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第1页/共36页塑料成型理论第2页/共36页内容简介塑料的粘弹性塑料的基本力学模型粘弹性模型塑料的流变性牛顿型流体非牛顿型流体影响粘度的因素塑料加工过程中的物理和化学变化聚合物的结晶聚合物的取向聚合物的降解聚合物的交联第3页/共36页塑料的基本力学模型塑料加工过程一般要经历玻璃态、高弹态和粘流态玻璃态 与刚性材料类似，力与应变满足胡克定律高弹态 既表现出固体性质（弹性），又表现出流体的性质（粘性）描述塑料在高弹态下的粘弹性基本力学模型如图所示a) 弹性模型b) 粘性模型c) Maxwell模型d) Voigt-Kelvin模型第4页/共36页塑料的基本力学模型弹性模型 符合胡克定律的弹性固体可以用一个理想弹簧表示粘性模型 符合牛顿定律的牛顿性流体可用盛有粘性牛顿流体的粘壶来表示麦克斯威尔模型 由一个理想弹簧和一个粘壶串联而成沃伊特-开尔文模型 由弹簧和粘壶串联而成第5页/共36页粘弹性模型粘弹性模型是将麦克斯韦威尔模型与沃伊特-开尔文模型串联起来分析的模型粘弹性模型第6页/共36页粘弹性模型上述粘弹性模型可用以下属性表达式描述:材料的弹性形变基于Maxwell模型的粘性流动基于Maxwell模型的粘性流动基于Voigt-Kelvin模型的延迟弹性低温时，粘度 很高，材料表现为切边模量为 理想的弹性体高温时，粘度 很低，材料处于粘流态，总变形表现为粘度 流动第7页/共36页塑料的流变性研究物质形变与流动的科学称为流变学 聚合物的流变行为十分复杂，粘性流动不仅具有弹性效应，而且伴随有热效应。目前关于聚合物流变行为的解释仍有很多是定性的或者是经验性的，聚合物流变学依然是一门半经验的物理科学有关流变学的概念对塑料材料的选择、成形工艺条件确定、模具和成形设备的设计以及提高塑料制品的质量都有着很重要的指导作用第8页/共36页牛顿型流体牛顿在研究低分子流体时发现切应力与剪切速率之间存在着如下关系液层单位表面上所施加的切应力与液层间的速度梯度成正比，此即著名的牛顿粘性定律。μ为比例常数，称为牛顿粘度凡符合上式的流体称为牛顿型流体 第9页/共36页非牛顿型流体非牛顿型流体包括粘性流体、粘弹性流体和时间依赖性流体粘性流体的特点是在受力流动时，其剪切速率只依赖于切应力的大小，而与切应力的作用时间无关粘性流体又分为宾哈流体、膨胀性流体和假塑性流体不同类型流体的流动曲线 不同类型流体粘度与剪切速率的关系第10页/共36页影响粘度的因素粘度是描述塑料熔体流变行为最重要的量度影响粘度的因素温度压力剪切速率聚合物结构 第11页/共36页非牛顿型流体的特点 宾哈流体只有当切应力增加到某一临界值时才开始流动，切应力与剪切速率呈线性关系膨胀性流体的特点是高速作用下，流体体积产生膨胀。粘度随剪切速率的增加而升高（称为切力增稠现象）假塑性流体的粘度与剪切速率曲线偏离牛顿型流体曲线向下弯曲，粘度随剪切速率的增大而降低（称为切力变稀现象）称为非牛顿型流体的表观粘度，对于假塑性流体，随着的提高按指数规律降低 第12页/共36页温度的影响热塑性塑料熔体的粘度随温度升高而呈指数规律降低不同熔体的粘度对温度的敏感程度并不相同第13页/共36页压力的影响在压力作用下，塑料熔体因受到压缩而体积减小，分子间作用力的增加致使粘度也随之增大由于塑料熔体的压缩率不同，故不同熔体的粘度对压力的敏感性也不相同例如：当压力从 13.8MPa升高到 17.3MPa时，高密度聚乙烯 HDPE和聚丙烯PP的粘度要增加 4~7 倍，而聚苯乙烯PS的粘度甚至于可增加100倍1－PMMA2－PP3－LDPE4－PA665－POM第14页/共36页剪切速率的影响塑料熔体的一个显著特征是具有非牛顿性，其表观粘度随剪切速率或切应力的增大而减小不同种类的塑料对剪切速率的敏感性有差别曲线越陡，说明什么情况？剪切速率如何选择？曲率变化大的区域还是变化小的区域？1－PE，220℃2－PE，287℃3－CA，220℃第15页/共36页聚合物结构因素影响粘度随聚合物相对分子质量的增加而增加加入添加剂、填料等，一般会使熔体的粘度增大各种因素对塑料熔体粘度的影响1－温度 2－压力 3－相对分子质量4－填充剂 5－增塑剂或溶剂 第16页/共36页塑料加工过程的物理和化学变化在塑料加工过程中，聚合物会发生一些物理和化学变化聚合物在一定条件下结晶或改变结晶度在外力作用下产生分子取向发生降解或交联反应物理和化学变化，不仅引起聚合物性质发生改变，而且对加工过程也有影响了解聚合物在加工过程产生结晶、取向、降解和交联的特点以及加工条件对它们的影响，设法控制这些物理和化学变化，对塑料加工和应用有着很大的实际意义第17