塑料成型工艺学第二章
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最新塑料成型工艺学(思考题答案)
序言及第一章1.为什么塑料成型加工技术的发展要经历移植、改造和创新三个时期？(P2)第一段2.移植期、改造期和创新期的塑料成型加工技术各有什么特点?答：移植时期用移植技术制造的塑料制品性能较差，只能成型加工形状与结构简单的制品．而且制品的生产效率也比较低。
这段时问虽然已经出现了几种改性纤维素类热塑性塑料，但其使用性远不如酚醛和脲醛等热固性塑料料，从而使压缩模塑等特别适合成型热固性塑料的制品生产技术；其一是塑料的成型加工技术更加多样化，从前一时期仅有的几种技术发展到数十种技术，借助这几十种技术可将粉状、粒状、纤维状、碎屑状、糊状和溶液状的各种塑料原材料制成多种多样形状与结构的制品，如带有金属嵌件的模制品、中空的软制品和用织物增强的层压制品等；其二是塑料制品的质量普遍改善和生产效率明显提高，成型过程的监测控制和机械化与自动化的生产已经实现，全机械化的塑料制品自动生产线也已出现；其三是由于这一时期新开发的塑料品种主要是热塑性塑料，加之热塑性塑料有远比热固性塑料良好的成型工艺性，因此，这一时期塑料成型加工技术的发展，从以成型热固性塑料的技术为重点转变到以成型热塑性塑料的技术为主; 进入创新时期的塑料加工技术与前一时期相比，在可成型加工塑料材料的范围、可成型加工制品的范围和制品质量控制等方面均有重大突破。
采用创新的成型技术，不仅使以往难以成型的热敏性和高熔体粘度的她料可方便地成型为制品，而且也使以往较少采用的长纤维增强塑料、片状馍型料和团状模塑料也可大量用作高效成型技术的原材料。
3.按所属成型加工阶段划分，塑料成型加工可分为几种类型？分别说明其特点。
答：一次成型技术,二次成型技术,二次加工技术一次成型技术，是指能将塑料原材料转变成有一定形状和尺寸制品或半制品的各种工艺操作方法。
目前生产上广泛采用的挤塑、注塑、压延、压制、浇铸和涂覆等。
二次成型技术，是指既能改变一次成型所得塑料半制品(如型材和坯件等)的形状和尺寸，又不会使其整体性受到破坏的各种工艺操作方法。
第二章 注塑成型工艺塑料成型理论基础
w
ηo=Co
Mw
a
（2-13）
Mw
或
lgηo =lgCo+alg
（2-14）
式中 子质量有关的常数。
图形分析；聚合物重均相对分子质量有一个临界值 M ′ (称为缠结相对分子质量)，Ⅰ、 M ＜ M ′时，大分子链缠 M 结较轻，近似呈现牛顿性质；Ⅱ、 M ＞ ′时，大分子链 缠结严重，熔体呈非牛顿性质。只要将 与M ́ M进行 w 比较，就可以大致确定注射成型生产中所用的聚合物是否 具有非牛顿性质。
将式（2-10）两边微分，整理后得
n d ln d ln
tan
（2-12）
此式可见非牛顿指数实际上等于对数流动曲线的斜率， 这从几何方面显示了n值能够反映非牛顿程度的流变学意 义。
(2) 图28、9分 别给出了 由试验得 到的几种 聚合物流 变曲线 (其中图 2-9为对 数坐标)。
假塑性液体流动曲线和 流变曲线讨论：
n 1
⑴根据 a 和 a K 作出理论流动曲线和流变 曲线，图2-6。 什么是假塑性？
对数流动方程:
lnτ=lnk+nln 10) 对数流变方程:
(2-
lnηa=lnK+(n-1) 1n (2-11)
与对数方程相应的直线型流动曲线和流变曲线如图2-7。
将它们分别与图2-6(b)和图2-7(b)比较，实验曲线 与理论曲线的变化趋势基本相似，这说明幂律流动规律 对于假塑性液体基本上是适合的。
结论：
①在中等剪切速率区域，假塑性液体的变形和流动所需 的切应力随剪切速率变化，并呈幂律函数规律增大； ②变形和流动所受到的黏滞阻力，即液体的表观黏度随 剪切速率变化，并呈幂律函数规律减小（这种现象称为 假塑性液体的“剪切稀化”效应）。
ηo=Co
Mw
a
（2-13）
Mw
或
lgηo =lgCo+alg
（2-14）
式中 子质量有关的常数。
图形分析；聚合物重均相对分子质量有一个临界值 M ′ (称为缠结相对分子质量)，Ⅰ、 M ＜ M ′时，大分子链缠 M 结较轻，近似呈现牛顿性质；Ⅱ、 M ＞ ′时，大分子链 缠结严重，熔体呈非牛顿性质。只要将 与M ́ M进行 w 比较，就可以大致确定注射成型生产中所用的聚合物是否 具有非牛顿性质。
将式（2-10）两边微分，整理后得
n d ln d ln
tan
（2-12）
此式可见非牛顿指数实际上等于对数流动曲线的斜率， 这从几何方面显示了n值能够反映非牛顿程度的流变学意 义。
(2) 图28、9分 别给出了 由试验得 到的几种 聚合物流 变曲线 (其中图 2-9为对 数坐标)。
假塑性液体流动曲线和 流变曲线讨论：
n 1
⑴根据 a 和 a K 作出理论流动曲线和流变 曲线，图2-6。 什么是假塑性？
对数流动方程:
lnτ=lnk+nln 10) 对数流变方程:
(2-
lnηa=lnK+(n-1) 1n (2-11)
与对数方程相应的直线型流动曲线和流变曲线如图2-7。
将它们分别与图2-6(b)和图2-7(b)比较，实验曲线 与理论曲线的变化趋势基本相似，这说明幂律流动规律 对于假塑性液体基本上是适合的。
结论：
①在中等剪切速率区域，假塑性液体的变形和流动所需 的切应力随剪切速率变化，并呈幂律函数规律增大； ②变形和流动所受到的黏滞阻力，即液体的表观黏度随 剪切速率变化，并呈幂律函数规律减小（这种现象称为 假塑性液体的“剪切稀化”效应）。
《塑料成型工艺学》PPT课件
(3).原因: ①入口效应 熔体从较大储器到较小模口时流速提高,压降突然增大,产生沿流动方向的纵向速度梯度,在纵向速度梯度拉伸下,分子链沿流动方向伸展开,产生高弹形变.(若流体在口模中停留时间足够长,在入口区由于拉伸流动产生的高弹形变会全部松弛掉,否则,来不及完全松弛的形变被带出口模再松弛膨大) ②剪切流动 流体流动,高分子构象发生变化,分子从未受剪切时的自由卷曲状态变为沿剪切方向伸展开状态的同时储存了高弹形变,被带出口模后松弛,表现为Braus效应
重点: 线性非结晶型聚合物(无定形聚合物)的力学状态
3. 聚集态与加工性的关系 ① T<Tg 玻璃态 适于机械加工,如车削,锉削,制孔,切螺纹等.加工使用的最低温度是脆化温度Tb. ② Tg<T<Tf 高弹态 可进行较大变形的成型加工,如压延,中空吹塑,热成型等.但此形变是可恢复的.
③ T>Tf 粘流态 (Tf为粘流温度)可进行变形大,形状复杂的成型如注射,挤出等.此时的力学特点是,整个分子链的运动变为可能,在外力作用下,可发生不可逆的粘流持续形变. ④ T>Td(降解温度),制品外观质量和力学性能下降.
3.粘性和弹性形变
聚合物熔体在受有应力时，存在粘性和弹性两种形变 (1)特点：粘性变形没有回复的可能，但弹性变 形可以回复。 (2)松弛过程：弹性变形的发展和恢复过程 松弛时间：聚合物熔体受应力作用时表观粘度对弹性模量的比值 (3)变形大小的量度：无论受剪应力还是拉伸应力作用 变形经历时间>松弛时间，不可回复的粘性变形为主 变形经历时间<松弛时间，可恢复的弹性形变为主 例如锥形流到中既存在剪切形变也有拉伸形变，但流道越长，拉伸弹性变形的贡献越小，在截面不变的流道中不存在拉伸变形
特点：只有当剪应力高到屈服应力值时才发生塑性流动，且 与 呈线性关系 流动方程： 式中 为刚度系数，等于流动曲线的斜率。 当剪应力小于屈服应力时为固体，一旦大于该值立刻呈现流动行为，原因是流体静止时形成了凝胶结构，外力增大受到破坏开始流动。如牙膏、油漆、润滑脂、泥浆等都属于或接近宾哈流体
重点: 线性非结晶型聚合物(无定形聚合物)的力学状态
3. 聚集态与加工性的关系 ① T<Tg 玻璃态 适于机械加工,如车削,锉削,制孔,切螺纹等.加工使用的最低温度是脆化温度Tb. ② Tg<T<Tf 高弹态 可进行较大变形的成型加工,如压延,中空吹塑,热成型等.但此形变是可恢复的.
③ T>Tf 粘流态 (Tf为粘流温度)可进行变形大,形状复杂的成型如注射,挤出等.此时的力学特点是,整个分子链的运动变为可能,在外力作用下,可发生不可逆的粘流持续形变. ④ T>Td(降解温度),制品外观质量和力学性能下降.
3.粘性和弹性形变
聚合物熔体在受有应力时，存在粘性和弹性两种形变 (1)特点：粘性变形没有回复的可能，但弹性变 形可以回复。 (2)松弛过程：弹性变形的发展和恢复过程 松弛时间：聚合物熔体受应力作用时表观粘度对弹性模量的比值 (3)变形大小的量度：无论受剪应力还是拉伸应力作用 变形经历时间>松弛时间，不可回复的粘性变形为主 变形经历时间<松弛时间，可恢复的弹性形变为主 例如锥形流到中既存在剪切形变也有拉伸形变，但流道越长，拉伸弹性变形的贡献越小，在截面不变的流道中不存在拉伸变形
特点：只有当剪应力高到屈服应力值时才发生塑性流动，且 与 呈线性关系 流动方程： 式中 为刚度系数，等于流动曲线的斜率。 当剪应力小于屈服应力时为固体，一旦大于该值立刻呈现流动行为，原因是流体静止时形成了凝胶结构，外力增大受到破坏开始流动。如牙膏、油漆、润滑脂、泥浆等都属于或接近宾哈流体
塑料成型工艺学第二章
四、温度和压力对粘度的影响
对流体粘度起作用的因素有温 度、压力、施加的应力和应变速度 等。后两者对粘度的关系已经论及， 这里便讨论前两者对粘度的影响。 1．温度对剪切粘度的影响 温度与流体剪切粘度（包括表观粘度） 的关系可用式（2－12）表示：
式中η为流体在T℃时的剪切粘度，η0为 某一基准温度T0℃时的剪切粘度，e为自 然对数的底，a为常数。从实验知，式 （— 12）中的a，在温度范围不大于 50℃时，对大多数流体来说都是常数， 超出此范围则误差较大。
注意： ①如果将式（2－12）用于剪切粘度对剪切 应力（或剪切速率）有敏感性的流体时， 则该式只有当剪切应力（或剪切速率） 保持恒定时才是准确的。 ②式（2—12）虽然对聚合物的熔体、溶液 和糊都适用，但是必须指出，当用于聚 合物糊时，应以在所涉及温度范围内聚 合物没有发生溶胀与溶解的情况为准。
表2－2几种常用热塑性塑料熔体在恒 定剪切速率下的表现粘度与温度关 系的数据。
图2－4是在对数坐标上绘制的聚合物熔体 的流动曲线。
图2－4是在对数坐标上绘制的聚合物熔体的流动曲 线。A与B是分别在温度Tl和T下所绘的曲线，T1＜T2。A与B 两条曲线均接近于直线。 曲线 直线 如果将剪切应力或剪切速率的范围缩小，则A和B将更 接近于直线。近似的直线在剪切应力轴上所跨越的范围约 为一个数量级，而在剪切速率轴上则约为一个半到两个数 量级。由此可以得知：在任何给定范围内，剪切应力和剪 切速率的关系可用指数定律来描述，即：
.n dv K K r dr
n
式中K与n均为常数（n＜1）。K是这种流 体稠度的一种量度，流体粘稠性越大时，K值 就越高；n是判定流体与牛顿流体的差别程度 的。n值离整数1越远时，流体的非牛顿性就越 强；n为1时，流体即为牛顿流体。
塑料成型原理与工艺
• 由于直接换料清洗浪费了大量的清洗料，目前已经研制出一种新的 料筒清洗剂，这种清洗剂的使用方法:首先将料筒温度升至比正常生 产温度高10C--2 0C，放入净料筒内的存储料，然后加入清洗剂，最 后加入新换料，用预塑的方式连续挤一段时间即可。可重复清洗，直 至达到要求为止。
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2.1 注射成型原理与工艺
2.1 注射成型原理与工艺
• 色粉与塑料树脂直接混合后，送入下一步制品成型工艺，工序短， 成本低，但工作环境差，着色力差，着色均匀性和质量稳定性差。
• 色母粒法是着色剂和载体树脂、分散剂、其他助剂配制成一定浓度 着色剂的粒料，制品成型时根据着色要求，加入一定量色母粒，使制 品含有要求的着色剂量，达到着色要求。
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2.1 注射成型原理与工艺
• (6)脱模剂的选用 • 脱模剂是使塑件容易从模具中脱出而喷涂在模具表面上的一种助剂。
注射成型时，塑件的脱模主要是依赖于合理的工艺条件和正确的模具 设计，但由于塑件本身的复杂性或工艺条件控制不稳定，可能造成脱 模困难，所以在实际生产中经常使用脱模剂。 • 常用的脱模剂有硬朗酸锌、液体石蜡(白油)和硅油等。除了硬醋酸 锌不能用于聚酞胺之外，对于一般塑料，上述三种脱模剂均可使用。 其中尤以硅油脱模效果最好，只要对模具施用一次，即可长效脱模， 但价格高昂。使用麻烦。硬醋酸锌通常多用于高温模具，而液体石蜡 多用于中低温模具。
第2章 塑料成型原理与工艺
• 2.1 注射成型原理与工艺 • 2 .2压缩成型原理与工艺 • 2 .3压注成型原理与工艺 • 2 .4挤出成型原理与工艺 • 2 .5塑料成型工艺的制订
2.1 注射成型原理与工艺
• 2.1.1注射成型原理和特点
• 1.注射成型原理 • 注射成型是通过注射机来实现的，图2-1所示为螺杆式注射机的注
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2.1 注射成型原理与工艺
2.1 注射成型原理与工艺
• 色粉与塑料树脂直接混合后，送入下一步制品成型工艺，工序短， 成本低，但工作环境差，着色力差，着色均匀性和质量稳定性差。
• 色母粒法是着色剂和载体树脂、分散剂、其他助剂配制成一定浓度 着色剂的粒料，制品成型时根据着色要求，加入一定量色母粒，使制 品含有要求的着色剂量，达到着色要求。
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2.1 注射成型原理与工艺
• (6)脱模剂的选用 • 脱模剂是使塑件容易从模具中脱出而喷涂在模具表面上的一种助剂。
注射成型时，塑件的脱模主要是依赖于合理的工艺条件和正确的模具 设计，但由于塑件本身的复杂性或工艺条件控制不稳定，可能造成脱 模困难，所以在实际生产中经常使用脱模剂。 • 常用的脱模剂有硬朗酸锌、液体石蜡(白油)和硅油等。除了硬醋酸 锌不能用于聚酞胺之外，对于一般塑料，上述三种脱模剂均可使用。 其中尤以硅油脱模效果最好，只要对模具施用一次，即可长效脱模， 但价格高昂。使用麻烦。硬醋酸锌通常多用于高温模具，而液体石蜡 多用于中低温模具。
第2章 塑料成型原理与工艺
• 2.1 注射成型原理与工艺 • 2 .2压缩成型原理与工艺 • 2 .3压注成型原理与工艺 • 2 .4挤出成型原理与工艺 • 2 .5塑料成型工艺的制订
2.1 注射成型原理与工艺
• 2.1.1注射成型原理和特点
• 1.注射成型原理 • 注射成型是通过注射机来实现的，图2-1所示为螺杆式注射机的注
第二章 塑料成型的理论基础
重点与难点：
难点：聚合物流体在剪切应力作用下的流动 重点：流动 结晶 降解
第2页，共74页。
2.1 聚合物的流变行为
塑料工艺
• 定义
作用
聚合物
力
响应（流变
）
✓ 应力：单位面积上所受的力称为应力。
剪切应力（τ）
拉伸应力（б）
流体静压力（P）
剪切力 拉伸力
压缩力
✓ 应变：材料在应力作用下产生的形变和尺寸的改变称为应变。(单位长度 的形变量)
速度梯度
第5页，共74页。
2.1 聚合物的流变行为
塑料工艺
1. 剪切力作用下聚合物流变行为
流动形式判定：
Re D v
Re – 雷诺数；D – 管道直径；v – 液体流动平均 速度；ρ – 流体密度；η – 剪切粘度
Re<2100~2300时均为层流 Re＝2300~4000时为过渡流 Re>4000时为湍流
宾哈流体 假塑性流体
膨胀性流体
第8页，共74页。
塑料工艺
2.1 聚合物的流变行为
✓宾哈流体（宾汉流体）
y
p
dv dr
•
p
特征：在低于τy下，液体不产生应变（凝胶结构）；只有当应力大于τy时 ，液体表现出牛顿液体相似的流变行为（三维结构被破坏）。 τy称
为屈服应力 牙膏、油漆、护肤霜
第9页，共74页。
非牛顿性强的线形高聚物，液体在入口区域和管子中流动时的剪切作用是引起不稳定 流动的主要原因。
比如：PP、PDPE、PVC等。
影响：a. 在圆管中，如果产生弹性湍流的不稳定点沿着管的周围移动， 则挤出物呈螺旋状。
b. 如果不稳定点在整个圆周上产生，就得到竹节状的粗糙挤出物。
难点：聚合物流体在剪切应力作用下的流动 重点：流动 结晶 降解
第2页，共74页。
2.1 聚合物的流变行为
塑料工艺
• 定义
作用
聚合物
力
响应（流变
）
✓ 应力：单位面积上所受的力称为应力。
剪切应力（τ）
拉伸应力（б）
流体静压力（P）
剪切力 拉伸力
压缩力
✓ 应变：材料在应力作用下产生的形变和尺寸的改变称为应变。(单位长度 的形变量)
速度梯度
第5页，共74页。
2.1 聚合物的流变行为
塑料工艺
1. 剪切力作用下聚合物流变行为
流动形式判定：
Re D v
Re – 雷诺数；D – 管道直径；v – 液体流动平均 速度；ρ – 流体密度；η – 剪切粘度
Re<2100~2300时均为层流 Re＝2300~4000时为过渡流 Re>4000时为湍流
宾哈流体 假塑性流体
膨胀性流体
第8页，共74页。
塑料工艺
2.1 聚合物的流变行为
✓宾哈流体（宾汉流体）
y
p
dv dr
•
p
特征：在低于τy下，液体不产生应变（凝胶结构）；只有当应力大于τy时 ，液体表现出牛顿液体相似的流变行为（三维结构被破坏）。 τy称
为屈服应力 牙膏、油漆、护肤霜
第9页，共74页。
非牛顿性强的线形高聚物，液体在入口区域和管子中流动时的剪切作用是引起不稳定 流动的主要原因。
比如：PP、PDPE、PVC等。
影响：a. 在圆管中，如果产生弹性湍流的不稳定点沿着管的周围移动， 则挤出物呈螺旋状。
b. 如果不稳定点在整个圆周上产生，就得到竹节状的粗糙挤出物。
塑料成型工艺学精品
第一章绪论内容简介1、塑料发展历史；2、塑料的应用；3、塑料成型加工的方法；4、本课程学习要求。
本章重点1.1 塑料制品生产的组成一、塑料工业包含塑料原料的生产和塑料制品生产。
二、塑料制品的生产是一种复杂的过程，它主要由原料准备、成型、机械加工、修饰和装配等过程组成。
成型是将各种形态的塑料(粉料、粒料、溶液或分散体)制成所需形样的制品或坯件的过程，在整个过程中最为重要，是一切塑料制品或型材生产的必经过程。
成型的种类很多，如各种模塑、层压以及压延等。
其它过程，通常都是根据制品的要求来取舍的，也就是说，不是每种制品都须完整地经过这些过程。
机械加工是指在成型后的工件上钻眼、切螺纹、车削或铣削等，用来完成成型过程所不能完成或完成得不够准确的一些工作。
修饰主要是为美化塑料制品的表面或外观。
装配是将各个已经完成的部件连接或配套使其成为一个完整制品的过程。
后三种过程有时统称为二次加工或后加工。
对比来说，二次加工过程常居于次要地位。
在成型方法中，有压缩模塑、挤出模塑、注射模塑、传递模塑、吹塑、热成型等三十多种塑料成型方法。
1.2 塑料制品的应用一、塑料发展的历史塑料成型工业自1872年开始到现在已度过仿制、扩展和变革的时期。
塑料最初品种不多、对它们的本质理解不足，在塑料制品生产技术上，只能从塑料与某些材料如橡胶、木材、金属和陶瓷等制品的生产有若干相似之处而进行仿制。
此后在本世纪的20年代，塑料品种渐多，在生产技术和方法上都有显著的改进。
50年代以来，由于各项尖端科学技术以及工业、农业等发展的需要，对制品数量、结构、尺寸和准确程度上也提出了更高的要求。
通过对新型塑料和制品生产上进行创新变革。
至今，塑料制品的数量和应用种类都有了显著的增长，塑料制品的生产已成为一个重要的生产部门。
二、塑料制品应用的主要领域1、农业、渔业：塑料在农业方面常用的材料有薄膜、管道、片板、绳索和编织袋等。
塑料温室，农作物、肥料和药物等的包装,农田水利工程多选用塑料管，农舍建筑、畜牧保护、农业机械及器具、鱼网、养殖浮漂等。
塑料成型工艺学第二章塑料成型的理论基础
·γ
不同类型流体的黏度-剪切速率关系
对于假塑性流体，它的流动曲线也不是直线，与 牛顿流体不同的是它的表观粘度会随剪切应力的增加 而下降。常规聚合物熔体都属于这一类型。假塑性流 体之所以有这样的流动行为，多数的解释是：剪切作
用使分子链解缠。
对于膨胀性性流体，它的流体的流动曲线也不是直线，与假塑性流体不同的是它的 表观粘度会随剪切应力的增加而上升。属于这一类型的流体大多数是固体含量高的悬 浮液，处于较高剪切速率下的聚氯乙烯糊塑料的流动行为就很接近这种流体。膨胀性 流体之所以有这样的流动行为，多数的解释是：当悬浮液处于静态时，体系中由固体 粒子构成的空隙最小，其中流体只能勉强充满这些空间。当施加于这一体系的剪切应 力不大时，也就是剪切速率较小时，流体就可以在移动的固体粒子间充当润滑剂，因 此，表观粘度不高。但当剪切速率逐渐增高时，固体粒子的紧密堆砌就次第被破坏， 整个体系就显得有些膨胀。此时流体不再能充满所有的空隙，润滑作用因而受到限制，
✓ 几种流动
●高聚物受剪切力作用而产生的流动称为剪切流动 (具有横 向速度梯度场的流动) 。
高聚物在挤出机、口模、注塑机、喷嘴、流道及喷丝板 的毛细管中的流动等。
●高聚物受拉应力作用而引起的流动称为拉伸流动（具有纵 向速度梯度场的流动） 。
✓ 牛顿流体及其流变方程
● 层流：雷诺准数小于2100时为层流流动。
✓ 减小端末效应的主要措施(工艺设备)
● 增加管子或口模平直部分的长度（增大长径比）。 使产生的弹性形变有足够时间在出口前得到恢复。
● 适当减小加工时的应力。 应力减小，产生的弹性形变减小。
● 提高加工温度。 使弹性形变容易恢复。
● 对挤出物进行适当速度的牵引和拉伸 。 ●控制在临界剪切应力和临界剪切速率以下。
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dv . m r k dr
式中k与m也是常数（m＞1）。K称为 流动度或流动常数，k值越小时表明流体 越粘稠，也是越不易流动。
各个参数的关系如下：
1 K k
n
a
r
.
a K
k
. m
. n 1
a k
1 m
1 m . m
•假塑性流体的粘度随剪切应力或剪切速率的增 加而下降的原因与流体分子的结构有关。 •机理如下： 溶液，当它承受应力时，原来由溶剂化作用 而被封闭在粒子或大分子盘绕空穴内的小分子就 会被挤出，这样，粒子或盘绕大分子的有效直径 即随应力的增加而相应地缩小，从而使流体粘度 下降。 因为粘度大小与粒子或大分子的平均大小成 正比，但不一定是线性关系。
图2－4是在对数坐标上绘制的聚合物熔体 的流动曲线。
图2－4是在对数坐标上绘制的聚合物熔体的流动曲 线。A与B是分别在温度Tl和T下所绘的曲线，T1＜T2。A与B 两条曲线均接近于直线。 曲线 直线 如果将剪切应力或剪切速率的范围缩小，则A和B将更 接近于直线。近似的直线在剪切应力轴上所跨越的范围约 为一个数量级，而在剪切速率轴上则约为一个半到两个数 量级。由此可以得知：在任何给定范围内，剪切应力和剪 切速率的关系可用指数定律来描述，即：
dv ˆ y p pr dr
式中ηp称为刚度系数，等于流动曲线的斜率。
• 宾哈流体机理：静止时形成了凝胶结构， 外力超过τy时这种三维结构即受到破坏。 • 实例：牙膏、油漆、润滑脂、钻井用的 泥浆、下水污泥、聚合物在良溶剂中的 浓溶液和凝胶性糊塑料等属于或接近于 宾哈流体。
（2）假塑性流体 表现的流动曲线是非直线的。但并不存在屈服应 力。流体的表观粘度随剪切应力的增加而降低。 大多数聚合物的熔体，也是塑料成型中处理最多的 一类物料，以及所有聚合物在良溶剂中的溶液，其 流动行为都具有假塑性流体的特征。
牛顿流体 • 层流：液体主体 的流动是按许多彼此 平行的流层进行的，同一流层之间的各 点速度彼此相同，但各层之间 的速度 却不一定相等，而且各层之间也无可见 的扰动。 • 湍流：流动速度增大且超过临界值时则 流动转变为湍流。 • 临界： Dv Re
• 式中D为管道直径，v为液体流动的平均 速度，ρ为流体的密度。η为流体的剪 切粘度。对通过流体而言，凡 Re<2100~2300，均为层流；当Re＝ 2300～4000时，为过渡流；当Re>4000时 则为湍流。 • 聚合物流体的粘度大，流速低，在成型 中其Re<10,一般为层流。
牛顿型流体的流动曲线是通过原点的直线，该直 线与r轴夹角θ的正切值是牛顿粘度值（图2－2）。
高聚物的熔体：大部分只能在剪切应力很小时才能符合 牛顿流体，大部分不符合牛顿流体；聚合物分散体溶液 在成型过程中也不是牛顿流体。非牛流体
二、非牛顿型流体及流动
• 非牛顿型流体：流动行为不遵从牛顿流动 定律的，均称为。 • 表观粘度：剪切应力和剪切速率的比值不 再称为粘度而称为， 在一定温度下并不是 一个常数，可随剪切应力、剪切速率而变 化，甚至有些还随时间而变化。
牛顿流体：描述流体层流的最简单规律是牛顿流动定律。该 定律称：当有剪切应力τ（用N/m2或Pa表示）于定温下施加 到两个相距为办的流体平行层面并以相对速度dv运动（见图 2－1），则剪切应力与剪切速率dv／dr（s－）之间呈直线关 系，可表示如式 ：
dv r dr
式中η为比例常数，称为切变粘度系数或牛顿粘度， 简称粘度，单位为Pa.S。
2.2
聚合物的流变行为
一、剪切粘度和牛顿流动
熔体与分散体： 常态（结晶态、玻璃 态），高弹态，粘流态。 应用种类： 液体的流动和变形都是在受有 应力的情况下得以实现的。重要的应力 有剪切、拉伸和压缩应力三种。
•剪切应力：剪切使流体克服阻力而流动设备中， 模具中；一般把流体看成许多层，层与层之间的 作用力。 •拉伸应力：与剪切应力共同出现的，（聚合物 流体的特性之一） 例如：吹塑中型坯的引伸，吹塑薄膜时泡管的膨 胀，塑料熔体在锥形流道内的流动，及单丝的生 产等等。 •压缩应力：聚合物是可压缩流体，某些情况出 现影响。（理论研究缺乏）
.n dv K K r dr
n
式中K与n均为常数（n＜1）。K是这种流 体稠度的一种量度，流体粘稠性越大时，K值 就越高；n是判定流体与牛顿流体的差别程度 的。n值离整数1越远时，流体的非牛顿性就越 强；n为1时，流体即为牛顿流体。
指数函数仅是描述假塑性流体流动行为的一种方式。 从工程角度讲，在解决具体问题时要求一个公式描述流 体流动的剪切应力范围并不十分宽，所以多采用简单经 验性的指数函数。 表示假塑性流体流动行为的指数函数，还可以用另一种 形式表示（2-5）
• 忽略聚合物熔体的弹性（这将在以后讨 论），将非牛顿流体归为两个系统。分别： 粘性系统（主要），时间依赖系统。
1．粘性系统 发生流动时的特性是:其剪切速率只依赖于 所施加剪切应力的大小。 可分为宾哈流体、假塑性流体和膨胀性流体。
(1)
宾哈流体
与牛顿流体相同，其剪切应力和剪切速率的关系表现为 直线。 不同:剪切应力高至一定值τy后才发生塑性流动。 使流体产生流动的最小应力τy，称为屈服应力。宾哈流 体的流动方程为：
• 塑料成型是工程技术， 将塑料转变为 具有使用价值、 保持原有性能，或超过原有性能的材料和制品。 • 过程中的变化， 物理变化、化学变化，形态结构改变， 表现性能改变。必须对这些变化有所认识。 • 研究目的： 原料配方，工艺、设备提出合理的要求。 对材料进行结构和性能பைடு நூலகம்计，构造出能满足不同场合 需要的材料和制品。 • 内容：聚合物的流变、传热、结晶、定向和化学反应 等现象。其它的一些内容，则将分散在以后各章中讨 论。
熔体，原因在于其中大分子彼此之间的缠 结。当缠结的大分子承受应力时，其缠结点就 会被解开，同时还沿着流动的方向规则排列， 因此就降低了粘度。 缠结点被解开和大分子规则排列的程度 是随应力的增加而加大的。显然，这种大分子 缠结的学说，也可用以说明聚合物熔体粘度随 剪切应力增加而降低的原因。