有明显影响。 对于LDPE型流体，已知造成熔体破裂的根源在于入口区的扰动，这种扰动会因聚合物材料的松弛行为而减轻，因而L越长，松弛

9、越多，破裂程度就越轻。 对于HDPE型流体，熔体破裂的原因在于模壁处的应力集中，因而L越长，挤出物外观反而不好。,二是挤出工艺条件 凡是能导致材料松弛时间缩短的因素，应能减轻熔体破裂的程度。降低挤出速度、升高挤出温度是典型的例子。 工厂中解决熔体破裂的快速补救办法,三是挤出物料的性质 材料的平均分子量增大，导致松弛时间延长，容易发生熔体破裂。而平均分子量相等的条件下，分子量分布较宽的材料的挤出行为较好，发生熔体破裂的临界剪切速率较高。 填料的作用，无论是填加填充补强剂还是软化增塑剂，都有减轻熔体破裂程度的作用。,7.6.2 管壁滑移现象,管壁无滑移假定 管壁滑移现象 管壁滑移现象多发生在高剪切、低粘附的管