塑膠基礎理論知識培訓教材

1、塑膠基礎理論知識培訓教材　　　 －－－塑膠成型材料,2006年6月,第一章、塑膠成型材料,一、塑膠成型的進展1、成型材料的可塑性是衡量塑料能否快速和容易成型。2、相關的實驗證明：⑴充模壓力實驗：高聚物的非牛頓特性越強，充模壓越低。⑵取向分布實驗：取向最大是發(fā)生在距離制件表面20%的厚度處 ，取向程度隨熔體溫度與模溫的減少而增加，隨射壓與時間的增加而增加。 ⑶應力與應變實驗

2、：一般制件有三種殘余應變形式。 ①伴隨熱應力而產(chǎn)生的應變；（溫差） ②與分子凍結取向相關的殘余應變；（模溫、工藝參數(shù)等） ③形體應變；（射壓的變化而影響殘余應變）,第一章、塑膠成型材料,二、常用塑料1、簡述⑴塑料的定義：可用來塑化成型的樹脂原料。⑵樹脂的分類：天然樹脂與人工樹脂（合成樹脂）。⑶樹脂屬于高聚物：高分子內(nèi)部結構與高分子外部結構。 ①高分子內(nèi)部結構決定高聚物最基本的物理化學性質(zhì)。

3、②高分子外部結構決定高聚物的加工性能和物理機械性能。⑷按分子鏈在凝固后的結構形態(tài)分類：結晶型、半結晶型、非結晶型。 ①結晶型塑料凝固時，有晶粒到晶核的生長過程，形成一 定的體態(tài)。（例PE、PP、PA、POM等） ②非結晶型塑料凝固時，沒有晶粒到晶核的生長過程，只是自由的大分子鏈的凍結。（例PS、PVC、PMMA、PC等）⑸按塑料對熱作用的反映來分類：熱塑性、熱固性。,第一章、塑膠成型材料,2、常用塑料（九大類

4、）⑴聚烯烴：是烯烴高聚物的總稱?！、僖话闶侵敢蚁?、丙烯、丁烯的均聚物與共聚物?！、谄贩N有：LDPE、MDPE、HDPE、LLDPE（線型聚乙烯）、 CPE（氯化聚乙烯）、EVA（乙烯-醋酸乙烯共聚物）、PP、PPC（氯化聚丙烯）、RPP（增強聚丙烯）、PB（聚丁烯）⑵氯乙烯（PVC）：注塑用的聚氯乙烯是懸浮聚合產(chǎn)品。 ①按其顆粒形態(tài)有緊密型和疏松型。 ②常用的改性品種有：CPVC（氯化聚氯乙烯）、PVDC（氯乙烯

5、-偏氯乙烯共聚物）、氯乙烯-乙丙橡膠接枝共聚物、耐寒PVC（氯乙烯與馬來酸酐的共聚物） ③注塑用的PVC有兩大類： 一種是濕混造粒（即把各種添加劑、穩(wěn)定劑、潤滑劑、沖擊改性劑、加工助劑等混合后擠出造粒） 一種是干混料不造粒的粉狀聚氯乙烯,第一章、塑膠成型材料,2、常用塑料（九大類）⑶苯乙烯樹脂：是指苯乙烯的均聚物與共聚物樹脂的總稱。 ①常用的改性品種是：ABS（苯乙烯、丙烯腈、丁二烯）

6、②另外與橡膠等共混和接枝的方法可以改善脆性和耐溫低。 ③目前苯乙烯塑料級別有：通用級、發(fā)泡級、沖擊級、 ABS、AS（通用級Ⅰ、耐溫級Ⅱ）。⑷丙烯酸脂類：是指從丙烯酸衍生的高聚物，通常包括PMMA（聚甲基丙烯酸甲脂）、 纖維聚合物丙烯腈。 ①供注塑級的PMMA（有機玻璃）品種是用懸浮聚合制成。 ②目前PMMA塑料級別有：通用級、耐溫級、高流動級。⑸酰胺樹脂聚：是最早的工程塑料品種之一。 ①名稱是尼龍（

7、PA），用作纖維時又稱綿綸。 ②目前PA塑料品種有： PA6、 PA66、 PA610、 PA612、 PA1010、高炭尼龍、 PA66與彈性接枝共混的超韌性PA、 芳香聚酰胺等。,第一章、塑膠成型材料,2、常用塑料（九大類）⑹ 線性聚脂類：是指在聚合物鏈節(jié)中含有脂鏈或醚鏈，而無支鏈和交鏈結構的樹脂統(tǒng)稱為線性聚脂或線性聚醚。 ①常用的品種有：PC（聚碳酸脂雙酚A型）、改性PC、滌綸/PET（聚對苯二甲酸

8、乙二脂）、PBT（聚對苯二甲酸丁二脂）、POM（聚甲醛 ）等。 ② PC是一種無定型的熱塑性聚合物，有良好的性能，容易應力開裂，耐磨性及流動性差，目前用于成型生產(chǎn)的是改性PC。 ③ PET的大部分用于纖維，少部分用于薄膜，目前用于成型生產(chǎn)的多是玻璃纖維增強（FRPET），與PBT一樣是結晶型的熱塑性線性聚脂。 ④ POM是結晶型聚合物，有均聚和共聚兩種，均聚POM比共聚POM的熱穩(wěn)定性差，以及加工溫度范圍窄，還

9、有含油POM（是在POM內(nèi)加液體潤滑油和脂酸鹽類的表面活性劑的共聚物） ，含油POM摩擦系數(shù)小，物料易打滑，選用相關的專用設備來生產(chǎn)（開槽料筒注塑機） 。,第一章、塑膠成型材料,2、常用塑料（九大類）⑺氟塑料：又稱為王牌塑料。 ①常用的品種有：PTFE（聚四乙烯）、PCTFE（三氟乙烯） 、FEP（聚四乙烯與六氟丙烯酸共聚物）、PVF（聚氟乙烯） 、PVDF（聚偏氟乙烯）等。 ② PCTFE（三氟乙烯）與PT

10、FE（聚四乙烯）的主要差別在 于有氯原子存在，破壞PTFE對稱性，降低大分子鏈的穩(wěn)定性， 造成PCTFE對溫度較敏感，易在高溫下分解。 ③ PVDF（聚偏氟乙烯）是結晶型樹脂，外觀是白色粉末狀。⑻纖維素塑料：是指由天然纖維素與無機酸或有機酸作用產(chǎn)生的纖維素樹脂，再加上增塑劑而制成。它是最古老的半合成型的熱塑型塑料。 ①常用的品種有：硝酸纖維素、醋酸纖維素、醋酸丁酸纖維素。用于注塑的以硝酸纖維素為主。,第一章、塑膠成型

11、材料,2、常用塑料（九大類） ⑼耐高溫型樹脂：是指該類聚合物的分子主鏈上含有亞芳基或雜環(huán)結構，因此具有耐高溫、耐輻射的能力，并兼有高強度和尺寸穩(wěn)定性。 ①常用的品種有：PSF（聚砜）、PES（聚苯醚砜）、PPO（聚苯醚）、PPS （聚苯硫醚）等。 ② PSF（聚砜）：雙酚A聚砜屬于線性熱塑型聚合物，有正規(guī)結構，但屬于無定型結構形態(tài)，粘度較大，對溫度的依賴性要比剪切速率大（此點與PC相似，與PE相反）。 ③ P

12、ES（聚苯醚砜）：耐高溫和抗氧性較好（分子結構中不含脂肪族基團），制件可在180~200度范圍內(nèi)長期使用。 ④ PPO （聚苯醚）： PPO的熔體的流變性能接近牛頓型流體，粘度對剪切速率并沒有明顯的依賴性。目前常用還有改性聚苯醚、氯化聚醚。 ⑤ PPS /雷騰（聚苯硫醚）：是一種新型工程塑料，有粉料和顆粒兩種，是目前作軸頸和軸承的最好材料。在溫度達到343時，流動性與HDPE相似。,第一章、塑膠成型材料,3、常用填料：是

13、指加入填料可以降低成本，提高經(jīng)濟效益，改善物理機械性能，化學性能，光電性能，成型加工性能等。 ⑴常用填料的分為：一般填料、金屬填料、有機填料、纖維填料（短、長）。 ⑵一般填料的品種有：石灰石、碳酸鈣、滑石粉、硅酸鈣、云母、氫氧化鋁、硫酸鈣等。 ⑶有機填料是目前塑料制品中的主要填料，有天然材料、合成材料。 天然材料含有棉質(zhì)纖維素：木材、木粉、胡核的殼皮等。 合成材料含有再生纖維素：人造織物、聚并烯腈纖維、

14、尼龍纖維、聚脂纖維等。 ⑷提高填料的各種性能，還需用表面改性劑來進行處理。目前的表面改性劑有：硅烷偶聯(lián)劑、酞酸脂偶聯(lián)劑、有機硅偶聯(lián)劑等。,第二章、塑料的物理性能,一、塑料的物理性能1、一般物理性能⑴總熱容量：是指注塑物料在注塑工藝溫度下的總熱容量。⑵熔化熱：又叫熔化淺熱，是結晶型聚合物在形成或熔化晶體 時所需要的能量。這部分能量是用來熔化高分子結晶結構的，所以結晶型聚合物有明顯的熔點。⑶比熱容：是指單位重量的物體溫度上升1

15、度時所需的熱量。 ①結晶型聚合物比非結晶型聚合物比熱容要高。 ②注塑過程中，塑料加熱或冷卻特性是由聚合物的熱含量與溫差來決定的，而熱傳遞速率正比于材料與熱源之間的溫差。 ③一般冷卻比熔化快，炮筒的溫度與材料溫度接近，而模具的溫度與材料溫度差距很大，加熱時間取決于炮筒內(nèi)壁與料層之間的溫差和料層厚度。⑷熱擴散系數(shù)：又叫導熱系數(shù)其值，是指溫度在加熱物料中傳遞的速度。是由單位質(zhì)量的物料溫度升高1度時所需的熱量（比熱容）和材料

16、吸收熱量的速度（導熱系數(shù)）來決定的。 壓力對熱擴散系數(shù)影響小，而溫度對熱擴散系數(shù)影響大。,第二章、塑料的物理性能,1、一般物理性能⑸導熱系數(shù)：是指材料傳播熱量的速度。導熱系數(shù)越高，材料內(nèi)熱傳遞越快。導熱系數(shù)隨溫度的增加而增加，由于聚合物的導熱系數(shù)很低，所以不管在炮筒中加熱還是在模具中冷卻，都需要一定的時間。有時為了提高加熱和冷卻效率，還采取一些技術措施。（炮筒內(nèi)壁加厚是為了增加熱慣性、熱流道結構等）⑹密度與比容：密度是指聚合物單位

17、體積內(nèi)分子的數(shù)量，比容是指聚合物單位體積的大小。 ①密度增加會使制件中的氣體和溶劑滲透率減少，制件的拉伸強度、斷裂伸長、剛性、硬度、軟化溫度提高；也會使壓縮性、沖擊強度、流動性、耐蠕變性能降低。 ②比容是衡量不同工藝條件下高分子結構所占有的空間，各種狀態(tài)下的膨脹與壓縮，是制件的尺寸反面的重要參數(shù)。⑺膨脹系數(shù)與壓縮系數(shù)： ①膨脹系數(shù)與壓縮系數(shù)是指比容在恒壓下由溫度變化而引起變化的特性。 ②聚合物比容不僅取決于溫度

18、而且取決壓力。 ③聚合物比容在不同的溫度下隨壓力的變化而變化，壓力增高，密度加大，比容減小，這點在成型中用壓力來控制產(chǎn)品的質(zhì)量和尺寸精度很重要。,第二章、塑料的物理性能,2 、聚合物的熱物理性能 ⑴、玻璃化溫度：是指線性非結晶型聚合物由玻璃態(tài)向高彈態(tài)或者由高彈態(tài)向玻璃態(tài)的轉變溫度。 ①大分子鏈段本身開始變形的溫度當溫度高于玻璃化溫度時，大分子鏈開始自由活動，但還不是整個分子鏈段的運動，這時表現(xiàn)出高彈性的橡膠性能；

19、②當?shù)陀诓ＡЩ瘻囟葧r，鏈段被凍結變成堅硬的固態(tài)或玻璃態(tài) ； ③橡膠的玻璃化溫度低于室溫。所以橡膠在常溫下處于高彈態(tài)；而其它塑料在常溫下是處于脆韌性的玻璃態(tài)。 ④高聚物的自由體積理論 ：高聚物分子結構所占有的整個體積分成兩部分 ；一部分是分子鏈所占有的空間，而另一部分是分子鏈之間的自由空間?！、莞呔畚镌诓ＡЩ瘻囟纫陨系目傋杂审w積等于玻璃化溫度下的自由體積與熱膨脹系數(shù)乗以溫升之和。在預塑化時，位于螺槽中的高分子固態(tài)物料，在升至

20、玻璃化溫度以后，隨著溫度的升高物料自由體積會增加，其比容也會加大。,第二章、塑料的物理性能,2 、聚合物的熱物理性能⑵、熔化溫度（熔點）：熔化溫度是指結晶型聚合物從高分子鏈結構的三維有序態(tài)轉變?yōu)闊o序的粘流態(tài)時的溫度?！、賹Ω呔畚飦碚f，玻璃化溫度，熔化溫度或溫度范圍都是變相點。有較明顯的變化范圍，從分子結構觀點看，都是大鏈段運動的結果?！、谝话阌性鏊軇┑木酆衔锶埸c要比無增塑劑的要低，共聚物的熔點要比組成共聚物中較高均聚物的熔點要低些

21、?！、坜D變點（熔點）對于低分子材料來說，熔化過程是非常窄的，有較明顯的熔點；而對于結晶型高聚物來說，從達到玻璃化溫度就開始軟化，但從高彈態(tài)轉變?yōu)檎沉鲬B(tài)的液相時卻沒有明顯的熔點，而是有一個向粘流態(tài)轉變的溫度范圍 ?、茏⑺艹尚蜁r，料筒的第三段溫度（靠近嘴溫的溫度）都要設定在熔點以上，然后以降低15~20度的溫度梯度依次設定第二段和第一段的料筒溫度為宜。,第二章、塑料的物理性能,2 、聚合物的熱物理性能⑶、分解溫度及燃燒特性：熱分解溫度

22、是指在氧氣存在條件下，高聚物受熱后開始分解的溫度范圍。?、僖谰酆衔锘瘜W結構式不同而有顯著的差異，此外還與物料的形態(tài)有關。?、谠谧⑺苓^程中，無論是在預塑階段還是在注射階段，只要聚合物局部溫度達到分解溫度，高分子物料就會訊速生成低分子量的可燃性物質(zhì)。聚合物的熱分解在氧氣充足條件下是放熱反應，產(chǎn)生的熱會繼續(xù)加熱聚合物。當聚合物達到燃點時就會燃燒，燃燒體系的溫度是否會上升，產(chǎn)生的燃燒熱是否和體系進行對流，都與熱分解溫度，比熱容以及導熱系數(shù)等

23、物理性能有密切關系?！?③注塑時，對聚合物分解溫度的控制是十分重要的，否則分解出燃燒物質(zhì)不僅會影響制品質(zhì)量，還會腐蝕設備，危害人體。,第二章、塑料的物理性能,3、聚合物降解及熱穩(wěn)定性 ?、沤到?，是指遞解分解作用，在高分子化學中，通常是指在化學或物理作用下，聚合物分子的聚合度降低過程，聚合物在熱，力，氧氣，水及光輻射等作用下往往發(fā)生降解。降解過程實質(zhì)是大分子鏈發(fā)生結構變化?！、?聚合物是否容易發(fā)生降解，依其分子內(nèi)部和分子外部結構有關

24、；是否有分解的雜質(zhì)有關；能引起高聚物降解的雜質(zhì)，一般都是熱降解的崔化劑，如：PVC 分解的產(chǎn)物是氯化氫，POM分解產(chǎn)物是甲醛，它們有著加劇高聚物降解的作用。 　⑶在注塑中，力、水、氧通過溫度對聚降解起重要影響，在高溫時氧和水更能使聚合物分解。剪切力的作用會因高溫時聚合物粘度的降低而減小。熱降解是指某些聚合物在高溫下時間過長，發(fā)黃變色，降解，分解等現(xiàn)象。?、葻岱€(wěn)定性是指聚合物在高溫下，分子鏈抗化學分解能力及耐化學變化的溫度。熱降解溫度

25、又稱為穩(wěn)定性溫度，略高于分解溫度 ?！、蓽囟鹊母叩秃妥兓秶鷮酆衔锏慕到庥杏绊懲?，還有在溫度場中所經(jīng)歷的反復加工次數(shù)有關。不同的聚合物在反復加工后熱降解和融熔指數(shù)有著較大的差異。在正常溫度下PS, PC, PP,經(jīng)數(shù)次加工后融熔指數(shù)升高的傾向。而PE，抗沖擊PS醋酸纖維素等有下降的現(xiàn)象。 　⑹實驗證明：剪切應力.剪切速率越高，分子量降解速度越快，斷裂的鏈越短；當提高加熱溫度或增塑劑含量時，力的降解作用會減小 。 　⑺水解作用是由

26、于在聚合物中存在有可以水解的化學基團。如：酰胺，酯，腈等，或在氧化作用下形成可被水解的基團。如果這些基團在分子的主鏈上，水解作用會使主鏈斷鏈而降解。由于某些聚合物有水解作用，因此對這些塑料的吸濕性應加以注意。有的塑料具有吸濕或凝集水分傾向，因為它們含有極性親水基團，如ABS, PMMA, PA, PC, PPO等，在注塑中都需要干燥處理，防此水解。,第二章、塑料的物理性能,二、聚合物表面性能與相容性 1、磨擦性能 :在注塑中物料在螺桿

27、加料段的磨擦機理，磨擦系數(shù)對其螺桿的輸送效率有重要影響。物料從料斗進入螺桿之后在螺桿旋轉下，使物料沿螺槽向前輸送顆粒料首先被壓成固體塞，在輸送過程中塑料固體塞和料筒及螺桿　產(chǎn)生相對運動，各面承受著磨擦力的作用 . ⑴、不同的聚合物其磨擦系數(shù)是不同的 .磨擦系數(shù)不僅與高聚物的物理性質(zhì)有關，而且與影響物理—機械性質(zhì)的外界壓力，速度和溫度有關 . ⑵、 一般情況下，塑料的磨擦系數(shù)隨負載的加大而稍許降低。聚合物材料的干磨擦系數(shù)，隨

28、著相對速度的提高有增加的趨勢 ⑶、在高壓高速下塑料的熱傳導性能很差產(chǎn)生的熱量不易散出，使塑料發(fā)生大的變形表面破壞，因此壓力和速度對磨擦系數(shù)均有影響 .,第二章、塑料的物理性能,二、聚合物表面性能與相容性２、相容性：是指兩種不同品級的聚合物在熔融狀態(tài)下能否相互混溶的一種性質(zhì) ． ⑴、相容性不好的聚合物混熔在一起，制品會出現(xiàn)分層現(xiàn)象 ．（這與分子結構有一定關系 ）；?、?、分子結構相近者易相容；反之難容 ．?、恰⒗镁酆衔?/p>

29、之間的相容特性，使共混料品級日益增多，例如：借助于聚碳酸酯和聚乙烯之間的互容性，在聚碳酸酯中加入30~50%聚乙烯可使伸長率提高30%，沖擊強度提高４倍，并使熔體的粘度降低 ，便于成型． ３ 、表觀密度 ：大多數(shù)熱塑性塑料致密狀的相對密度為　　　0.9~1.2g/cm3而粉料或顆粒料的表觀密度是0.3~0.6g/cm3 ．物料的表觀密度低，使均勻加料發(fā)生困難，就易出現(xiàn)“架橋”現(xiàn)象。這樣會影響輸送效率和塑化質(zhì)量的穩(wěn)定性．,第二章、塑料

30、的物理性能,三、聚合物的力學特性?。薄⑿巫兣c應力關系 ：材料的力學特性是指材料在外力的作用下，產(chǎn)生變形，流動與破壞的性質(zhì) ．　?、?、反應材料基本力學性質(zhì)的量主要有兩類；一類是反應材料變形情況的量如模量或柔度，泊桑比；另一類是反應材料破壞過程的量，如比例極限，拉伸強度，屈服應力，拉伸斷裂等作用．　　 ⑵、從力學觀點看，材料破壞是一個過程而不是一個點．?。?、應力與時間的關系 ：聚合物材料主要特征之一是應力對其作用時間的依賴性 ．　

31、　 ⑴、聚合物在較高溫度下力作用時間較短的應力松馳行為和在溫度較低力作用時間較長的應力松馳行為是一致的 ．,第二章、塑料的物理性能,三、聚合物的力學特性３、形變與時間關系：　⑴、聚合物材料在一定溫度下承受恒定載荷時，將訊速地發(fā)生變形，然后在緩慢的速率下無限期地變形下去 ．?、?、若載荷足夠高時變形會繼續(xù)到斷裂為此 ．?、?、聚合物的蠕變性質(zhì) ：是指在溫度和載荷都是恒定的條件下，變形對時間依賴的性質(zhì) ．,第二章、塑料的物理性能,四 、

32、聚合物的流變性能 １、聚合物的流變性能：是指聚合物材料加熱到熔融狀態(tài)下 ,在機器某些部位上（如螺桿、料筒、噴嘴及模腔流道中）形成流場。在流場中熔體受到應力、時間、溫度的聯(lián)合作用發(fā)生形變或流動性能．　 ２、關于流變性能 ⑴ 、剪切速率，剪切應力對粘度的影響 （即切力變稀 ）．　?、?、剪性聚合物：是指聚合物的剪切粘度對剪切速率的依賴性越強，粘度隨剪切速率的提高而訊速降低的聚合物 ．　?、恰⑦@種剪切變稀的現(xiàn)

33、象是聚合物固有的特征，但不同聚合物剪切變稀程度是不同的，這一點對注塑有重要意義 ．,第二章、塑料的物理性能,四 、聚合物的流變性能?。?、離模膨脹效應 ：是指當聚合物熔體離開流道口時，熔體流的直徑，大于流道出口的直徑 ．　?、?、普遍認為這是由聚合物的粘彈效應所引起的膨脹效應，粘彈效應要影響膨脹比的大小，溫度，剪切速率和流道幾何形狀等都能影響熔體的膨脹效應．所以膨脹效應是熔體流動過程中的彈性反映，這種行為與大分子沿流動方向的剪切應

34、力作用和垂直于流動方向的法向應力作用有關． 　　⑵、在純剪切流動中法向效應是較小的．粘彈性熔體的法向效應越大則離模膨脹效應越明顯 ．　?、?、流道的影響；流道長度很短，離模效應將受到入口效應的影響．這是因為進入澆口段的熔體要收劍流動，流動正處在速度重新分布的不穩(wěn)定時期，如果澆口段很短，熔體料流會很快地出口，剪切應力的作用會突然消失，速度梯度也要消除，大分子發(fā)生蜷曲，產(chǎn)生彈性恢復，這會使離模膨脹效應加?。蝗绻鞯雷銐蜷L，則彈性應變能有

35、足夠的時間進行彈性松馳．這時影響離模膨脹效應的主要原因是穩(wěn)定流動時的剪切彈性和法向效應的作用。,第二章、塑料的物理性能,四、聚合物的流變性能４、剪切速率對不穩(wěn)定流動的影響?、?、有三個流變區(qū)：低剪切速率區(qū)、中剪切區(qū)、高剪切區(qū) ?！、?、低剪切速率區(qū)：在低剪切速率下被破壞的高分子鏈纏結能來得及恢復，所以表現(xiàn)出粘度不變的牛頓特性 ．?、?、中剪切區(qū)隨著剪切速率的提高，高分子鏈段纏結被順開且來不及重新恢復．這樣就阻止了鏈段之間相對運動和

36、內(nèi)磨擦的減小?？墒谷垠w粘度降低二至三個數(shù)量級，產(chǎn)生了剪切稀化作用 ．?、?、高剪切區(qū)：當剪切速率很高粘度可降至最小，并且難以維持恒定，大分子鏈段纏結在高剪切下已全部被拉直，表現(xiàn)出牛頓流體的性質(zhì)。如果剪切速率再提高，出現(xiàn)不穩(wěn)定流動，這種不穩(wěn)定流動形成彈性湍流熔體出現(xiàn)波紋，破裂現(xiàn)象是熔體不穩(wěn)定 的重要標志?！、?、熔體發(fā)生破裂：當剪切速率達到彈性湍流時，熔體不僅不會繼續(xù)變稀，反而會變稠．,第二章、塑料的物理性能,四、聚合物的流變性能５

37、、溫度對粘度的影響　⑴ 、粘度依賴于溫度的機理：是分子鏈和“自由體積”與溫度之間存在著關聯(lián)．　 ⑵ 、當在玻璃化溫度以下時，自由體積保持恒定，體積隨溫度增長而大分子鏈開始振動．　 ⑶ 、當溫度超過玻璃化溫度時，大鏈段開始移動，鏈段之間的自由體積增加，鏈段與鏈段之間作用力減小，粘度下降． 　⑷ 、不同的聚合物粘度對溫度的敏感性有所不同．６、壓力對粘度的影響?、拧⒕酆衔锶垠w在注塑時，無論是預塑階段，還是注射階段，熔體都要經(jīng)受內(nèi)部

38、靜壓力和外部動壓力的聯(lián)合作用 ．?、?、保壓補料階段聚合物一般要經(jīng)受1500~2000kgf/cm2壓力作用，精密成型可高達4000kgf/cm2,在如此高的壓力下，分子鏈段間的自由體積要受到壓縮。由于分子鏈間自由體積減小，大分子鏈段的靠近使分子間作用力加強即表現(xiàn)粘度提高。,第二章、塑料的物理性能,四、聚合物的流變性能６ 、壓力對粘度的影響?、?、在加工溫度一定時，聚合物熔體的壓縮性比一般液體的壓縮性要大，對粘度影響也較大。?、?/p>

39、、由于聚合物的壓縮率不同，所以粘度對壓力的敏感性也不同；壓縮率大的敏感性大。 ?、?、聚合物也由于壓力提高會使粘度增加，能起到和降低熔體溫度一樣的等效作用。 ７、分子量對粘度的影響　⑴ 、一般情況下粘度隨分子量增加而增加，由于分子量增加使分子鏈段加度，分子鏈重心移動越慢，鏈段間的相對們移抵消機會越多，分子鏈的柔性加大纏結點增多，鏈的解脫和滑移困難。使流動過程助力增大，需要的時間和能量也增加 。?、?、由于分子量增加引起聚合物流動降

40、低，使注塑困難，因此常在高分子量的聚合物中加入一些低分子物質(zhì)，如增塑劑等，來降低聚合物的分子量，以達到減小粘度，改善加工性能。,第三章 制品成型機理,一、結晶效應 1、結晶概念 ：評定聚合物結晶形態(tài)的標準是晶體形狀、大小及結晶度。 ⑴ 、聚合物的超分子結構對注塑條件及制品性能的影響非常明顯，聚合物按其超分子結構可分為結晶型和非結晶型 。 ⑵ 、結晶型聚合物的分子鏈呈有規(guī)則的排列,具有耐熱性和較高的機械強度

41、。 ⑶ 、非結晶態(tài)聚合物的分子鏈呈不規(guī)則的無定型的排列，不具有耐熱性和較高的機械強度 ?！、?、分子結構簡單，對稱性高的聚合物都能生成結晶，如PE等， 分子鏈節(jié)雖然大，但分子間的作用力很強也能生成結晶，如 POM、PA等。 分子鏈剛性大的聚合物不易生成結晶，如PC、PSU、PPO等。,第三章 制品成型機理,2、聚合物結晶度對制品性能的影響⑴ 、密度：結晶度高說明多數(shù)分子鏈已排列

42、成有序而緊密的結構， 分子間作用力強，所以密度隨結晶 度提高而加大，如70%結晶度的PP，其密度為0.896,當結晶度增至95%時則密度增至o.903。⑵ 、拉伸強度 ：結晶度高，拉伸強度高。如結晶度70%的聚丙烯其 拉伸強度為27.5mpa，當結晶度增至95%時，則拉伸強度可提高到 42mpa。⑶ 、沖擊強度： 沖擊強度隨結晶度提高而減小，如70%結晶度的聚丙烯，其缺口沖擊強度15.2kgf-cm/cm2,當結晶度95%時，

43、沖擊強度減小到4.86kgf-cm/cm2。 ⑷ 、熱性能 ：結晶度增加有助于提高軟化溫度和熱變形溫度。如結晶度為70%的聚丙烯，載荷下的熱變形溫度為125度，而結晶度95%時側為151度。剛度是注塑制品脫模條件之一，較高的結晶度會減少制品在模內(nèi)的冷卻周期。結晶度會給低溫帶來脆弱性，如結晶度分別為55%，85%，95%的等規(guī)聚丙烯其脆化溫度分別為0度，10度，20度。,第三章 制品成型機理,2、聚合物結晶度對制品性能的影響⑸ 、翹曲

44、： 結晶度提高會使體積減小，收縮加大，結晶型材料比非結晶型材料更易翹曲，這是因為制品在模內(nèi)冷卻時，由于溫度上的差異引起結晶度的差異，使密度不均，收縮不等，導致產(chǎn)生較高的內(nèi)應力而引起翹曲，并使耐應力龜裂能力降低。 ⑹ 、光澤度： 結晶度提高會增加制品的致密性。使制品表面光澤度提高，但由于球晶的存在會引起光波的散射，而使透明度降低。 3 、影響結晶度的因素 ⑴ 、溫度及冷卻速度 ： 結晶有一個熱交換過程，與溫度有關。

45、① 、當聚合物熔體溫度高于熔融溫度時大分子鏈的熱運動顯著增加，到大于分子的內(nèi)聚力時，分子就難以形成有序排列而不易結晶；當溫度過低時，分子鏈段動能很低，甚至處于凍結狀態(tài)，也不易結晶 ?！?② 、結晶的溫度范圍是在玻璃化溫度和熔融溫度之間。 　 ③ 、在高溫區(qū)（接近熔融溫度），晶核不穩(wěn)定，單位時間成核數(shù)量少，而在低溫區(qū)（接近玻璃化溫度）自由能低，結晶時間長，結晶速度慢，不能為成核創(chuàng)造條件。這樣在熔融溫度和玻璃化溫度之間存在一個最高的結晶

46、速度和相應的結晶溫度。,第三章 制品成型機理,3 、影響結晶度的因素?、?、溫度是聚合物結晶過程最敏感性因素，溫度相差1度，則結晶速度可能相差很多倍 。?、?、冷卻速度 ：聚合物從熔點溫度以上降到玻璃化溫度以下，這一過程的速度 。它是決定晶核存在或生長的條件。 ?、?、過冷度 ：在注塑成型時，冷卻速度決定于熔體溫度和模具溫度之差稱過冷度 。分以下三區(qū) ；等溫冷卻區(qū) 、快速冷卻區(qū) 、中速成冷卻區(qū) 。A、等溫冷卻區(qū)，當模具溫度接近

47、于最大結晶速度溫度時，這時過冷度小，冷卻速度慢，結晶幾乎在靜態(tài)等溫條件下進行，這時分子鏈自由能大，晶核不易生成，結晶緩慢，冷卻周期加長，形成較大的球晶。B、快速冷卻區(qū)，當模具溫度低于結晶溫度時過冷度增大，冷卻速度很快結晶在非等溫條件下進行，大分子鏈段來不及折疊形成晶片，這時高分子松馳過程滯后于溫度變化的速度 ，于是分子鏈在驟冷下形成體積松散的來不及結晶的無定型區(qū)。例如：當模具型腔表面溫度過低時，制品表層就會出現(xiàn)這種情況，而在制品心部由

48、于溫度梯度的關系，過冷度小，冷卻速度慢就形成了具有微晶結構的結晶區(qū)。,第三章 制品成型機理,3 、影響結晶度的因素 C、中速成冷卻區(qū)，如果把冷卻模溫控制在熔體最大結晶速度溫度與玻璃化溫度之間，這時接近表層的區(qū)域最早生成結晶，由于模具溫度較高，有利于制品內(nèi)部晶核生成和球晶長大。結晶的也比較完整。在這一溫度區(qū)來選擇模溫對成型制品是有利的，因為這時結晶速率常數(shù)大，模溫較低，制品易脫模，具注塑周期短。例:PA6, PA66,模溫控制在（7

49、0~120度），PP模溫控制在（30~80），這有助于結晶能力提高，在注塑中模溫的選擇應能使結晶度盡可能達到最接近于平衡位置。過低過高都會使制品結構不穩(wěn)定，在后期會發(fā)生結晶過程在溫度升高時而發(fā)生變化，引起制品結構的變化。,第三章 制品成型機理,3 、影響結晶度的因素 ⑵ 、熔體應力作用：當熔體壓力的提高，剪切作用的加強都會加速結晶過程。由于應力作用會使鏈段沿受力方向而取向，形成有序區(qū)，容易誘導出許多晶胚，使用權晶核數(shù)量增加，生成結

50、晶時間縮短，加速了結晶作用。 ① 、壓力加大還會影響球晶的尺寸和形狀，低壓下容易生成大而完整的球晶，高壓下容易生成小而不規(guī)則的球晶?！、?、球晶大小和形狀除與壓力大小有關還與力的形式有關。在均勻剪切作用下易生成均勻的微晶結構，在直接的壓力作用下易生成直徑小而不均勻的球晶。螺桿式注塑機加工時，由于熔體受到很大的剪切力作用，大球晶被粉碎成微細的晶核，形成均勻微晶。而活塞式注塑機相反。 ?、?、用剪切速率能控制結晶能力：高剪切速率下

51、得到的PP制品冷卻后具有高結晶度的結構，而且PP受剪切作用生成球晶的時間比無剪切作用在靜態(tài)熔體中生成球晶的時間要減少一半。,第三章 制品成型機理,3 、影響結晶度的因素⑵ 、熔體應力作用： ④ 、結晶型聚合物的結晶和取向作用密切相關，結晶和剪切應力也就發(fā)生聯(lián)系，剪切作用將通過取向和結晶兩方面的途徑來影響熔體的粘度，也就影響了熔體在噴嘴、流道、澆口、型腔中的流動。根據(jù)聚合物取向作用可提前結晶的道理，在注塑中提高注射壓力和注射速率而降

52、低熔體粘度的辦法為結晶創(chuàng)造條件。當然，應以熔體不發(fā)生破裂為限。 ?、?、用溫度能控制結晶能力：在注塑模具中發(fā)生結晶過程的重要特點是它的非等溫性。熔體進入模具時，接近表面層先生成小球晶，而內(nèi)層生成大的球晶；澆口附近溫度高，受熱時間長結晶度高，而遠離澆口處因冷卻快，結晶度低，所以造成制品性能上的不均勻性。,第三章 制品成型機理,二、取向效應 1、取向機理 ：在加工過程中，在力的作用下，流動的大分子鏈段一定會取向，取向的性質(zhì)和程度根據(jù)

53、取向條件有很大的區(qū)別?！、?、按熔體中大分子受力的形式作用的性質(zhì)可分為剪切應力作用下的“流動取向”和受拉伸作用下的“拉伸取向”。 ?、?、按取向結構單元的取向方向，可分單軸和雙軸或平面取向。 　⑶ 、按熔體溫場的穩(wěn)定性可分等溫和非等溫流動取向。也可分結晶和非結晶取向。,第三章 制品成型機理,二、取向效應 1、取向機理　 ⑷ 、 聚合物熔體在模腔中的流動是注塑的主要流動過程，熔體在型腔中取向過程，將直接影響制品的質(zhì)量。 ⑸

54、 、充模時，無定型聚合物熔體是沿型壁流動，熔體流入型腔首先同模壁接觸霰成來不及取向的凍結層外殼。而新料沿著不斷增長地凝固層內(nèi)壁向前流動。推動波前峰向前移動。而靠近凝固層的分子鏈，一端被固定凝固層上，而另一端被鄰層的分子鏈沿著流動方向而取向。由于靠近凝固層助力最大，速度最?。欢行耐饬鲃又ψ钚?，速度最大，這樣在垂直于流動方向上形成速度梯度；凝固層處的速度梯度最大，中心處的速度梯度最小，因此靠近凝固層的熔體流受剪切作用最強，取向程度最大，

55、而在靠近中心層剪切作用最小，取向也最小，形成小取向?qū)訁^(qū)。,第三章 制品成型機理,2、取向?qū)χ破沸阅艿挠绊?⑴、非結晶型聚合物的取向是大分子鏈在應力作用方向上的取向，所以在取向方向的力學性質(zhì)明顯增加，而垂直于取向方向的力學性質(zhì)卻又明顯地降低；在取向方向的拉伸強度，斷裂伸長率，隨取向度增加而提高。 ⑵、雙軸取向的制品其力學性質(zhì)具有各異性并與兩個方向拉伸倍數(shù)有關。雙軸取向改變了單軸取向的力學性質(zhì)。在通常注塑條件下，注塑制品在流動方向

56、上的拉伸強度大約是垂直方向的確良1-2.9倍，而沖擊強度為1-10倍，說明垂直于流動方向上的沖擊強度降低很多。 ⑶、注塑制品的玻璃化轉變溫度隨取向度提高而上升。 ⑷、收縮程度是取向程度的反映：由于在制品中存在有一定的高彈形態(tài)，一定溫度下已取向的分子鏈段要產(chǎn)生松馳作用：非結晶型聚合物的分子鏈要重新蜷曲，結晶率與取向度成正比。線膨脹系數(shù)隨取向度變化； ⑸、制品收縮反映了取向的程度：由于在垂直于流動方向線膨脹系數(shù)比取向方向約大3倍。取

57、向后的大分子被拉長，分子之間的作用力增加，發(fā)生“應力硬化”現(xiàn)象，表現(xiàn)了注塑制品模量提高的現(xiàn)象?！皟鼋Y取向”越大，則越容易發(fā)生應力松馳，制品收縮也越大。,第三章 制品成型機理,3、影響制品取向的因素 ⑴、在注塑加工中，聚合物熔體的取向過程可分為充模階段、保壓階段。⑵、充模階段流動的特點：熔體壓力低，剪切速率大，模壁處的物料在快速冷卻條件下進行，聚合物熔體的粘度主要是溫度和剪切速率的函數(shù)。⑶、保壓階段流動的特點：剪切速率低，壓力高，溫

58、度逐漸下降。⑷、聚合物熔體的粘度主要依賴于溫度和注射壓力，但對取向影響主要是熔體加工溫度。對結晶影響主要是模具溫度。 ⑸、取向與剪切或拉伸作用有關，也與大分子鏈的自由能有關。根據(jù)這種機理，控制取向的條件有以下幾個因素；?、佟⑽锪蠝囟群湍＞邷囟仍龈叨紩谷∠蛐档?。因為熔體升高時粘度會降低。如果熔體加工溫度高，它和凝固溫度之間的溫度區(qū)間加寬，松馳時間加長，容易解取向。非結晶型聚合物的松馳時間：是從加工溫度降至玻璃化溫度的時間；

59、結晶型聚合物的松馳時間：是從加工溫度至熔化溫度的時間，由于熔點溫度高于玻璃化溫度，顯然非結晶型聚合物松馳時間要長于結晶型聚合物。因此加工結晶型聚合物冷卻速度大，松馳過程短。容易產(chǎn)生凍結取向。而非結晶型聚合物冷卻速度慢，松馳過程長容易解取向，取向效果將減小。,第三章 制品成型機理,3、影響制品取向的因素 ②、注射壓力增加可提高熔體的剪切力和剪切速率，有助于加速高分子的取向效應。因此，注射壓力與保壓壓力的提高都會使結晶與取向作用加強，制品

60、的密度將隨保壓壓力的升高而訊速增長。 ③、澆口封閉時間會影響取向效應。如果熔體流動停止后，大分子的熱運動仍較強烈，會使已取向的單元又發(fā)生松馳，產(chǎn)生解取向的效應。采用大的澆口由于冷卻得慢，封閉時間延長，熔體流動時間延長增加了取向效果，尤其在澆口處的取向更為明顯，所以直澆口比點澆口更容易維持取向效應。 ④、模具溫度較低時，凍結取向效應提高。而解取向作用減小。 ⑤、關于充模速度對制品取向的影響?？焖俪淠鸨砻娌课坏母叨热?/p>

61、向，但內(nèi)部取向小，因為在一定溫度條件下，快速充模會維持其制品心部在較高的溫度下冷卻，使冷卻時間加長，高分子松馳時間延長使解取向能力加強，所以制品內(nèi)部取向程度反而比表層的小。在注射溫度相同條件下，慢速充模會延長流動時間，實際熔體溫度要降低，剪切力要增加。這時熔體的實際溫度與玻璃化溫度或熔點的區(qū)間要比快速充模區(qū)間小，則應力松馳時間也短，所以解取向作用??；另一方面慢速充模熔體的溫度比快速充模時來得低些，解取向作用減小，而取向作用會增加。就制品

62、內(nèi)部的結構形態(tài)而言，快速充模會引起較小的取向，而慢速充模反而會引起大的取向。,第三章 制品成型機理,3、影響制品取向的因素⑹、影響聚合物結晶與取向的因素有以下幾個方面： ①、溫度：熔體溫度、熔體加工過程的溫度、模具溫度、聚合物熔點、聚合物玻璃化溫度、熔體最大結晶速率溫度。 ②、時間：聚合物加熱時間、充模時間、保壓時間、澆口封閉時間、冷卻時間。 ③、壓力：充模壓力、保壓壓力。 ④、速度：充模速度、塑化速度。,第三章 制品成型機理

63、,三、內(nèi)應力1、內(nèi)應力產(chǎn)生：在注塑制品中，各處局部應力狀態(tài)是不同的，制品變形程度將決定于應力分布。如果制品在冷卻時，存在溫度梯度，則這類應力會發(fā)展，所以這類應力又稱為“成型應力”。 ⑴、制品的內(nèi)應力有兩種：一種是成型應力，一種是溫度應力。 ⑵ 、成型應力：來自與過度注塑成型壓力的轉換和釋放。 ⑶ 、溫度應力：當熔體進入溫度較低的模具型腔時，靠近模腔壁的熔體訊速地冷卻而固化，于是靠近模腔壁的分子鏈段被“凍結”。由于凝固的聚合物層，

64、導熱性很差，在制品厚度方向上產(chǎn)生較大的溫度梯度。制品內(nèi)部凝固相當緩慢，以致于當澆口封閉時，制品中心的熔體單元還未凝固，這時注塑機又無法對冷卻收縮進行補料。這樣制品內(nèi)部收縮作用與硬皮層作用方向是相反的；內(nèi)部處于靜態(tài)拉伸而表層則處于靜態(tài)壓縮。 ⑷ 、在熔體充模流動時，有體積收縮效應引起的應力 ：內(nèi)應力與熔體流動方向有關。 ⑸ 、還有因流道，澆口出口的膨脹效應而引起的應力：由于出口膨脹效應將引起在垂直于流動方向應力作用。,第三章 制品成型

65、機理,2、影響內(nèi)應力的工藝因素 ⑴、取向?qū)?nèi)應力的影響：在速冷條件下，取向會導致聚合物內(nèi)應力的形成。由于聚合物熔體的粘度高，內(nèi)應力不能很快松馳，影響制品的物理性能和尺寸穩(wěn)定性。 ①、各參數(shù)對取向應力的影響 ：熔體溫度 、延長保壓時間 、提高注射壓力或保壓壓力 、模具溫度高 、增加制品厚度等。②、熔體溫度：熔體溫度高，粘度低，剪切應力降低取向度減?。涣硪环矫嬗捎谌垠w溫度高會使應力松馳加快，促使解取向能力加強。 ③、可是在不改變

66、注塑機壓力的情況下，模腔壓力會增大，強剪切作用又導致取向應力的提高。④、在噴嘴封閉以前，延長保壓時間，會導致取向應力增加。⑤、提高注射壓力或保壓壓力，會增大取向應力，⑥、模具溫度高可保證制品緩慢冷卻，起到解取向作用。⑦、增加制品厚度使取向應力降低，因為厚壁制品冷卻時慢，粘度提高慢，應力松馳過程的時間長，所以取向應力小。,第三章 制品成型機理,2、影響內(nèi)應力的工藝因素 ⑵、溫度對內(nèi)應力的影響：熱塑性聚合物在成型時，模內(nèi)壓力越大保

67、壓時間越長，有助于溫度所產(chǎn)生的收縮應力的減小反之會使壓縮應力增大。①、在充模時熔體和型壁之間溫度梯度很大，先凝固 的外層熔體要助止后凝固的內(nèi)層熔體的收縮，結果在外層產(chǎn)生壓應力（收縮應力），內(nèi)層產(chǎn)生拉應力（取向應力）。②、在保壓壓力的作用下持續(xù)較長時間，聚合物熔體又補入模腔中，使模腔壓力提高，此壓力會改變由于溫度不均而產(chǎn)生的內(nèi)應力。但在保壓時間短，模腔壓力又較低的情況下，制品內(nèi)部仍會保持原來冷卻時的應力狀態(tài)。③、充模后又在保壓壓力的

68、作用下持續(xù)較長時間，聚合物熔體又補入模腔中，使模腔壓力提高，此壓力會改變由于溫度不均而產(chǎn)生的內(nèi)應力。但在保壓時間短，模腔壓力又較低的情況下，制品內(nèi)部仍會保持原來冷卻時的應力狀態(tài)。④、在制品冷卻初期模腔壓力不足時，制品的外層會因凝固收縮而形成凹陷；如果在制品已形成冷硬層的后期模腔壓力不足時，制品的內(nèi)層會因收縮而分離，或形成空穴；如果在澆口封閉前維持模腔壓力，有利于提高制品密度，消除冷卻溫度應力，但是在澆口附近會產(chǎn)生較大的應力集中。,第三

69、章 制品成型機理,3、內(nèi)應力與制品質(zhì)量的關系⑴、制品中內(nèi)應力的存在會嚴重影響制品的力學性質(zhì)和使用性能；由于制品內(nèi)應力的存在和分布不均，制品在使用過程中會發(fā)生裂紋。在玻璃化溫度以下使用時，常發(fā)生不規(guī)則的變形或翹曲，還會引起制品表面“泛白”，渾濁，光學性質(zhì)變壞。⑵、設法降低澆口處溫度，增加緩冷時間，有利于改善制品的應力不均，使制品的機械性能均一。⑶、不管對結晶型聚合物還是非結晶型聚合物，拉伸強度都表現(xiàn)出各向異向的特點，而非結晶型聚合物

70、比結晶型聚合物的各向異性表現(xiàn)的強烈。⑷、非結晶型聚合物拉伸強度會因澆口的位置而異；當澆口與充模方向一致時，拉伸強度隨熔體溫度提高而降低；當澆口與充模方向垂直時，拉伸強度隨熔體溫度的提高而增加。 而熔體溫度提高導致解取向作用加強，而取向作用減弱使拉伸強度降低。澆口的方位會通過影響料流的方向來影響取向 ，所以非結晶型聚合物比結晶型聚合物在垂直于流動方向上的拉伸強度前者比后者大。低溫注射比高溫注射有更大的力學各向異性。 ⑸、結晶型聚合物拉