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1、注塑成型工艺及模具设计西南交通大学西南交通大学2023/4/5第第1章塑料成型基础章塑料成型基础4第1页,此课件共36页哦 流变学流变学流变学流变学研究物质变形与流动的科学。研究物质变形与流动的科学。研究物质变形与流动的科学。研究物质变形与流动的科学。粘流态的聚合物在外力作用下,相互交缠卷曲的大分子链将会粘流态的聚合物在外力作用下,相互交缠卷曲的大分子链将会粘流态的聚合物在外力作用下,相互交缠卷曲的大分子链将会粘流态的聚合物在外力作用下,相互交缠卷曲的大分子链将会沿受力沿受力沿受力沿受力方向方向方向方向发生解缠,发生解缠,发生解缠,发生解缠,伸直以及相对滑移,从而表现出一种变形量很大的宏观流动
2、。伸直以及相对滑移,从而表现出一种变形量很大的宏观流动。伸直以及相对滑移,从而表现出一种变形量很大的宏观流动。伸直以及相对滑移,从而表现出一种变形量很大的宏观流动。聚合物的流变学主要研究聚合物在外力作用下产生的聚合物的流变学主要研究聚合物在外力作用下产生的聚合物的流变学主要研究聚合物在外力作用下产生的聚合物的流变学主要研究聚合物在外力作用下产生的应力应力应力应力、应变应变应变应变和和和和应变应变应变应变速率速率速率速率等力学等力学等力学等力学现象与现象与现象与现象与自身粘度自身粘度自身粘度自身粘度之间的关系,以及影响这些关系的各种因素。之间的关系,以及影响这些关系的各种因素。之间的关系,以及影
3、响这些关系的各种因素。之间的关系,以及影响这些关系的各种因素。uF0 xu=0rRdudr 平板间的流体剪应力与速度梯度层流层流?紊流紊流?过渡流过渡流?第2页,此课件共36页哦湍流:湍流:主体做轴向运动,同时有径向脉动;主体做轴向运动,同时有径向脉动;特征:流体质点的脉动特征:流体质点的脉动。层流:层流:*流体质点做直线运动;流体质点做直线运动;*流体分层流动,层间不相混合、不碰撞;流体分层流动,层间不相混合、不碰撞;*流动阻力来源于层间粘性摩擦力。流动阻力来源于层间粘性摩擦力。过渡流:过渡流:不是独立流型(层流不是独立流型(层流+湍流),湍流),流体处于不稳定状态(易发生流型转变)。流体处
4、于不稳定状态(易发生流型转变)。第3页,此课件共36页哦 1.牛顿流动规律牛顿流动规律:牛顿在研究牛顿在研究液体流动液体流动液体流动液体流动时发现,时发现,温度一定温度一定温度一定温度一定时,低分子液时,低分子液体在流动时的体在流动时的切应力切应力切应力切应力和和剪切速率剪切速率剪切速率剪切速率之间存在着如下关系:之间存在着如下关系:式中式中 液层之间的单位距离内的速度差,称为速度梯度液层之间的单位距离内的速度差,称为速度梯度 单位时间内的切应变,称为剪切速率。单位时间内的切应变,称为剪切速率。比例常数,称为剪切粘度或牛顿粘度。比例常数,称为剪切粘度或牛顿粘度。凡是液体层流时符合牛顿流动规律的
5、通称凡是液体层流时符合牛顿流动规律的通称凡是液体层流时符合牛顿流动规律的通称凡是液体层流时符合牛顿流动规律的通称牛顿流体牛顿流体牛顿流体牛顿流体,其特征为,其特征为,其特征为,其特征为应变随应力作用的时间线性地增加,且粘度保持不变(定温情况下)应变随应力作用的时间线性地增加,且粘度保持不变(定温情况下)应变随应力作用的时间线性地增加,且粘度保持不变(定温情况下)应变随应力作用的时间线性地增加,且粘度保持不变(定温情况下),应变具有不可逆性质,应力解除后应变以永久变形保持下来。,应变具有不可逆性质,应力解除后应变以永久变形保持下来。,应变具有不可逆性质,应力解除后应变以永久变形保持下来。,应变具
6、有不可逆性质,应力解除后应变以永久变形保持下来。第4页,此课件共36页哦2.指数流动规律:指数流动规律:式中式中 KK与聚合物和温度有关的常数,可反映聚合物熔体的与聚合物和温度有关的常数,可反映聚合物熔体的粘稠性,称为粘稠性,称为粘度系数粘度系数粘度系数粘度系数;nn与聚合物和温度有关的常数,可反映聚合物熔体偏离与聚合物和温度有关的常数,可反映聚合物熔体偏离牛顿流体性质的程度,称为牛顿流体性质的程度,称为非牛顿指数非牛顿指数非牛顿指数非牛顿指数。注注:在注射成型中,只有少数聚合物熔体的粘度对剪切速率不敏在注射成型中,只有少数聚合物熔体的粘度对剪切速率不敏感如感如PAPA、PCPC等,除常把它们
7、近似视为牛顿流体外,其它绝等,除常把它们近似视为牛顿流体外,其它绝大多数的聚合物熔体都表现为非牛顿流体。这些聚合物熔体大多数的聚合物熔体都表现为非牛顿流体。这些聚合物熔体都近似地服从指数流动规律。都近似地服从指数流动规律。第5页,此课件共36页哦(1.5)(称为流变方程)(1.6)(称为流动方程)(1.7)非牛顿液体的表观粘度。上式可改写为:上式可改写为:就表观粘度的力学性质而言,它与牛顿粘度相同。但是,就表观粘度的力学性质而言,它与牛顿粘度相同。但是,表表表表观粘度观粘度观粘度观粘度表征的是非牛顿液体(服从指数流动规律)在外力的左右下抵表征的是非牛顿液体(服从指数流动规律)在外力的左右下抵抗
8、剪切变形的能力。由于非牛顿液体的流动规律比较复杂,表观粘度抗剪切变形的能力。由于非牛顿液体的流动规律比较复杂,表观粘度除与流体除与流体本身的性质本身的性质本身的性质本身的性质以及以及温度温度温度温度有关以外,还受有关以外,还受剪切速率剪切速率剪切速率剪切速率的影响,这的影响,这就意味着外力的大小及其作用就意味着外力的大小及其作用时间时间时间时间也能改变流体的粘稠性。也能改变流体的粘稠性。第6页,此课件共36页哦讨论:讨论:讨论:讨论:n n1 1时,时,这意味着非牛顿流体变为牛顿流体,所以,这意味着非牛顿流体变为牛顿流体,所以,n n值可以用来值可以用来反映非牛顿也体反映非牛顿也体偏离偏离偏离
9、偏离牛顿流体性质的程度。牛顿流体性质的程度。n1n1时时 ,绝对值,绝对值 1 1n n 越大,流体的非牛顿性越强,剪切速率对表观粘度越大,流体的非牛顿性越强,剪切速率对表观粘度的影响越强。的影响越强。其中其中n n1 1时,称为时,称为假塑性液体假塑性液体假塑性液体假塑性液体。(在注射成型中,除了热固性聚合物和少。(在注射成型中,除了热固性聚合物和少数热塑性聚合物外,大多数聚合物熔体均有近似假塑性液体流变学的性数热塑性聚合物外,大多数聚合物熔体均有近似假塑性液体流变学的性质)质)n n 1 1时,称为时,称为膨胀性液体膨胀性液体膨胀性液体膨胀性液体。(属于膨胀性液体的主要是一些固体含量较。(
10、属于膨胀性液体的主要是一些固体含量较高的聚合物悬乳液)高的聚合物悬乳液)n=1,n=1,但只有切应力达到或超过一定值后才能流动时但只有切应力达到或超过一定值后才能流动时,称为称为宾哈姆流体宾哈姆流体宾哈姆流体宾哈姆流体 第7页,此课件共36页哦1234不同类型流体的流动曲线1膨胀性流体;2牛顿流体;3假塑性流体;4复合型流体 5宾哈姆流体剪切速率切应力5123剪切速率表观粘度不同类型流体的流变曲线1膨胀性流体;2牛顿流体;3假塑性流体第8页,此课件共36页哦 假塑性流体假塑性流体假塑性流体假塑性流体:表观粘度随速度梯度的增大而减小。:表观粘度随速度梯度的增大而减小。:表观粘度随速度梯度的增大而
11、减小。:表观粘度随速度梯度的增大而减小。几乎所有高分子溶液或溶体属于假塑性流体。几乎所有高分子溶液或溶体属于假塑性流体。几乎所有高分子溶液或溶体属于假塑性流体。几乎所有高分子溶液或溶体属于假塑性流体。胀塑性流体胀塑性流体胀塑性流体胀塑性流体:表观粘度随速度梯度的增大而增大。:表观粘度随速度梯度的增大而增大。:表观粘度随速度梯度的增大而增大。:表观粘度随速度梯度的增大而增大。淀粉、硅酸盐等悬浮液属于胀塑性流体。淀粉、硅酸盐等悬浮液属于胀塑性流体。淀粉、硅酸盐等悬浮液属于胀塑性流体。淀粉、硅酸盐等悬浮液属于胀塑性流体。粘塑性流体粘塑性流体粘塑性流体粘塑性流体:当应力低于:当应力低于:当应力低于:当
12、应力低于0 0 0 0 时,不流动;当应力时,不流动;当应力时,不流动;当应力时,不流动;当应力 高于高于高于高于0 0 0 0时,流动与时,流动与时,流动与时,流动与牛顿型流体一样。牛顿型流体一样。牛顿型流体一样。牛顿型流体一样。0 0 0 0 称为称为称为称为 屈服应力。屈服应力。屈服应力。屈服应力。如纸浆、牙膏、污水泥浆等。如纸浆、牙膏、污水泥浆等。如纸浆、牙膏、污水泥浆等。如纸浆、牙膏、污水泥浆等。0du/d y粘塑料流体假塑料流体胀塑料流体CBADA-牛顿流体;B-假塑性流体;C-宾汉塑性流体;D-胀塑性流体;牛顿流体与非牛顿流体剪应力与速度梯度的关系 触变性流体触变性流体触变性流体
13、触变性流体:表观粘度随时间的延长而减:表观粘度随时间的延长而减:表观粘度随时间的延长而减:表观粘度随时间的延长而减小,小,小,小,如油漆等。如油漆等。如油漆等。如油漆等。粘弹性流体粘弹性流体粘弹性流体粘弹性流体:既有粘性,又有弹性。当从大:既有粘性,又有弹性。当从大:既有粘性,又有弹性。当从大:既有粘性,又有弹性。当从大容器口挤出时,挤出物会自动胀大。容器口挤出时,挤出物会自动胀大。容器口挤出时,挤出物会自动胀大。容器口挤出时,挤出物会自动胀大。如塑料和纤维生产中都存在这种现象。如塑料和纤维生产中都存在这种现象。如塑料和纤维生产中都存在这种现象。如塑料和纤维生产中都存在这种现象。第9页,此课件
14、共36页哦 3.假塑性液体的流变学性质假塑性液体的流变学性质 在中等剪切速率区域,假塑性液体的流变学性质表现为:在中等剪切速率区域,假塑性液体的流变学性质表现为:1 1)变形和流动所需要的)变形和流动所需要的切应力切应力切应力切应力随随剪切速率剪切速率剪切速率剪切速率变化,并呈指数规变化,并呈指数规律增大;律增大;2 2)变形和流动所受到的粘滞阻力,即液体的表观粘度随)变形和流动所受到的粘滞阻力,即液体的表观粘度随剪切速率变化,并呈指数规律减小。剪切速率变化,并呈指数规律减小。这种现象称为假塑性液体的这种现象称为假塑性液体的“剪切稀化剪切稀化剪切稀化剪切稀化”第10页,此课件共36页哦4.影响
15、聚合物流变学性质的因素影响聚合物流变学性质的因素 (1 1)聚合物结构对粘度的影响)聚合物结构对粘度的影响)聚合物结构对粘度的影响)聚合物结构对粘度的影响 分子结构分子结构分子结构分子结构 相对分子质量相对分子质量相对分子质量相对分子质量 相对分子质量分布(聚合物内大分子之间相对分子质相对分子质量分布(聚合物内大分子之间相对分子质相对分子质量分布(聚合物内大分子之间相对分子质相对分子质量分布(聚合物内大分子之间相对分子质量的差异)量的差异)量的差异)量的差异)助剂助剂助剂助剂(2 2)温度对粘度的影响)温度对粘度的影响)温度对粘度的影响)温度对粘度的影响 注:注射成型生产中,依靠提高温度降低熔
16、体粘度以改善流动性的工艺控制方注:注射成型生产中,依靠提高温度降低熔体粘度以改善流动性的工艺控制方法,主要适用于粘度对剪切速率不太敏感或其熔体近似服从牛顿流动规律的聚合物,法,主要适用于粘度对剪切速率不太敏感或其熔体近似服从牛顿流动规律的聚合物,如如PMMAPMMA、PCPC、PA-66PA-66等这些材料不需要增加很多温度而它们的粘度却下等这些材料不需要增加很多温度而它们的粘度却下降不少。降不少。第11页,此课件共36页哦(3 3)压力对粘度的影响)压力对粘度的影响)压力对粘度的影响)压力对粘度的影响 注:粘度对压力的敏感性会因聚合物不同而不同。通常认为,聚注:粘度对压力的敏感性会因聚合物不
17、同而不同。通常认为,聚合物熔体的压缩率越大,其粘度对压力的敏感性越强合物熔体的压缩率越大,其粘度对压力的敏感性越强5.5.热固性聚合物的流变学性质热固性聚合物的流变学性质热固性聚合物的流变学性质热固性聚合物的流变学性质 热固性聚合物和热塑性聚合物流变行为的不同可以用下图加以说明:热固性聚合物和热塑性聚合物流变行为的不同可以用下图加以说明:CB温度流动性 图 温度对热固性聚合物流动性的影响 A总的流动曲线;B粘度对流动性的影响曲线;C交联反应速度对流动性的影响曲线A第12页,此课件共36页哦6.6.熔体在简单几何形状导管内的流动分析熔体在简单几何形状导管内的流动分析熔体在简单几何形状导管内的流动
18、分析熔体在简单几何形状导管内的流动分析(1 1)剪应力分布剪应力分布剪应力分布剪应力分布 1).直圆管内流体的流动直圆管内流体的流动稳态流动:整理得:适用于层流或湍流适用于层流或湍流ldrRuy流体在圆管中速度分布曲线的推导p1p2h1h2第13页,此课件共36页哦 剪应力分布max第14页,此课件共36页哦(2 2)层流的速度分布层流的速度分布层流的速度分布层流的速度分布 流体在圆管内分层流动示意图第15页,此课件共36页哦可见,层流流动的速度分布为一抛物线;壁面处速度最小,0管中心处速度最大或Re 2000uumaxd层流时流体在圆管中的速度分布第16页,此课件共36页哦第五节第五节 聚合
19、物熔体在成型过程中的流动状态聚合物熔体在成型过程中的流动状态第17页,此课件共36页哦 塑料聚合物熔体在注射机内的旋转螺杆与料筒之间进行输送、压缩、塑料聚合物熔体在注射机内的旋转螺杆与料筒之间进行输送、压缩、塑料聚合物熔体在注射机内的旋转螺杆与料筒之间进行输送、压缩、塑料聚合物熔体在注射机内的旋转螺杆与料筒之间进行输送、压缩、熔融塑化,并将塑化好的熔体储存在料筒的端部。熔融塑化,并将塑化好的熔体储存在料筒的端部。熔融塑化,并将塑化好的熔体储存在料筒的端部。熔融塑化,并将塑化好的熔体储存在料筒的端部。储存在料筒端部的熔体受螺杆的向前推压力并通过喷嘴、模具的主流道、储存在料筒端部的熔体受螺杆的向前
20、推压力并通过喷嘴、模具的主流道、储存在料筒端部的熔体受螺杆的向前推压力并通过喷嘴、模具的主流道、储存在料筒端部的熔体受螺杆的向前推压力并通过喷嘴、模具的主流道、分流道和浇口,开始射入模腔内。分流道和浇口,开始射入模腔内。分流道和浇口,开始射入模腔内。分流道和浇口,开始射入模腔内。塑料熔体经浇口射入模具型腔过程中的流动、相变与固化。塑料熔体经浇口射入模具型腔过程中的流动、相变与固化。塑料熔体经浇口射入模具型腔过程中的流动、相变与固化。塑料熔体经浇口射入模具型腔过程中的流动、相变与固化。第18页,此课件共36页哦影响压力损失影响压力损失影响压力损失影响压力损失 的因素:的因素:的因素:的因素:n
21、n压力损失压力损失压力损失压力损失 和流程距离成正比;和流程距离成正比;和流程距离成正比;和流程距离成正比;n n压力损失和流道(包括型腔)的截面尺寸有关压力损失和流道(包括型腔)的截面尺寸有关压力损失和流道(包括型腔)的截面尺寸有关压力损失和流道(包括型腔)的截面尺寸有关流道截面流道截面流道截面流道截面尺寸愈小,压力损失愈大;尺寸愈小,压力损失愈大;尺寸愈小,压力损失愈大;尺寸愈小,压力损失愈大;对圆形流动通道,压力损失与流道半径的对圆形流动通道,压力损失与流道半径的对圆形流动通道,压力损失与流道半径的对圆形流动通道,压力损失与流道半径的4 4 4 4次方成正比;次方成正比;次方成正比;次方
22、成正比;对矩形流动通道,压力损失与流道深度的对矩形流动通道,压力损失与流道深度的对矩形流动通道,压力损失与流道深度的对矩形流动通道,压力损失与流道深度的3 3 3 3次方和宽度的次方和宽度的次方和宽度的次方和宽度的1 1 1 1次方成次方成次方成次方成反比。反比。反比。反比。n n压力损失压力损失压力损失压力损失 和熔体的表观粘度成正比。和熔体的表观粘度成正比。和熔体的表观粘度成正比。和熔体的表观粘度成正比。第19页,此课件共36页哦1.1.速度分布与末端效应速度分布与末端效应速度分布与末端效应速度分布与末端效应(1 1)速度分布:对牛顿型流体来说,这种分布呈抛物线型;对非牛顿型流体来说,这种
23、抛物线型稍尖(n1)或稍平(n1)。n=n=3n=1n=1/3rRvvm第20页,此课件共36页哦(2 2)端末效应(与聚合物的弹性有关)端末效应(与聚合物的弹性有关)简单地说:熔体在入口端出现压力降,在出口端出现膨胀的现象称为端末效应端末效应,亦分别称为入口效应和离模膨胀效应入口效应和离模膨胀效应。第21页,此课件共36页哦 产生入口效应的原因:产生入口效应的原因:产生入口效应的原因:产生入口效应的原因:聚合物液体以聚合物液体以收敛流动收敛流动收敛流动收敛流动方式进入导管入口时,它必须变形以适应它方式进入导管入口时,它必须变形以适应它在新的且有适当压缩性的流道内流动,但聚合物熔体具有在新的且
24、有适当压缩性的流道内流动,但聚合物熔体具有弹性弹性弹性弹性,也就,也就是对变形具有抵抗力,因此,就必须消耗适当的能量,即消耗相当的是对变形具有抵抗力,因此,就必须消耗适当的能量,即消耗相当的压力降,来完成在这段管内的变形。压力降,来完成在这段管内的变形。熔体各点的速度在进入导管前后是不同的,为调整速度,也要消耗一定的熔体各点的速度在进入导管前后是不同的,为调整速度,也要消耗一定的压力降。压力降。产生离模膨胀的原因产生离模膨胀的原因产生离模膨胀的原因产生离模膨胀的原因(解释之一)解释之一)解释之一)解释之一)聚合物熔体从导管中流出后,周围压力大大减小,甚至完全消失,这聚合物熔体从导管中流出后,周
25、围压力大大减小,甚至完全消失,这意味着聚合物内的大分子突然变得自由了,因此,前段流动中储存于大意味着聚合物内的大分子突然变得自由了,因此,前段流动中储存于大分子中的弹性变形能量被释放出来,致使在流动变形中已经伸展开的大分子中的弹性变形能量被释放出来,致使在流动变形中已经伸展开的大分子链重新恢复卷曲,各分子链的间距随着增大,从而导致聚合物内自分子链重新恢复卷曲,各分子链的间距随着增大,从而导致聚合物内自由空间增大,于是体积相应发生膨胀。由空间增大,于是体积相应发生膨胀。第22页,此课件共36页哦 入口效应入口效应入口效应入口效应和和和和离模膨胀效应离模膨胀效应离模膨胀效应离模膨胀效应通常通常对塑
26、料的成型都是不利对塑料的成型都是不利对塑料的成型都是不利对塑料的成型都是不利的,特别是在注射成型、挤出成型和拉丝过程中,可能导的,特别是在注射成型、挤出成型和拉丝过程中,可能导的,特别是在注射成型、挤出成型和拉丝过程中,可能导的,特别是在注射成型、挤出成型和拉丝过程中,可能导致产品变形和扭曲,降低塑件的尺寸稳定性,并可能在塑致产品变形和扭曲,降低塑件的尺寸稳定性,并可能在塑致产品变形和扭曲,降低塑件的尺寸稳定性,并可能在塑致产品变形和扭曲,降低塑件的尺寸稳定性,并可能在塑件内产生内应力,降低塑件物理和力学性能。增加管子或件内产生内应力,降低塑件物理和力学性能。增加管子或件内产生内应力,降低塑件
27、物理和力学性能。增加管子或件内产生内应力,降低塑件物理和力学性能。增加管子或口模的平直部分长度,适当降低成型时的压力和提高成型口模的平直部分长度,适当降低成型时的压力和提高成型口模的平直部分长度,适当降低成型时的压力和提高成型口模的平直部分长度,适当降低成型时的压力和提高成型温度,并对挤出物加以适当速度的牵引或拉伸等,均有利温度,并对挤出物加以适当速度的牵引或拉伸等,均有利温度,并对挤出物加以适当速度的牵引或拉伸等,均有利温度,并对挤出物加以适当速度的牵引或拉伸等,均有利于减小或消除端末效应带来的不利影响。于减小或消除端末效应带来的不利影响。于减小或消除端末效应带来的不利影响。于减小或消除端末
28、效应带来的不利影响。此外此外此外此外,还有黏度、弹性模量、切应力和剪切速率、温度、还有黏度、弹性模量、切应力和剪切速率、温度、还有黏度、弹性模量、切应力和剪切速率、温度、还有黏度、弹性模量、切应力和剪切速率、温度、流道直径和流道长径比等,都对离模效应有影响。流道直径和流道长径比等,都对离模效应有影响。流道直径和流道长径比等,都对离模效应有影响。流道直径和流道长径比等,都对离模效应有影响。第23页,此课件共36页哦 2.失稳流动和熔体破裂失稳流动和熔体破裂 大分子链在极高的剪切速率作用下完全被拉直,继续变形呈现很大的弹性,大分子链在极高的剪切速率作用下完全被拉直,继续变形呈现很大的弹性,导致流动
29、无法保持为稳定的层流,熔体陷入一种弹性紊乱状态,各点的流速将会相导致流动无法保持为稳定的层流,熔体陷入一种弹性紊乱状态,各点的流速将会相互干扰,此即互干扰,此即失稳流动失稳流动。失稳下,熔体粗细不均,没有光泽,表面粗糙。失稳下,熔体粗细不均,没有光泽,表面粗糙。引起失稳流动的切应力和剪切速率称为引起失稳流动的切应力和剪切速率称为极限切应力极限切应力和和极限剪切速率极限剪切速率。随着切应力和剪切速率的继续增大,熔体呈现波浪、竹节或周期旋随着切应力和剪切速率的继续增大,熔体呈现波浪、竹节或周期旋形,甚至相互断裂成不规则的碎片或小圆柱块,次现象即为形,甚至相互断裂成不规则的碎片或小圆柱块,次现象即为
30、熔体破裂熔体破裂。主要影响因素:主要影响因素:分子结构、温度、流道结构(加设收敛角度和过度长度,以提分子结构、温度、流道结构(加设收敛角度和过度长度,以提高极限剪切速率)。高极限剪切速率)。第24页,此课件共36页哦3.聚合物熔体的充模流动聚合物熔体的充模流动 充模充模是指高温聚合物熔体在注射压力作用下是指高温聚合物熔体在注射压力作用下,通过流道和浇通过流道和浇口后口后,在低温模腔中流动和成型的过程在低温模腔中流动和成型的过程.影响聚合物熔体充模流动的因素影响聚合物熔体充模流动的因素:注射工艺参数和模具结构注射工艺参数和模具结构(浇口截面尺寸型腔形状等浇口截面尺寸型腔形状等)1)浇口和模腔对熔
31、体充模流动的影响浇口和模腔对熔体充模流动的影响:a、浇口截面高度与模腔深度相差很大,易出现射流,熔体不稳定,表、浇口截面高度与模腔深度相差很大,易出现射流,熔体不稳定,表面粗糙,且易破裂,先喷出的熔体降速阻碍后面的熔体流动,造成蛇面粗糙,且易破裂,先喷出的熔体降速阻碍后面的熔体流动,造成蛇形流。形流。b、浇口截面高度与模腔深度相差不太大,在制件厚度不大时,熔体中速进入模腔、浇口截面高度与模腔深度相差不太大,在制件厚度不大时,熔体中速进入模腔比较平稳的扩展运动。比较平稳的扩展运动。c、浇口截面高度与模腔深度接近,在制件厚度很小时,熔体进入模腔后低速平稳的扩展、浇口截面高度与模腔深度接近,在制件厚
32、度很小时,熔体进入模腔后低速平稳的扩展充模。充模。第25页,此课件共36页哦 2)扩展流动充模的特点扩展流动充模的特点随料流前缘运动特点不同,分为三个阶段:随料流前缘运动特点不同,分为三个阶段:a、起始阶段,熔体流的开始部分,前锋料头呈辐射状流动;、起始阶段,熔体流的开始部分,前锋料头呈辐射状流动;b、圆弧状的中间过度状;、圆弧状的中间过度状;c、黏弹性熔膜为前锋料头的均整运动的主阶段。、黏弹性熔膜为前锋料头的均整运动的主阶段。3)熔体遇到阻碍物时的充模流动熔体遇到阻碍物时的充模流动 熔体遇到阻碍物分流,再会合,形成熔接痕,会在该处降低强度,外观变坏。熔体遇到阻碍物分流,再会合,形成熔接痕,会
33、在该处降低强度,外观变坏。4)熔接痕(熔合缝,其强度是塑料制件的强度)熔接痕(熔合缝,其强度是塑料制件的强度)熔接痕是塑料制品中的一个区域,由彼此分离的塑料熔体相遇后熔合固化而成。熔接痕是塑料制品中的一个区域,由彼此分离的塑料熔体相遇后熔合固化而成。该区域力学性能比周边低,是塑件的薄弱环节。产生原因:该区域力学性能比周边低,是塑件的薄弱环节。产生原因:a模腔内型信或安放的嵌件;模腔内型信或安放的嵌件;b同一型腔多个浇口;同一型腔多个浇口;c塑件壁厚有变化;塑件壁厚有变化;d熔体喷射和蛇熔体喷射和蛇形流会引起波状折叠的熔合缝。形流会引起波状折叠的熔合缝。第26页,此课件共36页哦第六节第六节 塑
34、料成型过程中聚合物的物理变化塑料成型过程中聚合物的物理变化要求:要求:了解了解聚合物加工过程中产生的聚合物加工过程中产生的结结晶、取向晶、取向等现象的物理变化的特点以及等现象的物理变化的特点以及成型工艺条件对它们的影响。成型工艺条件对它们的影响。第27页,此课件共36页哦 1.1.成型过程中聚合物的结晶成型过程中聚合物的结晶成型过程中聚合物的结晶成型过程中聚合物的结晶1 1)结晶聚合物:)结晶聚合物:)结晶聚合物:)结晶聚合物:聚合物在从高温熔体向低温固态转变的过程中,若其分子链构型聚合物在从高温熔体向低温固态转变的过程中,若其分子链构型聚合物在从高温熔体向低温固态转变的过程中,若其分子链构型
35、聚合物在从高温熔体向低温固态转变的过程中,若其分子链构型(结构形态)能够得到规整排列,则该聚合物为结晶聚合物。(如:(结构形态)能够得到规整排列,则该聚合物为结晶聚合物。(如:(结构形态)能够得到规整排列,则该聚合物为结晶聚合物。(如:(结构形态)能够得到规整排列,则该聚合物为结晶聚合物。(如:PEPEPEPE、PTFEPTFEPTFEPTFE、POMPOMPOMPOM等)等)等)等)2 2)结晶度:)结晶度:)结晶度:)结晶度:结晶型聚合物的结晶区在聚合物中所占的重量百分数。(大多数聚结晶型聚合物的结晶区在聚合物中所占的重量百分数。(大多数聚结晶型聚合物的结晶区在聚合物中所占的重量百分数。(
36、大多数聚结晶型聚合物的结晶区在聚合物中所占的重量百分数。(大多数聚合物的结晶度约为合物的结晶度约为合物的结晶度约为合物的结晶度约为10%10%10%10%60%60%60%60%,但有些也可能达到很高的数值,如,但有些也可能达到很高的数值,如,但有些也可能达到很高的数值,如,但有些也可能达到很高的数值,如PPPPPPPP的结晶度达到的结晶度达到的结晶度达到的结晶度达到70%70%70%70%95%95%95%95%,HDPEHDPEHDPEHDPE和和和和PTFEPTFEPTFEPTFE的也能超过的也能超过的也能超过的也能超过90%90%90%90%)3 3)结晶过程)结晶过程)结晶过程)结晶
37、过程:二次结晶、后结晶:二次结晶、后结晶:二次结晶、后结晶:二次结晶、后结晶(退火退火退火退火)第28页,此课件共36页哦4 4)影响结晶的因素)影响结晶的因素)影响结晶的因素)影响结晶的因素熔融熔融熔融熔融温度和熔融时间:温度和熔融时间:温度和熔融时间:温度和熔融时间:低温快速有利结晶低温快速有利结晶冷却速度:冷却速度:冷却速度:冷却速度:缓冷有利结晶,急冷结晶不均而产生内应缓冷有利结晶,急冷结晶不均而产生内应力,中速冷却结晶组织稳定,结晶应力小。力,中速冷却结晶组织稳定,结晶应力小。压力和切应力压力和切应力压力和切应力压力和切应力 增大压力可使聚合物在高于正常情况下的熔化温度增大压力可使聚
38、合物在高于正常情况下的熔化温度发生结晶;切应力可导致微晶生成,产生均匀的微晶结发生结晶;切应力可导致微晶生成,产生均匀的微晶结构。构。分子结构分子结构分子结构分子结构 聚合物分子结构越简单、越规整,结晶越快,结晶度越高,聚合物分子结构越简单、越规整,结晶越快,结晶度越高,同一种聚合物的最大结晶速率随相对分子质量的增大而减小。同一种聚合物的最大结晶速率随相对分子质量的增大而减小。添加剂添加剂添加剂添加剂第29页,此课件共36页哦5 5)结晶对塑件性能的影响)结晶对塑件性能的影响)结晶对塑件性能的影响)结晶对塑件性能的影响 密度密度密度密度 密度随结晶度的增大而提高。密度随结晶度的增大而提高。力学
39、性能力学性能力学性能力学性能 抗拉强度随结晶度的增大而提高;冲击韧性将下降;弹性模量将减小。抗拉强度随结晶度的增大而提高;冲击韧性将下降;弹性模量将减小。热性能热性能热性能热性能 结晶有助于提高聚合物的软化温度和热变形温度。结晶有助于提高聚合物的软化温度和热变形温度。翘曲翘曲翘曲翘曲 结晶程度越高,体积收缩越大,因此结晶态塑件比非结晶态塑件更容结晶程度越高,体积收缩越大,因此结晶态塑件比非结晶态塑件更容易因收缩不均而发生翘曲。易因收缩不均而发生翘曲。表面粗糙度和透明度表面粗糙度和透明度表面粗糙度和透明度表面粗糙度和透明度 结晶后,塑件表面粗糙度将降低,而透明度会减小或丧失。结晶后,塑件表面粗糙
40、度将降低,而透明度会减小或丧失。第30页,此课件共36页哦 结晶型结晶型结晶型结晶型塑料塑料有有PEPE、PPPP、PTFEPTFE、POMPOM、PAPA、CPTCPT等等 非结晶型非结晶型非结晶型非结晶型塑料有塑料有PSPS、PMMAPMMA、PCPC、ABSABS、PSUPSU等等 一般来说,结晶型塑料是不透明的或半透明的,非一般来说,结晶型塑料是不透明的或半透明的,非结晶型塑料是透明的。结晶型塑料是透明的。特例:聚特例:聚特例:聚特例:聚4-4-甲基戊烯甲基戊烯甲基戊烯甲基戊烯-1-1为结晶型塑料却高度透明性;为结晶型塑料却高度透明性;为结晶型塑料却高度透明性;为结晶型塑料却高度透明性
41、;ABSABS为非结晶型塑料却不透明。为非结晶型塑料却不透明。为非结晶型塑料却不透明。为非结晶型塑料却不透明。6 6)成型结晶塑料时应注意下列问题)成型结晶塑料时应注意下列问题)成型结晶塑料时应注意下列问题)成型结晶塑料时应注意下列问题 料温上升到成型温度所需的热量多,要用塑化能力大的设备料温上升到成型温度所需的热量多,要用塑化能力大的设备 冷凝时放出热量大,要充分冷却冷凝时放出热量大,要充分冷却 熔态与固态的比重差大,成型收缩大,易发生缩孔、气孔熔态与固态的比重差大,成型收缩大,易发生缩孔、气孔 各向异性显著,内应力大各向异性显著,内应力大 结晶熔点范围窄,易发生未熔粉末注入模具或堵塞浇口结
42、晶熔点范围窄,易发生未熔粉末注入模具或堵塞浇口第31页,此课件共36页哦二二二二.成型过程中的取向作用成型过程中的取向作用成型过程中的取向作用成型过程中的取向作用1 1)取向的概念)取向的概念)取向的概念)取向的概念 聚合物大多分子及其链段或结晶聚合物的微晶粒子在应力作用聚合物大多分子及其链段或结晶聚合物的微晶粒子在应力作用聚合物大多分子及其链段或结晶聚合物的微晶粒子在应力作用聚合物大多分子及其链段或结晶聚合物的微晶粒子在应力作用下形成的有序排列叫做下形成的有序排列叫做下形成的有序排列叫做下形成的有序排列叫做取向结构取向结构取向结构取向结构。2 2)分类)分类)分类)分类 按应力性质不同分按应
43、力性质不同分按应力性质不同分按应力性质不同分 拉伸取向拉伸取向拉伸取向拉伸取向由拉应力引起,取向方向与拉伸方向一致由拉应力引起,取向方向与拉伸方向一致由拉应力引起,取向方向与拉伸方向一致由拉应力引起,取向方向与拉伸方向一致 流动取向流动取向流动取向流动取向在切应力作用下沿着熔体流动方向形成的在切应力作用下沿着熔体流动方向形成的在切应力作用下沿着熔体流动方向形成的在切应力作用下沿着熔体流动方向形成的 按流动性质不同,取向结构可分为按流动性质不同,取向结构可分为按流动性质不同,取向结构可分为按流动性质不同,取向结构可分为 单轴取向单轴取向单轴取向单轴取向取向结构单元均沿着一个流动方向有序排列取向结
44、构单元均沿着一个流动方向有序排列取向结构单元均沿着一个流动方向有序排列取向结构单元均沿着一个流动方向有序排列 多轴取向多轴取向多轴取向多轴取向结构单元可沿两个或两个以上流动方向有序排列结构单元可沿两个或两个以上流动方向有序排列结构单元可沿两个或两个以上流动方向有序排列结构单元可沿两个或两个以上流动方向有序排列 按结晶与非结晶聚合物分按结晶与非结晶聚合物分按结晶与非结晶聚合物分按结晶与非结晶聚合物分 结晶取向结晶取向结晶取向结晶取向 和和和和非结晶取向非结晶取向非结晶取向非结晶取向第32页,此课件共36页哦 2 2)取向对塑件性能的影响)取向对塑件性能的影响)取向对塑件性能的影响)取向对塑件性能
45、的影响 取向对塑件力学性能的影响取向对塑件力学性能的影响取向对塑件力学性能的影响取向对塑件力学性能的影响 对对对对单轴取向单轴取向单轴取向单轴取向而言,取向后在取向平行方向的抗拉强度大为增强,而与取向轴垂直方向的抗拉强而言,取向后在取向平行方向的抗拉强度大为增强,而与取向轴垂直方向的抗拉强而言,取向后在取向平行方向的抗拉强度大为增强,而与取向轴垂直方向的抗拉强而言,取向后在取向平行方向的抗拉强度大为增强,而与取向轴垂直方向的抗拉强度则有所减弱;度则有所减弱;度则有所减弱;度则有所减弱;而而而而双轴取向双轴取向双轴取向双轴取向的薄片或薄膜在平面的任何方向上均有较高的抗拉强度、断裂伸长的薄片或薄膜
46、在平面的任何方向上均有较高的抗拉强度、断裂伸长的薄片或薄膜在平面的任何方向上均有较高的抗拉强度、断裂伸长的薄片或薄膜在平面的任何方向上均有较高的抗拉强度、断裂伸长率和冲击韧度,抗撕裂能力也有所提高。率和冲击韧度,抗撕裂能力也有所提高。率和冲击韧度,抗撕裂能力也有所提高。率和冲击韧度,抗撕裂能力也有所提高。取向使塑件具有各向异性(在光、热、电等方面)取向使塑件具有各向异性(在光、热、电等方面)取向使塑件具有各向异性(在光、热、电等方面)取向使塑件具有各向异性(在光、热、电等方面)取向对其它性能的影响取向对其它性能的影响取向对其它性能的影响取向对其它性能的影响 聚合物的玻璃化温度随取向程度的提高而
47、上升;取向程度越大,回缩或热收缩越大。聚合物的玻璃化温度随取向程度的提高而上升;取向程度越大,回缩或热收缩越大。聚合物的玻璃化温度随取向程度的提高而上升;取向程度越大,回缩或热收缩越大。聚合物的玻璃化温度随取向程度的提高而上升;取向程度越大,回缩或热收缩越大。综上所述,聚合物的取向对塑件的性能影响很大。在塑料成型生产中,可以利用综上所述,聚合物的取向对塑件的性能影响很大。在塑料成型生产中,可以利用综上所述,聚合物的取向对塑件的性能影响很大。在塑料成型生产中,可以利用综上所述,聚合物的取向对塑件的性能影响很大。在塑料成型生产中,可以利用聚合物的取向来提高塑件的性能,例如吹塑薄膜就是利用聚合物双轴
48、取向原理来提高聚合物的取向来提高塑件的性能,例如吹塑薄膜就是利用聚合物双轴取向原理来提高聚合物的取向来提高塑件的性能,例如吹塑薄膜就是利用聚合物双轴取向原理来提高聚合物的取向来提高塑件的性能,例如吹塑薄膜就是利用聚合物双轴取向原理来提高其性能的,但并不是说聚合物取向对塑件性能均有益处,在生产厚度较大的塑件时,其性能的,但并不是说聚合物取向对塑件性能均有益处,在生产厚度较大的塑件时,其性能的,但并不是说聚合物取向对塑件性能均有益处,在生产厚度较大的塑件时,其性能的,但并不是说聚合物取向对塑件性能均有益处,在生产厚度较大的塑件时,就应力图消除取向现象,使塑件不致发生翘曲变形或裂纹,从而保证塑件质量
49、。就应力图消除取向现象,使塑件不致发生翘曲变形或裂纹,从而保证塑件质量。就应力图消除取向现象,使塑件不致发生翘曲变形或裂纹,从而保证塑件质量。就应力图消除取向现象,使塑件不致发生翘曲变形或裂纹,从而保证塑件质量。第33页,此课件共36页哦 聚合物熔体从浇口流入模腔时,熔体处于充模的初期阶段,料流呈辐射状,所以形成聚合物熔体从浇口流入模腔时,熔体处于充模的初期阶段,料流呈辐射状,所以形成聚合物熔体从浇口流入模腔时,熔体处于充模的初期阶段,料流呈辐射状,所以形成聚合物熔体从浇口流入模腔时,熔体处于充模的初期阶段,料流呈辐射状,所以形成平面取向平面取向平面取向平面取向结构。熔体与型腔表壁接触后,开始
50、实现充模过程,在这个过程中,先与结构。熔体与型腔表壁接触后,开始实现充模过程,在这个过程中,先与结构。熔体与型腔表壁接触后,开始实现充模过程,在这个过程中,先与结构。熔体与型腔表壁接触后,开始实现充模过程,在这个过程中,先与型腔表壁接触熔体迅速冷却,形成一个型腔表壁接触熔体迅速冷却,形成一个型腔表壁接触熔体迅速冷却,形成一个型腔表壁接触熔体迅速冷却,形成一个来不及取向来不及取向来不及取向来不及取向的薄壳,以后的熔体将在薄壳内流的薄壳,以后的熔体将在薄壳内流的薄壳,以后的熔体将在薄壳内流的薄壳,以后的熔体将在薄壳内流动。由于薄壳对熔体的摩擦作用,其附近的熔体流动阻力很大,熔体内会产生很大的切动。