3聚合物的可加工性.ppt

第一章 聚合物材料的加工性质 重要成型方法举例 挤出成型 注射成型(注塑) 压缩模塑(模压) 吹塑成型 1.1 聚合物材料的加工性 一次成型 二次成型 Tf Tg 剪切速率/s-1 103-105 103-104 102-103 10-102 1.1.1 聚合物的可挤压性（Extrudability） 可挤压性：聚合物通过挤压作用产生形变而获得形状和保持形状的能力。 聚合物的状态：只有处于粘流态才能通过挤压获得宏观而有用的形变 聚合物熔体 形变或流动 外力作用 决定因素：熔体的粘度 加工设备和条件（剪切力大小） 熔体粘度要合适： 粘度过低，流动性好，但保持形变的能力差； 粘度过高，流动和成型困难 挤出成型等 粘度与温度、剪切力、压力等有关： 大多数聚合物熔体的粘度随剪切力或剪切速率增大而降低。 PP在不同温度下的流动速率 （d=1.05 mm, L/d=4.75) 温度 粘度 剪切力 粘度 Why? 熔融指数（Melt Flow Index, [MFI] or [MI]） 在给定剪切应力作用下，一定温度的聚合物熔体在10分 钟内通过标准毛细管的量（克数）。 [MI]测定仪结构示意图 毛细管：d 2.095 mm，L 8 mm 压力：300 kPa 温度：依聚合物而异 如PE 190°C，PP 230°C 熔融指数（[MI]）实质上反映了熔体的粘度和聚合物分子量的大小。 [MI] ∝流度φ， 而φ =1/η Flory 经验式： logη = A + B Mw1/2 适合各种加工方法的[MI] 范围： 挤出 [MI] 通常 1 制品：管、板、线、瓶等 注射 [MI] 1—6 涂布 [MI] 9—15 ( PP) 1.1.2 聚合物的可模塑性（Mouldability） 可模塑性：材料在温度和压力作用下形变和在模具中模制成型的能力。 聚合物的流变性 热性能（导热系数、热焓、热容等） 加工条件（温度、压力、模具的结构和尺寸等） 化学反应性（对热固性聚合物而言） 影响因素： 聚合物熔体 （温度 T） 模具 （温度 T0） 充模 冷却 或交联 固化的制品 注射成型 温度： 温度过低时 （1）熔体粘度大、成型困难； （2）表现出弹性，使得制品形状稳定性差。 温度高时，粘度低，成型容易。 但是，温度过高时 （1）会引起分解 （2） 制品收缩率大 压力： 压力过低时，缺料 压力过高时，溢料 “加工窗口” Process window 螺旋流动试验 Spiral Flow Test Molds 螺旋流动试验被广泛地用来判断聚合物的可模塑性 螺线长度L 螺线有效直径d C—常数，与螺线形状有关 ΔP —压力降 ΔT—熔体与模具温差 λ —固体聚合物的导热系数ρ—固体聚合物的密度 η --熔体粘度 加工条件 热性能 在高剪切速率下，有如下关系： 通过螺旋流动试验可以了解： 1、聚合物的流变性质 2、温度、压力、模塑周期等加工条件 3、聚合物分子量和各种添加剂对流动性和加工条件的影响 4、模具浇口和模腔的形状与尺寸对材料流动性和模塑条件的影响 1.1.3 聚合物的可纺性（Spinnability） 可纺性：聚合物材料通过加工形成连续的固态纤维的能力。 聚合物的流变性 熔体粘度和强度 热、化学稳定性：纺丝时熔体需在高温停留较长时间 影响因素： 聚合物熔体 稳定细流 喷丝孔 冷却、拉伸 纤维 熔体细流的稳定性： 速率 X 粘度（大) 表面张力（小） 纺丝 1.1.4 聚合物的可延性（Stretchability） 可延性：无定形或半结晶聚合物固体在一个方向或二个方向上受到压延或拉伸时变形的能力。 利用聚合物的可延性，可通过拉伸或压延工艺生产薄膜、片材、纤维等细（薄）而长的制品。 本质：由于线形聚合物的长链结构和柔性，当固体材料在Tg到Tm（或Tf）温度区间受到大于屈服强度的拉力作用时，高分子链发生解缠和滑移，从而产生宏观的塑性延伸形变。在此过程中，高分子沿拉力方向发生取向。 拉伸、压延成型 屈服点 聚合物拉伸时典型的应力—应变图 冷拉伸 热拉伸 聚合物拉伸时的细颈现象 细颈现象：材料在拉伸时发热，温度升高，以致形变明显加速，在一个很短的区域内截面积突然变细。 模量较小 模量较大 细颈出现后为何不会进一步变细