塑料成型基础演示文稿

塑料成型基础演示文稿目前一页\总数三十四页\编于二十一点优选塑料成型基础目前二页\总数三十四页\编于二十一点湍流：主体做轴向运动，同时有径向脉动；特征：流体质点的脉动。层流：*流体质点做直线运动；*流体分层流动，层间不相混合、不碰撞；*流动阻力来源于层间粘性摩擦力。

过渡流：不是独立流型（层流+湍流），流体处于不稳定状态（易发生流型转变）。目前三页\总数三十四页\编于二十一点

1.牛顿流动规律：

牛顿在研究液体流动时发现，温度一定时，低分子液体在流动时的切应力和剪切速率之间存在着如下关系：式中—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。

—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通称牛顿流体，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），应变具有不可逆性质，应力解除后应变以永久变形保持下来。目前四页\总数三十四页\编于二十一点2.指数流动规律：

式中K—与聚合物和温度有关的常数，可反映聚合物熔体的粘稠性，称为粘度系数；

n—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，称为非牛顿指数。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感如PA、PC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。这些聚合物熔体都近似地服从指数流动规律。目前五页\总数三十四页\编于二十一点

（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：

就表观粘度的力学性质而言，它与牛顿粘度相同。但是，表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，表观粘度除与流体本身的性质以及温度有关以外，还受剪切速率的影响，这就意味着外力的大小及其作用时间也能改变流体的粘稠性。目前六页\总数三十四页\编于二十一点讨论：

n＝1时，这意味着非牛顿流体变为牛顿流体，所以，n值可以用来反映非牛顿也体偏离牛顿流体性质的程度。

n≠1时，绝对值∣1－n∣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。其中n＜1时，称为假塑性液体。（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质）

n＞1时，称为膨胀性液体。（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）

n=1,但只有切应力达到或超过一定值后才能流动时,称为宾哈姆流体目前七页\总数三十四页\编于二十一点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—假塑性流体目前八页\总数三十四页\编于二十一点Ⅰ假塑性流体：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。Ⅱ胀塑性流体：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。Ⅲ粘塑性流体：当应力低于τ0时，不流动；当应力高于τ0时，流动与牛顿型流体一样。τ0称为屈服应力。

如纸浆、牙膏、污水泥浆等。0du/dyτ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Ⅳ触变性流体：表观粘度随时间的延长而减小，如油漆等。Ⅴ粘弹性流体：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。

如塑料和纤维生产中都存在这种现象。目前九页\总数三十四页\编于二十一点

3.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：

1）变形和流动所需要的切应力随剪切速率变化，并呈指数规律增大；

2）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。这种现象称为假塑性液体的“剪切稀化”

目前十页\总数三十四页\编于二十一点4.影响聚合物流变学性质的因素

（1）聚合物结构对粘度的影响分子结构

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量的差异）

助剂（2）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，如PMMA、PC、PA-66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。目前十一页\总数三十四页\编于二十一点（3）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，聚合物熔体的压缩率越大，其粘度对压力的敏感性越强5.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：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目前十二页\总数三十四页\编于二十一点6.熔体在简单几何形状导管内的流动分析（1）剪应力分布

1).直圆管内流体的流动稳态流动:整理得：——适用于层流或湍流ldrRuyτ流体在圆管中速度分布曲线的推导p1p2h1h2目前十三页\总数三十四页\编于二十一点

剪应力分布τmax目前十四页\总数三十四页\编于二十一点（2）层流的速度分布

流体在圆管内分层流动示意图目前十五页\总数三十四页\编于二十一点可见，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目前十六页\总数三十四页\编于二十一点第五节聚合物熔体在成型过程中的流动状态目前十七页\总数三十四页\编于二十一点Ⅰ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。Ⅱ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。Ⅲ塑料熔体经浇口射入模具型腔过程中的流动、相变与固化。目前十八页\总数三十四页\编于二十一点影响压力损失的因素：压力损失和流程距离成正比；压力损失和流道（包括型腔）的截面尺寸有关——流道截面尺寸愈小，压力损失愈大；

对圆形流动通道，压力损失与流道半径的4次方成正比；对矩形流动通道，压力损失与流道深度的3次方和宽度的1次方成反比。压力损失和熔体的表观粘度成正比。目前十九页\总数三十四页\编于二十一点1.速度分布与末端效应（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，这种抛物线型稍尖（n>1）或稍平（n<1）。n=∞n=3n=1n=1/3r／Rv／vm目前二十页\总数三十四页\编于二十一点（2）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，亦分别称为入口效应和离模膨胀效应。目前二十一页\总数三十四页\编于二十一点

产生入口效应的原因：聚合物液体以收敛流动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，但聚合物熔体具有弹性，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，也要消耗一定的压力降。

产生离模膨胀的原因（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。目前二十二页\总数三十四页\编于二十一点

入口效应和离模膨胀效应通常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，均有利于减小或消除端末效应带来的不利影响。此外,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。目前二十三页\总数三十四页\编于二十一点2.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，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，此即失稳流动。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极限切应力和极限剪切速率。随着切应力和剪切速率的继续增大，熔体呈现波浪、竹节或周期旋形，甚至相互断裂成不规则的碎片或小圆柱块，次现象即为熔体破裂。

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，以提高极限剪切速率）。目前二十四页\总数三十四页\编于二十一点3.聚合物熔体的充模流动

充模是指高温聚合物熔体在注射压力作用下,通过流道和浇口后,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:

注射工艺参数和模具结构(浇口截面尺寸型腔形状等)1)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。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充模。目前二十五页\总数三十四页\编于二十一点2)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：a、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；c、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分流，再会合，形成熔接痕，会在该处降低强度，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：a模腔内型信或安放的嵌件；b同一型腔多个浇口；c塑件壁厚有变化；d熔体喷射和蛇形流会引起波状折叠的熔合缝。目前二十六页\总数三十四页\编于二十一点第六节塑料成型过程中聚合物的物理变化要求：

了解聚合物加工过程中产生的结晶、取向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。目前二十七页\总数三十四页\编于二十一点1.成型过程中聚合物的结晶1）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（结构形态）能够得到规整排列，则该聚合物为结晶聚合物。（如：PE、PTFE、POM等）2）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。（大多数聚合物的结晶度约为10%～60%，但有些也可能达到很高的数值，如PP的结晶度达到70%～95%，HDPE和PTFE的也能超过90%）3）结晶过程：二次结晶、后结晶(退火)目前二十八页\总数三十四页\编于二十一点4）影响结晶的因素熔融温度和熔融时间：低温快速有利结晶冷却速度：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。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发生结晶；切应力可导致微晶生成，产生均匀的微晶结构。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，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。

添加剂目前二十九页\总数三十四页\编于二十一点5）结晶对塑件性能的影响密度

密度随结晶度的增大而提高。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。热性能

结晶有助于提高聚合物的软化温度和热变形温度。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易因收缩不均而发生翘曲。

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。目前三十页\总数三十四页\编于二十一点结晶型塑料有PE、PP、PTFE、POM、PA、CPT等非结晶型塑料有PS、PMMA、PC、ABS、PSU等

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。特例：聚4-甲基戊烯-1为结晶型塑料却高度透明性；ABS为非结晶型塑料却不透明。6）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目前三十一页\总数三十四页\编于二十一点二.成型过程中的取向作用1）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下形成的有序排列叫做取向结构。2）分类

按应力性质不同分

拉伸取向—由拉应力引起，取向方向与拉伸方向一致

流动取向—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

单轴取向—取向结构单元均沿着一个流动方向有序排列

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按结晶与非结晶聚合物分