高分子材料流变学4塑料流变成型原理
《塑料流变成型原理》课件
塑料流变成型原理
熔融
注射
冷却
加注射到模具中。
模具中的塑料冷却并凝固成 为所需产品。
常见的塑料流变成型工艺
1
吹塑成型
通过吹塑机将熔融的塑料吹入模具中，制造中空产品。
2
挤出成型
将熔融的塑料通过挤出机挤出成形，常用于制造管材、膜和型材等产品。
3
压力成型
利用高压将熔融的塑料挤压到模具中，制造复杂形状的产品。
《塑料流变成型原理》 PPT课件
本课件将介绍塑料流变成型的基本原理和方法，旨在帮助大家更好地理解塑 料加工工艺，提高塑料制品的质量和效率。
塑料流变成型的介绍
塑料流变成型是指通过对塑料进行加热、融化、加压或挤出等操作，将其塑形成所需的形状和尺 寸的工艺过程。
流变学概述
流变学是研究物质在外力作用下的变形和流动规律的学科，它对塑料流变成 型过程的理解至关重要。
塑料流变成型的应用
塑料流变成型广泛应用于各个行业，包括汽车制造、电子产品、包装材料、建筑等领域。
总结和展望
通过本课件的学习，相信大家已经了解了塑料流变成型的基本原理和方法， 希望能够在实际应用中发挥更大的作用。
塑料流变性质
塑料的流变性质决定了它在加热、融化和塑形过程中的行为，包括黏度、流 变应力、流变指数等。
塑料流变成型方法
注塑成型
通过注射机将熔融的塑料注入模具中，快速冷却后得到所需产品。
挤出成型
将熔融的塑料通过挤出机挤出成形，常用于制造管材、膜和型材等产品。
吹塑成型
通过将熔融的塑料吹入模具中，利用气压使其充满模具，制造中空产品。
高分子材料成型原理
2．扩展流动充模的特点 聚合物熔体在模腔内的扩展流动为层流流动。 图2-29塑件为长方 形等厚的薄壁制品。 浇口设在端部，浇口 的宽度远小于制品宽 度，进行充模过程实 验。逐渐增大注射量 将所得系列试样排列 起来。可以看出：随 料流前缘运动特点的 不同，整个充模运动过程可分成三个典型阶段： ①起始阶段，前锋料头呈辐射状流动； ②圆弧状的中间过渡阶段； ③以黏弹性熔膜为前锋料头的匀整运动的主阶段。
④熔体喷射和蛇形流会引起波状折叠的熔合缝。
衡量熔合缝力学性能的指标：熔合缝系数αKl，即熔合 缝区域强度与无缝材料强度之比。
4．熔接痕 又称熔合缝，是塑料制品中的一个区域，由彼此分离 的塑料熔体熔合固化而形成的。其力学性能低于塑件的 其他区域，是整个塑件中的薄弱环节。熔合缝的强度通 常就是塑料制件的强度。 熔合缝形成的常见原因有以下几种。 ①模腔内型芯或安放的嵌件使熔体分流。 ②同一型腔有几个浇口。 ③塑件的壁厚有变化。
什么是离模膨胀效应？
当聚合物熔体流出流道或浇口时，熔流发生体积膨胀 的现象叫做离模膨胀效应。
离模膨胀特征：熔体刚脱 离流道时，先发生很短一段的 体积收缩（收缩比Ds／ D≈0．7），然后才发生体积 膨胀。 离模膨胀比：B=Df/D (2-60) Df—膨胀后熔流最大直径； D—流道直径。 离模膨胀的原因：聚合物熔体从流道中流出后，周围 压力大大减小，聚合物内的大分子突然变得自由，流动变 形中已经伸展开的大分子链重新恢复蜷曲，各分子链的间 距随之增大，熔体在流道中形成的取向结构也将重新恢复 到无序的平衡状态，导致聚合物内自由空间增大，于是体 积相应发生膨胀。
三个典型阶段分析：
①起始阶段 ，熔体一旦从浇口中流出，便迅速在模 腔中形成一个流出源，从源头开始，向周围的模腔表面 扩展流动，呈辐射状的圆弧形料头。随着发展，从流出 源出发的熔体将和源头周围的模具表壁接触，受模具约 束，熔体中各点的流向将逐渐转向模具的前方，扩展流 动进入第二个阶段。
高分子物理 聚合物流变学
small molecule hole
高分子熔体的流动：链段向 “孔穴” 相继跃迁 Reptation 蛇行
13
Flow curve
a
Kn
第一牛顿区
0零切粘度
第二牛顿区
无穷切粘度，极限粘度
假塑性区
流动曲线斜率n<1 随切变速率增加，ηa值变小 加工成型时，聚合物流体所经受的 切变速处于该范围内(100-103 s-1)
PC聚碳酸酯
63.9 79.2 108.3-125
PVC-U硬聚氯乙烯
147-168
PVC-P增塑聚氯乙烯
210-315
PVAc聚醋酸乙烯酯
250
Cellulose纤维素醋酸酯
293.320
Temperature
温度
Activation energy
粘流活化能是描述材料粘-温依赖性的物理量，表示流动单元（即链段） 用于克服位垒，由原位置跃迁到附近“空穴”所需的最小能量
183℃/PS
242k 217k 179k 117k 48.5k
28
分子量的影响
log
从成型加工的角度
降低分子量可增加流动性，改善加工性 能，但会影响制品的力学强度和橡胶的 弹性
牛顿流动定律
: Melt viscosity
液体内部反抗流动 的内摩擦力
1Pa s = 10 poise (泊)
牛顿流体的粘度仅与流体分子的结构和温度有关，与切应力和切变速率无关
7
Types of Melt Flow
液体流动的类型
类型
曲线 公式 实例
Shear stress Shear stress Shear stress Shear stress Viscosity
高分子材料加工原理--聚合物流体的流变性 ppt课件
表 PLLA的特性黏度降
温度/℃
室温 205 215 225
特性黏度[η]
1.35 1.16 0.89 0.82
[η]
0 0.19 0.46 0.53
当Tg <T<Tg+100时，由WLF方程式： ❖ lg(T / Ts)= －C1(T-Ts)/[C2+(T-Ts)] ❖ 若Ts=Tg， 则C1=17.44，C2=51.6
1-直链，2—三支链，3—四支链
图 超支化聚(硅氧烷)
2.平均分子量的影响
(1)分子量对0 的影响
➢ Flory等: 0=KM K-取决于聚合物性质和温度的经验常数 -与聚合物有关的指数 当M < Mc时，=1～1.6； M > Mc，时=2.5～5.0
推论：高分子量聚合物加工时，粘 度很高，加工困难。
a ↓ a↑
支链越多，越短，流动时的空间位阻
越小，表观粘度越低。
例1: 超支化聚合物具有较低的a 例2: 橡胶生产中加入再生橡胶，以 改善其加工性能。
(3) 长支链数↑
a ↑， c↓
(4)聚合物链结构中的侧基 当侧基体积较大时，自由体积增大，
流体粘度对压力和温度敏感性增加。
图 顺丁胶的粘度与分子支化度的关 系
C↑
c↓ n ↓
(三) 温度的影响
1.温度对0 (或)的影响
图 常见聚合物流体的表观粘度与温度的关系
T ↑，链段活动能力↑ 体积↑ 分子间相互作用↓
↓
当T>>Tg时， 由Arrhenius方程式： η =AexpEη /RT
lnη =lnA+Eη /RT
第2章 高分子材料成型原理
第2章
聚合物流体的普适切变流动曲线
流动曲线可划分为三个流动区：
高分子材料成型原理
§2.1 高分子材料的加工性能——流变性能
第二流动区，也称假塑性区或非牛顿区。 • 解释：中等剪切速率时，分子链取向程度逐渐增大，分子热运动影 响逐渐减小，流体粘度逐渐降低；另外，随剪切速率增大，超分子 群体尺寸减小，流动阻力减小，粘度下降；同样，大分子链的物理
图2-6 各类型流体的流动曲线 图2-2 流动曲线
第2章
聚合物流体的类型及特点
高分子材料成型原理
§2.1 高分子材料的加工性能——流变性能
4. 膨胀性流体 当悬浮液处于静态时，体系中由固体粒子 构成的空间最小，其中液体可以充满这些空隙 中。当施加于这一体系的τ不大时，即γ较小 时，液体可在移动的固体粒子间充当润滑剂， 因此，表观粘度不高。但当 τ逐渐增高时，粒 子间碰撞机会增多，流动阻力增加，并且固体 粒子的紧密堆砌被破坏，整个体系就出现膨胀 现象。液体不再能充满所有空隙，润滑作用受 到限制，表观粘度就随着τ的增长而增大。
拉伸流动
聚合物加工过程中受到拉应力作用引起的流动。如初生纤维离开喷丝板时 或用吹塑法或拉幅法生产薄膜时的流动主要是拉伸流动。一个平面两个质点间
距离的拉长。
剪切流动模型
第2章
高分子材料成型原理
§2.1 高分子材料的加工性能——流变性能
拉伸流动
剪切流动
第2章
流体静压力
高分子材料成型原理
§2.1 高分子材料的加工性能——流变性能
一定， t↗， τ↗ 。如石膏水溶液。 • 震凝性流体：
第2章
聚合物流体的类型及特点
高分子材料成型原理
§2.1 高分子材料的加工性能——流变性能
《塑料流变成型原理》PPT课件
材料科学的内容：一是从化学的角度出发，研究 材料的化学组成、键性、结构与性能的关系规律；二 是从物理学角度出发，阐述材料的组成原子、分子及 其运动状态与各种物性之间的关系。
材料科学的主要任务就是以现代物理学、化学等 基础学科理论为基础，从电子、原子、分子间结合力、 晶体及晶体结构、显微组织、结构缺陷等观点研究材 料的各种性能以及材料在制造和应用过程中的行为， 了解结构－性能－应用之间的规律关系，提高现有材 料的性能、发挥材料的潜力，并能动地探索和发展新 型材料，以满足工农业生产、国防建设和现代技术发 展对材料日益增长的需求。
在新的世纪里，人类面临着五大问题：人口、 粮食、资源、能源与环境。
从某种意义上说，材料是一切文明和科学的 基础，它使人类及其赖以生存的社会、环境存在 着紧密而有机的联系。
一. 材料与人类文明及社会现代化
（一）材料与物质
材料是物质，但不是所有物质都可以成为材 料。
金属、陶瓷、半导体、聚合物（塑料等）、 玻璃、介电材料、纤维、木材等，还有许多复合 材料都属于材料的范畴。
(2) 按复合材料的形态和形状分类
颗粒状
纤维状
层状
(3) 按复合性质分类
合体复合（物理复合）
生成复合（化学复合）
(4) 按复合效果分类
结构复合材料
功能复合材料
1.1.3 材料科学的范畴及任务
人类历史可以说是按使用的材料种类来划分 的，一个国家使用的材料品种和数量是衡量这个 国家科学和经济发展水平的重要标志。
一个好的材料的选用，应是设计——工艺—— 材料——用户最佳组合的结果。
1.1 材料与材料科学
塑料流变成型原理共100页文档
塑料流变有什么损失。——卡耐基 47、书到用时方恨少、事非经过不知难。——陆游 48、书籍把我们引入最美好的社会，使我们认识各个时代的伟大智者。——史美尔斯 49、熟读唐诗三百首，不会作诗也会吟。——孙洙 50、谁和我一样用功，谁就会和我一样成功。——莫扎特
6、法律的基础有两个，而且只有两个……公平和实用。——伯克 7、有两种和平的暴力，那就是法律和礼节。——歌德
8、法律就是秩序，有好的法律才有好的秩序。——亚里士多德 9、上帝把法律和公平凑合在一起，可是人类却把它拆开。——查·科尔顿 10、一切法律都是无用的，因为好人用不着它们，而坏人又不会因为它们而变得规矩起来。——德谟耶克斯
高分子材料加工流变学
1.流变学属于什么领域及由什么内容形成？领域:介于力学,化学和工程科学之间的边缘科学.形成内容:构成.塑性.弹性.粘流.变形2.伽利略：提出“内聚粘性”；胡克：研究弹性固体，提出了应力——应变的关系；牛顿：研究粘性液体，提出了流体应力——切变速率的关系；宾汉：发现了“宾汉流体”，命名了“流变学”；门尼：发明了门尼粘度计，改善了橡胶质量控制手段；泊肃叶：提出了泊肃叶方程，表示了粘性流体沿水平放置的圆形管道做层流时的流量，可用来计算粘性损耗，测量流体的粘度。
4.流变学的研究内容：借助高分子物理和加工理论解释材料在应力作用下各种力学行为与各因素之间的关系，解决高分子材料应用工程的问题。
5.影响聚合物加工性能的流变性质？断裂特性；粘度（流动性的量度）；弹性记忆效应（挤出膨胀）。
6.学习聚合物加工流变学的意义。
a.对进一步合成加工性能优良的高聚物有指导意义；b.对合理选择加工工艺和配方设计有重要意义；c.对合理设计加工机械，正确使用机械，创新加工机械十分重要。
1.聚合物加工过程的应力有哪三种类型？在其作用下各产生什么流动？答：A剪切应力(τ)：产生剪切流动，如挤出机口模注塑机流道炼塑(胶)机辊间。
B拉伸应力(σ)：产生拉伸流动，如薄膜电线包覆。
C流体表压力（P）：产生压力流（泊肃叶流动），如两平面间缝隙、圆管中的泊肃叶流动。
2.聚合物流动的主要特点？答A流动机理的分段流动；低分子：整个分子移动（跃动）→实现流动；高分子：分段移动→实现流动。
B粘度大，流动困难，且粘度不是一个常数。
C流动时有构象变化，产生“弹性记忆效应”，加工过程中聚合物流动性质主要表现为粘度变化，粘度（及变化）是聚合物加工过程中重要的参数。
4.为何聚合物流动时会产生弹性记忆效应？答：聚合物卷曲的分子链在外力作用下，产生流变，并产生分子链相对位移以及高弹形变（链舒展、构象变化）。
由于聚合物在流变过程中，不仅有真实的流动（塑性形变），还伴随非真实流动（高弹形变），外力除去→回缩→“弹性记忆”（如挤出后会有膨胀收缩现象）。
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高分子材料流变学4塑料流变成型原理塑料流变成型是一种将热塑性高分子材料加工成所需形状的方法。
这种加工方法非常重要，因为塑料是一种具有独特性能的材料，其成型能力直接影响到最终产品的质量和性能。
塑料流变成型的原理可以简单地理解为将热塑性高分子材料加热到玻璃化转变温度以上，使其变得可塑性，然后通过施加力和形状变化来实现成型。
具体来说，塑料流变成型涉及以下几个关键步骤：
1.材料加热：将塑料原料以颗粒、粉末或片状等形式加载到加热设备中，并通过加热设备将其加热到玻璃化转变温度以上。
2.熔融：一旦塑料加热到足够高的温度，聚合物链之间的键会变得松弛，使得材料具有流动性。
这种高温下的塑料称为熔体，是进行塑料流变成型的基础。
3.施加力：在熔融状态下，施加外部力来给予材料以形状变化。
这种力可以通过模具、挤压机或注射机等设备施加。
施加力的方式取决于最终产品的形状要求。
4.成型：在施加力的同时，塑料熔体被带入模具中，使其填充模具中的空腔，形成最终产品的形状。
在模具中冷却后，塑料会重新固化，保持所需的形状。
5.产品冷却和固化：成型后的产品需要在模具中冷却，以使塑料重新固化，并保持成型后的形状。
冷却速度和时间取决于材料的特性和产品的尺寸。
塑料流变成型的原理主要通过控制塑料的温度和施加力的方式来实现。
温度可以改变材料的粘性和流动性，而施加力则可以驱使材料填充模具的
空腔。
这种成型方式可以用于制造各种形状和尺寸的塑料制品，包括瓶子、盒子、零件等。
总的来说，塑料流变成型利用高温下塑料的可塑性和流动性来实现塑
料制品的成型。
通过控制温度和施加适当的力，可以获得具有预期形状和
性能的塑料制品。
塑料流变成型是一种重要的加工方法，广泛应用于工业
生产和日常生活中。