塑料成型工艺与模具设计第2章塑料成型理论基础

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1、第2章塑料成型理论基础塑料成型是将塑料材料转变成塑件的生产工艺过程。要实现这种转变，就要研究在转变过程中塑料的各种性质和行为与各种因素之间的关系，从而可以采用合理的工艺以获得质量良好的塑料制件。高等学校应用型特色规划教材2.1聚合物的分子结构及热力学性能高分子聚合物的分子结构与低分子不同，其物理、力学性能与温度密切相关。温度变化时，聚合物的受力行为发生变化，呈现出不同的力学状态，表现出分阶段的力学性能特点。2.1.1聚合物的分子结构聚合物大分子的链状结构有以下三种类型。1.线型大分子及其线型聚合物2.支链型大分子及其支链型聚合物3.体型

2、大分子及其体型聚合物高等学校应用型特色规划教材2.1.2聚合物的热力学曲线及加工适应性聚合物在不同条件下表现出的分子热运动特征称为聚合物的物理状态。聚合物的物理状态分为玻璃态(结晶聚合物称为结晶态)、高弹态和粘流态三种，它们在一定条件下可以发生转变。高等学校应用型特色规划教材2.2聚合物的流变学性质研究物质变形与流动的科学称为流变学。聚合物的成型都必须依靠聚合物自身的变形和流动来实现，所以就相应产生聚合物流变学这样一门科学。它主要研究聚合物在外力作用下产生的应力、应变和应变速率等力学现象与自身粘度之间的关系以及影响这些关系的各种因素，如

3、聚合物的结构、性能、温度、作用力的大小和作用时间、方式等。高等学校应用型特色规划教材2.2.1牛顿流动规律流体在管道内流动时，可呈现层流和湍流两种不同的流动状态。层流的特征是流体的质点沿着平行于流道轴线的方向相对运动，与边壁等距离的液层以同一速度向前移动，不存在任何宏观的层间质点运动，因而所有质点的流线均相互平行，这种情况如图2.3(a)所示。高等学校应用型特色规划教材为研究流体以切变方式流动时的性质，可将这种流体的流动看做许多层彼此相邻的薄液层沿外力作用的方向进行相对滑移，图2.4所示为流体层流模型。高等学校应用型特色规划教材2.2.

4、2指数流动规律和表观粘度聚合物的流动行为远比低分子流体的流动复杂，除聚碳酸酯、聚酰胺、氯乙烯-偏二氯乙烯共聚物和聚对苯二甲酸乙二醇酯等少数几种外，绝大多数聚合物流体在塑料成型条件下的流动行为与牛顿流体不符。1.指数流动规律高分子聚合物由于大分子的长链结构复杂，相互缠结，它们的流动规律远比低分子流体复杂，不符合式(2-4)的牛顿流动规律，在宽广的剪切速率范围内，它们流动时切应力和剪切速率不再成线性关系，流体的粘度也不再是一个常数。通常，将这种流体的流动称为非牛顿流动，具有这种流动行为的流体称为非牛顿流体。高等学校应用型特色规划教材在聚合物

5、流变学中凡是服从指数流动规律的非牛顿流体统称粘性流体。粘性流体中，当n＜1时称假塑性流体；当n＞1时则称膨胀性流体。图2.6表示了不同类型流体的表观粘度和剪切速率的关系。高等学校应用型特色规划教材2.假塑性流体的表观粘度前述各种粘性流体的非牛顿流体性能都是有前提条件的，也就是剪切速率不能太大，也不能太小，否则这些粘性流体也会出现牛顿流体的性质。在聚合物成型过程中影响表观粘度的因素有以下几方面。1)聚合物的结构对表观粘度的影响聚合物相对分子质量分布对熔体粘度的影响在不同剪切力和不同剪切速率下表现不同，平均相对分子质量相同时，随着剪切速率的

6、增加，相对分子质量分布宽的要比相对分子质量窄的粘度下降快。高等学校应用型特色规划教材2)温度对表观粘度的影响高等学校应用型特色规划教材3)压力对表观粘度的影响4)剪切速率对表观粘度的影响高等学校应用型特色规划教材2.3聚合物熔体的弹性聚合物熔体在变形和流动中的弹性行为对注射成型影响很大，常常会使熔体在模内流动时产生端末效应和失稳流动等问题，最终导致塑件产生变形、扭曲以及熔体破裂等成型缺陷。2.3.1端末效应聚合物熔体在管道入口端因出现收敛流动，使压力降突然增大的现象称为入口效应。高等学校应用型特色规划教材2.离模膨胀效应当聚合物熔体流出

7、流道或浇口时，熔体发生体积膨胀的现象叫做离模膨胀效应，如图2.11所示。离模膨胀实际上是一种由弹性回复而引起的失稳流动，通常也叫做Barun效应。高等学校应用型特色规划教材2.3.2失稳流动和熔体破裂失稳流动和熔体破裂现象受以下因素影响。(1)聚合物的相对分子质量及其分布(2)温度(3)流道结构高等学校应用型特色规划教材2.4塑料成型过程中聚合物的物理变化聚合物在塑料成型过程中发生的物理变化主要有结晶和取向，它们对塑件的性能和质量的影响非常大，生产中经常需要调整某些工艺参数，才能很好地控制结晶和取向过程。2.4.1聚合物的结晶在所有聚合

8、物中，可以分为结晶聚合物和非结晶聚合物(无定形聚合物)两种类型。1.结晶概念2.二次结晶和后结晶高等学校应用型特色规划教材3.结晶速度和结晶度(1)结晶速度(2)结晶度4.结晶对塑件性能的影响(1)密度(2