【精品课件】聚合物熔体的流变性
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聚合物的流变性能一概述 注塑中把聚合物材料加热到熔融状态下进行加工。
这时可把熔体看成连续介质,在机器 某些部位上,如螺杆,料筒,喷嘴及模腔流道中形成流场。
在流场中熔体受到应力,时间,温度 的联合作用发生形变或流动。
这样聚合物熔体的流动就和机器某些几何参数和工艺参数发生密切 的联系。
处于层流状态下的聚合物熔体,依本身的分子结构和加工条件可分近似牛顿型和非牛顿型 流体它们的流变特性暂不予祥细介绍。
1 关于流变性能(1)剪切速率,剪切应力对粘度的影响 通常,剪切应力随剪切速率提高而增加,而粘度却随剪切速率或剪切应力的增加而下降。
剪切粘度对剪切速率的依赖性越强,粘度随剪切速率的提高而讯速降低,这种聚合物称作剪 性聚合物,这种剪切变稀的现象是聚合物固有的特征,但不同聚合物剪切变稀程度是不同的,了 解这一点对注塑有重要意义。
(2)离模膨胀效应 当聚合物熔体离开流道口时,熔体流的直径,大于流道出口的直径,这种现象称为离模膨胀 效应。
普遍认为这是由聚合物的粘弹效应所引起的膨胀效应,粘弹效应要影响膨胀比的大小,温 度,剪切速率和流道几何形状等都能影响熔体的膨胀效应。
所以膨胀效应是熔体流动过程中的弹 性反映,这种行为与大分子沿流动方向的剪切应力作用和垂直于流动方向的法向应力作用有关。
在纯剪切流动中法向效应是较小的。
粘弹性熔体的法向效应越大则离模膨胀效应越明显。
流 道的影响;假如流道长度很短,离模效应将受到入口效应的影响。
这是因为进入浇口段的熔体要 收剑流动,流动正处在速度重新分布的不稳定时期,如果浇口段很短,熔体料流会很快地出口, 剪切应力的作用会突然消失,速度梯度也要消除,大分子发生蜷曲,产生弹性恢复,这会使离模 膨胀效应加剧。
如果流道足够长,则弹性应变能有足够的时间进行弹性松驰。
这时影响离模膨胀 效应的主要原因是稳定流动时的剪切弹性和法向效应的作用。
(3)剪切速率对不稳定流动的影响 剪切速率有三个流变区:低剪切速率区,在低剪切速率下被破坏的高分子链缠结能来得及恢 复,所以表现出粘度不变的牛顿特性。
聚合物熔体的流变性质塑料的成型往往是通过"流动"和"变形"的途径实现的,这样就产生了塑料流变学这样一门学科来研究塑料在液态、半固态和固态时的流变行为。
塑料通过"流动"这一途径是极为普遍的成型方式,近年来通过"变形"途径又出现了另一种新的成型方式,这种成型方式称为固相成型或冷成型。
这样塑料流变学就成了塑料成型的基础理论之一。
那么什么是塑料流变学呢?塑料流学变是研究塑料的流动和变形与造成塑料流变的各种因素之间的关系的一门科学。
主要内容包括研究塑料在外力作用下产生弹性、塑性以及粘性流变行为以及这些行为与各种因素(聚合物结构与性能、温度、作用力的大小和作用时间、方式以及塑料体系的组成等)之间的关系。
由于塑料熔体的流动和变形是成型过程中最基本的工艺特征,所以塑料流变学的研究,对成型具有非常重要的现实意义和指导意义。
虽然有关的一些理论还不十分完善,但流变学的概念已经成为塑料成型基础理论的重要组成部分,它对原料的选择和使用,成型最佳工艺条件的确定,成型设备及模具的设计以及提高产品质量等,都有极重要的指导作用。
现将塑料流变学的一些基本概念,简介如下。
一、聚合物熔体的流变行为塑料在成型过程中由于外力作用产生变形,塑料受力作用后内部产生与外力相平衡的力称为应力,单位为帕斯卡,简称帕(Pa),通常产生的应力有三种:剪切应力、拉伸应力和压缩应力。
在塑料成型中最重要的是剪切应力,其次是拉伸应力。
塑料成型时剪切应力对聚合物熔体或分散体在设备和模具中流动的压力差,所需要的功率以及制品的质量等有决定性影响。
拉伸应力经常是与剪切应力共同出现的,例如在吹塑成型中,型坯的拉长,吹塑薄膜时泡管的膨胀以及塑料熔体在锥形流道内的流动和单丝的生产等等。
压缩应力不太重要,一般都忽略不计,但这种应力对聚合物的其它性能却有一定的影响,例如熔体的粘度,所以在某些情况下应给予考虑。