第一章第一章高分子材料成型加工理论基础高分子材料成型加工理论基础高分子材料成型理论基础课件1.1 高分子材料的性能高分子材料的性能（1） 高弹性高弹性 -主要是橡胶主要是橡胶a 弹性模量小，形变大弹性模量小，形变大b 弹性模量与绝对温度成正比弹性模量与绝对温度成正比c 形变时有热效应形变时有热效应d 高弹性变表现明显的松弛现象高弹性变表现明显的松弛现象（2） 粘弹性粘弹性 -既有弹性又有粘性既有弹性又有粘性a 静态粘弹性：蠕变静态粘弹性：蠕变 应力松弛应力松弛b 动态粘弹性动态粘弹性1.1.1 高分子材料的力学性能高分子材料的力学性能高分子材料成型理论基础课件AYBYielding point 屈服点屈服点Point of elastic limit 弹性极限点弹性极限点Breaking point 断裂点断裂点Strain softening 应变软化应变软化plastic deformation塑性形变塑性形变Strain hardening 应变硬化应变硬化 y yOND（3） 聚合物的力学屈服聚合物的力学屈服高分子材料成型理论基础课件（4） 聚合物的力学强度聚合物的力学强度-静态静态（5） 聚合物的疲劳强度聚合物的疲劳强度-动态动态实际强度和理论强度差别大。存在缺陷，引起应力集中。缺口冲击强度，拉伸强度，弯曲强度，在周期性交变应力作用下在低于静态强度的应力下破裂。在周期性交变应力作用下在低于静态强度的应力下破裂。由裂纹的发展引起的。由裂纹的发展引起的。疲劳寿命随分子量的提高而增加。疲劳寿命随分子量的提高而增加。疲劳强度：静态强度疲劳强度：静态强度=1：4 （大多数热塑性）（大多数热塑性）6 蠕变蠕变7 应力松弛应力松弛高分子材料成型理论基础课件1.1.2 高分子材料的物理性能高分子材料的物理性能（1） 热性能热性能 导热性能差，导热性能差，比热容和热膨胀性比金属好。比热容和热膨胀性比金属好。（2） 电性能电性能 极好的电绝缘性能极好的电绝缘性能容易有静电容易有静电（3） 光性能光性能 a 折射折射b 透明性透明性（4） 渗透性渗透性 液体和气体的扩散液体和气体的扩散薄膜材料薄膜材料高分子材料成型理论基础课件1.1.3 高分子材料的化学性能高分子材料的化学性能（1） 老化性能老化性能 化学反应使分子链断裂化学反应使分子链断裂各种稳定剂各种稳定剂（2） 降解和交联降解和交联 降解一般有害降解一般有害交联有益也有害交联有益也有害高分子材料成型理论基础课件1.2.1 概述可模塑性可模塑性可挤压性可挤压性可纺性可纺性可延性可延性线形聚合物线形聚合物体形聚合物体形聚合物高分子材料成型理论基础课件高聚物的状态变化与成型加工的关系三种物理状态：玻璃态： Tf (Tm)高分子材料成型理论基础课件聚合物从一种状态另一种状态的影响因素：(1) 聚合物的分子结构(2) 聚合物体系的组成(3) 聚合物所受应力(4) 环境温度当聚合物及组成一定时，在一定外力作用下，聚集态的转变主要与温度有关：聚合物聚集态不同内聚能不同性能不同聚合物对加工技术的适用性不同高分子材料成型理论基础课件TTg玻璃态大分子链上仅键长、键角发生形变模量高、形变极小，不宜大形变加工只能进行机械加工T=TgTf高弹态体积膨胀，大分子不能移动，但链段有足够活动空间、能移动，形变可逆非晶聚合物：TgTf 近 Tf 侧，强力成型，形变可逆， Tg 以下使用结晶聚合物：TgTm 拉伸T=TfTd粘流态整个大分子能移动，呈塑性，模量降至最低，较小外力能引起宏观流动，形变不可逆大多数成型方法在此温度范围高分子材料成型理论基础课件1.2.2 1.2.2 聚合物的可挤压性聚合物的可挤压性1 1、可挤压性、可挤压性2 2、可挤压性的表征、可挤压性的表征（1 1）MFIMFI定义定义（2 2）MFIMFI表征意义表征意义（3 3）MFIMFI的实用意义的实用意义高分子材料成型理论基础课件1.2.31.2.3聚合物的可模塑性聚合物的可模塑性1 1、可模塑性定义、可模塑性定义2 2、可模塑性的表征、可模塑性的表征3 3、流动长度与、流动长度与MFIMFI区别区别4 4、可模塑性的影响因素、可模塑性的影响因素高分子材料成型理论基础课件1.2.41.2.4聚合物的可纺性聚合物的可纺性1 1、细流的稳定性、细流的稳定性2 2、可纺性影响因素、可纺性影响因素高分子材料成型理论基础课件1.2.5 1.2.5 聚合物的可延性聚合物的可延性1 1、可延性、可延性（1 1）冷拉伸）冷拉伸（2 2）热拉伸）热拉伸2 2、可延性影响因素、可延性影响因素3 3、可延性的表征、可延性的表征高分子材料成型理论基础课件1 1 聚合物的可挤压性聚合物的可挤压性 聚合物通过挤压作用形变时获得形状和聚合物通过挤压作用形变时获得形状和保持形状的能力保持形状的能力 固体高聚物（不可压缩）、粘度太高固体高聚物（不可压缩）、粘度太高的聚合物熔体不流动，故很难挤压成型。的聚合物熔体不流动，故很难挤压成型。 例如：例如：PTFEPTFE、UHMWPEUHMWPE熔体粘度熔体粘度 10101313泊（泊（dynS/dynS/2 2）。）。 可采用其它方法成型（烧结成型、纳可采用其它方法成型（烧结成型、纳米插层增塑）。米插层增塑）。 高分子材料成型理论基础课件 结论：结论：聚合物熔体粘度在一个适当的范聚合物熔体粘度在一个适当的范围内才能挤压成型。围内才能挤压成型。 适当的粘度范围：适当的粘度范围： 10102 2 10 108 8泊。泊。 聚合物熔体的可挤压性与聚合物熔体的可挤压性与 有关，有关，而而 又反映又反映熔体的流动性熔体的流动性。熔融指数仪熔融指数仪在定温下在定温下10min内聚合物从出料孔挤出的质量（内聚合物从出料孔挤出的质量（g）来表示，）来表示，称为熔融指数。简称称为熔融指数。简称MI或或MFI。高分子材料成型理论基础课件熔融指数仪高分子材料成型理论基础课件加工方法与熔融指数值高分子材料成型理论基础课件树脂树脂实验温度实验温度/负荷负荷/ /标准口模内径标准口模内径/ /PEPEPPPPPSPSPCPCPOMPOMABSABSPAPA纤维素酯纤维素酯丙烯酸树脂丙烯酸树脂1901902302301901901901903003001901902002002302302752751901902302302.1602.1602.1602.1605.0005.0005.0005.0001.2001.2002.1602.1605.0005.0002.1602.1600.3250.3252.1602.1601.2001.2002.0952.0952.0952.0952.0952.0952.0952.0952.0952.0952.0952.0952.0952.0952.0952.0952.0952.0952.0952.0952.0952.095常用树脂测定常用树脂测定MFIMFI的标准条件的标准条件高分子材料成型理论基础课件（2 2）MFIMFI表征意义表征意义 根据根据Flory经验方程经验方程：log=A+BMFI 流动性好流动性好 a结论：结论：MFIMFI间接地反映了分子量的大小间接地反映了分子量的大小。 PEPE相对分子量与熔体流动速率、熔融粘度的关系相对分子量与熔体流动速率、熔融粘度的关系高分子材料成型理论基础课件MFIMFI为何可以表征可挤压性？为何可以表征可挤压性？ MFI 流动性好流动性好 容易获得形状容易获得形状MFI 流动性差流动性差 容易保持形状容易保持形状 结论：结论： 聚合物熔体在适当的粘度范围内，其可挤压聚合物熔体在适当的粘度范围内，其可挤压性可定量地用性可定量地用MFRMFR值表征。值表征。（不可理解（不可理解MFRMFR值大可值大可挤压性好）挤压性好）aa可可挤挤压压性性两两方方面面高分子材料成型理论基础课件例：成型加工艺例：成型加工艺注射成型注射成型、熔融纺丝、熔融纺丝要求：聚合物熔体流动性要求：聚合物熔体流动性好，容好，容易获得形状易获得形状； 成型工艺成型工艺管材成型管材成型、板材成型、板材成型要求：要求：熔体通过口模后熔体通过口模后有足够的粘度保持形有足够的粘度保持形状状。对于聚合物成型加工，对于聚合物成型加工，MFIMFI值如何选取？值如何选取？高分子材料成型理论基础课件（3 3）MFIMFI应用注意应用注意不同材料的不同材料的MFRMFR值不可比较；值不可比较；PP,PE, PSPP,PE, PS不同条件不同条件下测定下测定MFIMFI不可比；不可比；PVCPVC及氯乙烯共聚物不能测定及氯乙烯共聚物不能测定MFRMFR； 其品种、牌号以粘数区分；其品种、牌号以粘数区分； MFIMFI不能代替实际的聚合物熔体的流动，但不能代替实际的聚合物熔体的流动，但人们找到了人们找到了MFRMFR值与实际生产的对应关系；值与实际生产的对应关系；高分子材料成型理论基础课件塑高分子材料成型理论基础课件总结：总结： MFI MFI值与实际生产的对应关系：值与实际生产的对应关系：MFIMFI值值牌号牌号 M M 流动性能；流动性能； M M 性能；性能；MFIMFI值值牌号牌号 成型方法；成型方法；成型方法：强调获得形状的能力；成型方法：强调获得形状的能力； 强调保持形状的能力；强调保持形状的能力；高分子材料成型理论基础课件2可模塑性：可模塑性：在温度和压力作用下变形和在模具中模制成型的能力。在温度和压力作用下变形和在模具中模制成型的能力。取决于材料的流变性，热性质和其他物理力学性质。取决于材料的流变性，热性质和其他物理力学性质。成型方法：成型方法：注塑注塑 模压模压挤出挤出高分子材料成型理论基础课件螺旋流动试验高分子材料成型理论基础课件可模塑性的影响因素可模塑性的影响因素HolmesHolmes认为：高剪切速率认为：高剪切速率（103 104S1）下，下，（流动长度）（流动长度）加工条件、加工条件、模具形状模具形状流变性、流变性、热性能热性能P压力降；压力降； T熔体与螺槽壁间的温差；熔体与螺槽壁间的温差；d螺槽横截面的有效直径；螺槽横截面的有效直径；固体聚合物的密度；固体聚合物的密度； H熔体和固体间的热焓差；熔体和固体间的热焓差；固体聚合物的导热系数；固体聚合物的导热系数；熔体粘度；熔体粘度；C常数，与螺线横截面的几何形状有关；常数，与螺线横截面的几何形状有关；高分子材料成型理论基础课件 影响可模塑性的主要因素（温度、压力）：影响可模塑性的主要因素（温度、压力）：（1 1）温度）温度 高温，易流动；高温，易流动； 太高太高，模塑成型会，模塑成型会分解分解; ; 制品收缩率制品收缩率（制品（制品室温下尺寸与标准模具尺寸之比）室温下尺寸与标准模具尺寸之比）大大； 低温低温，流动困难，成型性差，制品，流动困难，成型性差，制品产生熔接产生熔接不良；不良； 若若低温下增加压力低温下增加压力，强迫分子发生变形，制，强迫分子发生变形，制品内部品内部存在内应力存在内应力，开模后，制品尺寸、形状不，开模后，制品尺寸、形状不稳定。稳定。高分子材料成型理论基础课件（2 2）压力）压力 压力高，可以改善流动性，但压压力高，可以改善流动性，但压力过高，则产生溢料、内应力；力过高，则产生溢料、内应力； 压力低，型腔产生缺料。压力低，型腔产生缺料。 模塑最佳区域？模塑最佳区域？ 不同的高聚物最佳模塑区域不同，不同的高聚物最佳模塑区域不同，如何确定？如何确定？高分子材料成型理论基础课件高分子材料成型理论基础课件5 5、测定流动长度意义、测定流动长度意义确定模塑最佳条件（成型温度、压力、确定模塑最佳条件（成型温度、压力、成型周期）；成型周期）；确定聚合物体系的加工性能；确定聚合物体系的加工性能； 高分子材料成型理论基础课件6 6、流动长度与、流动长度与MFIMFI区别区别 MFIMFI不能反映成型加工过程中聚合物熔不能反映成型加工过程中聚合物熔体的实际流动情况；体的实际流动情况； 流动长度反映了实际熔体的流动性流动长度反映了实际熔体的流动性 。高分子材料成型理论基础课件总结：总结： 聚合物本身属性聚合物本身属性( (流变性、热性能、流变性、热性能、 物理力学性能以及热固性塑料的化物理力学性能以及热固性塑料的化 可模塑性可模塑性 学反应性能等学反应性能等);); 工艺因素工艺因素( (温度、压力、成型周期温度、压力、成型周期);); 模具结构尺寸模具结构尺寸 成型成型( (注射、挤出、模压等注射、挤出、模压等) ) 对聚合物的可模塑性对聚合物的可模塑性要求要求：顺利顺利充满模腔获充满模腔获得制品所得制品所需尺寸精度需尺寸精度， 有一定有一定密实度密实度，满足制品使用性能。，满足制品使用性能。 高分子材料成型理论基础课件 聚合物的可纺性可纺性是指聚合物材料通过加工形成连续的固态纤维可纺性是指聚合物材料通过加工形成连续的固态纤维的能力。的能力。熔体细流的稳定性表征：熔体细流的稳定性表征： Lmax/d=36（v/F ） 式中，式中， Lmax：熔体细流的最大稳定长度； d：喷丝孔直径； v：流出速度； ：熔体粘度； F：熔体表面张力。 较高的熔体强度：内聚能密度较高的熔体强度：内聚能密度良好的热和化学稳定性良好的热和化学稳定性高分子材料成型理论基础课件（1 1）冷拉伸）冷拉伸 室温至室温至T Tg g时的拉伸。时的拉伸。特点：特点：细颈，易产生细颈，易产生拉伸不均匀拉伸不均匀； 需要较大的外力需要较大的外力，生产设备庞大，生产设备庞大，耗能高；耗能高； 成型加工中一般不采用冷拉伸成型加工中一般不采用冷拉伸。可延性：无定形或半结晶聚合物在一个或两个方向上受到可延性：无定形或半结晶聚合物在一个或两个方向上受到压延或拉伸时变形的能力。压延或拉伸时变形的能力。高分子材料成型理论基础课件（ 2 2 ）热拉伸：）热拉伸： T Tg g 拉伸温度拉伸温度T Tf f（ T Tm m）特点：特点：该状态下该状态下不需较大的外力不需较大的外力，即可即可获得较大的可逆形变获得较大的可逆形变。 在成型加工中常在成型加工中常利用热拉伸利用热拉伸使高分使高分子产生取向，获得较高的力学强度。子产生取向，获得较高的力学强度。高分子材料成型理论基础课件热拉伸温度：热拉伸温度： 非晶高聚物：非晶高聚物： Tg Tp Tf ， 约约 Tg （ 10 30）；）； 结晶高聚物：结晶高聚物： Tp Tm（ 10 30 ）保持外力的作用，控制适当的温度，保持外力的作用，控制适当的温度，将弹性形变转变成塑性形变。将弹性形变转变成塑性形变。思考：思考： 在高弹态通过拉伸使制品获得了较大在高弹态通过拉伸使制品获得了较大的形变、取向，如何将取向结构保持下来的形变、取向，如何将取向结构保持下来？ 高分子材料成型理论基础课件LDPE与与HDPE可延性对比：可延性对比：2 2、可延性影响因素、可延性影响因素（1 1）高聚物结构）高聚物结构 具有长支链、交联、刚性、极性分子链聚合具有长支链、交联、刚性、极性分子链聚合物延伸倍数较低；物延伸倍数较低； 例例:LDPE:LDPE；聚砜（；聚砜（ PSU PSU）、聚苯硫醚（）、聚苯硫醚（ PPS PPS ）；）； 工业常用：工业常用：PPPP、HDPEHDPE、PVCPVC、PAPA、PETPET；（2 2）拉伸温度）拉伸温度高分子材料成型理论基础课件1.3 1.3 聚合物成型中粘弹行为：聚合物成型中粘弹行为：（1 1）T TTf (Tm)，粘流态，粘流态，V 为主，为主， 3 低，低，流动性好，易于成型；流动性好，易于成型； V 不可逆，制品形状和不可逆，制品形状和尺寸稳定性高；尺寸稳定性高；众多成型技术实施状态众多成型技术实施状态； 大分子因流动、伸展储藏了弹性能，外力大分子因流动、伸展储藏了弹性能，外力去除后卷曲回复产生了高弹形变；去除后卷曲回复产生了高弹形变；问题：问题：离模膨胀离模膨胀膨胀不均，制品表面不膨胀不均，制品表面不平，尺寸精度难于控制；产生内应力；平，尺寸精度难于控制；产生内应力； 熔体破裂；熔体破裂；高分子材料成型理论基础课件（2 2）T Tg g T TT Tf f ，高弹态，高弹态，T T降低，弹性成分降低，弹性成分增大，粘性成分减小；由增大，粘性成分减小；由式式可见：可见： =E + H + V = 增加外力增加外力，或，或延长作用力的时间延长作用力的时间t t, ,不可不可逆的形变（塑性形变）逆的形变（塑性形变） V V 迅速增加；迅速增加； 高弹态加工（中空吹塑、热成型、热拉伸）高弹态加工（中空吹塑、热成型、热拉伸）的实质的实质高弹态下高弹态下外力外力强迫大分子解缠和滑强迫大分子解缠和滑移，产生塑性形变（类似粘性形变）；移，产生塑性形变（类似粘性形变）；高分子材料成型理论基础课件粘弹形变的滞后效应对成型的影响：粘弹形变的滞后效应对成型的影响： 成型后制品的收缩；成型后制品的收缩； 成型后制品的后结晶；成型后制品的后结晶； 成型后制品存在内应力。成型后制品存在内应力。解决方法：解决方法： 对于刚性较大的聚合物（对于刚性较大的聚合物（PCPC、PPOPPO）在制品）在制品的热变形温度以下，热处理的热变形温度以下，热处理缩短松弛时间。缩短松弛时间。 高分子材料成型理论基础课件不同聚集态适应的成型加工方法不同聚集态适应的成型加工方法（1 1）玻璃态（结晶态）玻璃态（结晶态） 聚合物模量高，形变小，故不宜进行大形聚合物模量高，形变小，故不宜进行大形变的成型加工。变的成型加工。 适用：适用：二次加工：二次加工： 机械加工机械加工车削车削、铣削、刨、锯等；、铣削、刨、锯等； 修饰修饰印刷印刷、电镀电镀等；等； 装配装配焊接焊接（塑钢窗（塑钢窗 ）、粘接等；）、粘接等； 高分子材料成型理论基础课件形变加工与成型温度加工与成型温度高分子材料成型理论基础课件（2 2）高弹态）高弹态 产生较大的可逆形变；聚合物粘性大，产生较大的可逆形变；聚合物粘性大，且具有一定的强度且具有一定的强度。适用：适用：较大变形的成型工艺较大变形的成型工艺。压延成型压延成型（calenderingcalendering）物料通过一物料通过一系列相向旋转的辊筒的间隙，受到挤压和延系列相向旋转的辊筒的间隙，受到挤压和延展作用，成为展作用，成为薄膜、薄片薄膜、薄片制品的工艺过程。制品的工艺过程。高分子材料成型理论基础课件中空吹塑成型中空吹塑成型（Blow Moulding Blow Moulding ）借借助气体压力，使闭合在助气体压力，使闭合在 模具型腔中的高弹态模具型腔中的高弹态型坯吹胀，成为型坯吹胀，成为中空制品中空制品的成型技术。的成型技术。 制品：制品：瓶、桶、罐容器等。瓶、桶、罐容器等。 高分子材料成型理论基础课件热成型热成型（ThermoformingThermoforming）高弹态下利高弹态下利用压力差，或机械用压力差，或机械 压力和液压的成型技术。压力和液压的成型技术。制品类型：薄壳制品制品类型：薄壳制品 。拉伸成型拉伸成型（StretchingStretching）等。等。高分子材料成型理论基础课件（3 3）粘流态）粘流态 很大的不可逆形变；熔体黏度低。很大的不可逆形变；熔体黏度低。 适用：适用：流动性要求较高的成型加工流动性要求较高的成型加工技术。技术。 挤出成型挤出成型（ExtrusionExtrusion）使高聚物成为使高聚物成为具有恒定断面形状的具有恒定断面形状的连续型材连续型材或半成品的过程。或半成品的过程。 制品类型：管材、板材、异型材、电线电制品类型：管材、板材、异型材、电线电 缆、棒材等。缆、棒材等。高分子材料成型理论基础课件注射成型注射成型（Injection MoldingInjection Molding）物料物料塑化成熔体后在压力的作用下，注入闭合的塑化成熔体后在压力的作用下，注入闭合的模具中，保压、定型、冷却后成为制品的技模具中，保压、定型、冷却后成为制品的技术。术。制品特点：种类繁多、形状各异、复杂、高制品特点：种类繁多、形状各异、复杂、高 精度；精度；高分子材料成型理论基础课件吹塑成型吹塑成型（Inflation film processInflation film process）粘流态下，挤出泡管坯，压缩空气吹胀、冷却粘流态下，挤出泡管坯，压缩空气吹胀、冷却后成为管状薄膜的成型技术。后成为管状薄膜的成型技术。制品类型：农膜，制品类型：农膜，食品、轻工、纺织化工等物食品、轻工、纺织化工等物品的防腐、防湿、防尘品的防腐、防湿、防尘包装膜。包装膜。橡胶的混炼、压出、贴合、纤维的熔融纺丝橡胶的混炼、压出、贴合、纤维的熔融纺丝高分子材料成型理论基础课件1.4 1.4 聚合物流变性质聚合物流变性质1 1 非牛顿型流体及其流变方程非牛顿型流体及其流变方程2 2 影响聚合物剪切粘度的主要因素影响聚合物剪切粘度的主要因素1 1、剪切速率的影响、剪切速率的影响2 2、温度的影响、温度的影响3 3、压力的影响、压力的影响高分子材料成型理论基础课件低分子化合物的液体或溶液。如水和低分子化合物的液体或溶液。如水和甲苯等。甲苯等。 极少数聚合物熔体（聚碳酸酯、偏二极少数聚合物熔体（聚碳酸酯、偏二氯乙烯氯乙烯氯乙烯共聚物等）。氯乙烯共聚物等）。在一定在一定 范围内（范围内（ 10 104 4 s s-1-1， 10s 10s-1-1 ）大多数的聚合物熔）大多数的聚合物熔体。体。 牛顿流体的种类牛顿流体的种类高分子材料成型理论基础课件 但是，聚合物成型加工多是在但是，聚合物成型加工多是在 10s10s-1-1 10 104 4 s s-1-1范围内进行，范围内进行，在此在此 范围内，聚合物流体的范围内，聚合物流体的流动行为与牛顿流体不符。流动行为与牛顿流体不符。10s-1104 s-1牛顿流体牛顿流体牛顿流体牛顿流体非牛顿流体非牛顿流体高分子材料成型理论基础课件假塑性流体种类：假塑性流体种类：在在10s10s-1-1 10 104 4 s s-1-1内，高聚物熔体；内，高聚物熔体；高聚物溶液及悬浮液。高聚物溶液及悬浮液。混炼胶、塑炼胶；混炼胶、塑炼胶；高聚物熔体，大分子彼此缠结，受到剪切作高聚物熔体，大分子彼此缠结，受到剪切作用时，缠结点打开，大分子沿流动方向排列，用时，缠结点打开，大分子沿流动方向排列，故故a a 降低，且随降低，且随 增大，增大，a a更低。更低。高聚物溶液，溶剂化作用使得线团或粒子内封高聚物溶液，溶剂化作用使得线团或粒子内封闭的溶剂小分子。剪切作用，溶剂小分子被挤出，闭的溶剂小分子。剪切作用，溶剂小分子被挤出，粒子和无规线团尺寸减小，流动阻力下降，粘度粒子和无规线团尺寸减小，流动阻力下降，粘度降低。降低。混炼胶、塑炼胶，剪切作用的增加使得分子链混炼胶、塑炼胶，剪切作用的增加使得分子链断链，导致分子量下降，粘度降低。断链，导致分子量下降，粘度降低。高分子材料成型理论基础课件（2 2）膨胀型流体膨胀型流体特性：随特性：随 增加增加a a 增加，增加，即即“剪切增稠剪切增稠”。类型：类型：固体含量较大的悬浮液，固体含量较大的悬浮液，例如：例如：PVCPVC糊悬浮液糊悬浮液；少数含固体填充物（高含量）的聚合物熔体；少数含固体填充物（高含量）的聚合物熔体；流动中产生结晶的聚合物熔体；流动中产生结晶的聚合物熔体；为何具有为何具有“剪切增稠剪切增稠”特性？特性？多分散体系；多分散体系；高含量，高硬度微粒为分高含量，高硬度微粒为分散相，分散介质在其间起散相，分散介质在其间起润滑作用。润滑作用。 增大增大 ，粒子相互碰撞，粒子相互碰撞，导致润滑不足，流动阻力导致润滑不足，流动阻力增加，粘度上升。增加，粘度上升。高分子材料成型理论基础课件（3 3）BinhamBinham流体流体特征：特征：较小不流动，呈现凝胶状态，只发较小不流动，呈现凝胶状态，只发生弹性变形；生弹性变形； 当当y y （临界剪切应力），开始流（临界剪切应力），开始流动，流动行为近似牛顿流体，动，流动行为近似牛顿流体，见图见图a a。类型：所有类型：所有高聚物高聚物在其良溶剂中形成的在其良溶剂中形成的浓溶浓溶液液行为与行为与BinhamBinham流体相近。流体相近。 该液体在静止时内部存有凝胶该液体在静止时内部存有凝胶结构，当外加应力大于结构，当外加应力大于 y时，时，凝胶崩溃，流动行为与牛顿流凝胶崩溃，流动行为与牛顿流体相似。体相似。高分子材料成型理论基础课件加工方法加工方法剪切速率剪切速率 S-1加工方法加工方法剪切速率剪切速率 S-1模模压压成型成型混混炼炼与与压压延延挤挤出成型出成型11010102102 103注射成型注射成型纤维纺丝纤维纺丝103104 103105 成型加工方法不同，剪切速率成型加工方法不同，剪切速率 范围范围不同，见表。不同，见表。 成型方法与剪切速率成型方法与剪切速率高分子材料成型理论基础课件2 2、2 2 影响聚合物流变行为的主要因素影响聚合物流变行为的主要因素 聚合物的流变行为主要表现聚合物的流变行为主要表现粘度粘度变化变化a a与成型加工工艺条件（与成型加工工艺条件（T T、P P、n n）有关。）有关。高分子材料成型理论基础课件n转速，反映剪切速率；转速，反映剪切速率；高分子材料成型理论基础课件 描述聚合物熔体粘度的函数关系为：描述聚合物熔体粘度的函数关系为：=f ( =f ( ，T T，P P，M M，) 式中：式中： 剪切速率剪切速率； T T温度；温度； P P静压力（体积的函数）静压力（体积的函数）；外力外力； M M聚合物的分子参数，如相对分子聚合物的分子参数，如相对分子质量质量(Mw)(Mw)、相对分子质量分布等；、相对分子质量分布等； . .各种助剂和添加剂各种助剂和添加剂； 高分子材料成型理论基础课件1 1、剪切速率的影响、剪切速率的影响 聚合物熔体的一个显著特征是具有非聚合物熔体的一个显著特征是具有非牛顿行为，其粘度随剪切速率的增加而下牛顿行为，其粘度随剪切速率的增加而下降。降。 应注意的是：应注意的是：不同聚合物不同聚合物a a对对 及及有不同的依赖性有不同的依赖性 。高分子材料成型理论基础课件 1聚丙烯酸酯聚丙烯酸酯（200）；）；2高密度聚乙烯高密度聚乙烯（190 ）；）；3聚酰胺聚酰胺6（260 ）；）；4醋酸纤维素醋酸纤维素（190 ）；）；5聚苯乙烯聚苯乙烯（204 ）；）；高分子材料成型理论基础课件聚合物聚合物（102S-1）（103S-1）聚合物聚合物（102S-1）（103S-1）POM 2.4HDPE 7.6PA6 1.6LDPE 5.1PA66 1.5PP 5.5PPS 3.2PVC 6.8PC 3.8HIPS 5.0 一些高聚物粘度对剪切速率的一些高聚物粘度对剪切速率的 敏感性指标敏感性指标（102S-1）/（103S-1）高分子材料成型理论基础课件 粘度对粘度对 敏感敏感性性较明显较明显 的有的有LDPE、HDPE、 PP、PS、HIPS、ABS； PPS、PA1010、PA6、PA66 、PBT 、POM和和PC则则对对 不敏感不敏感。 高分子材料成型理论基础课件意义：意义： 粘度对剪切速率敏感的高聚物，提高粘度对剪切速率敏感的高聚物，提高剪切速率可使其粘度下降。使聚合物熔剪切速率可使其粘度下降。使聚合物熔体容易通过浇口体容易通过浇口顺利充满模具型腔顺利充满模具型腔，并，并使大型注塑机使大型注塑机能耗降低能耗降低。但对但对 敏感性大的高聚物的成型，敏感性大的高聚物的成型， 稍微的稍微的 波动都会波动都会影响其制品的质量影响其制品的质量。高分子材料成型理论基础课件成成型型加加工工中中应应如如何何选选择择剪剪切切速速率率的的范范围围？高分子材料成型理论基础课件 2 2、温度的影响、温度的影响 随着温度的升高随着温度的升高，聚合物分子间的相，聚合物分子间的相互作用力减弱，互作用力减弱，聚合物熔体的粘度降低聚合物熔体的粘度降低，流动性增大，流动性增大，如图所示如图所示。 高分子材料成型理论基础课件高分子材料成型理论基础课件式中式中 ： A与材料性质、剪切速率和与材料性质、剪切速率和剪切应力有关的常数；剪切应力有关的常数； E 在恒定剪切速率和恒定剪切在恒定剪切速率和恒定剪切应力下的应力下的聚合物粘流活化能聚合物粘流活化能，是分子链是分子链运动时用以克服分子间作用力，向前迁运动时用以克服分子间作用力，向前迁移所需要的能量；移所需要的能量；或每摩尔运动单元流或每摩尔运动单元流动时所需要的能量动时所需要的能量J/mol； R气体常数，气体常数，8.32J/molK； T绝对温度，绝对温度，K； 在温度为在温度为 T Tf f T T T Td d时，聚合物熔体粘度时，聚合物熔体粘度对温度的依赖性可用对温度的依赖性可用 Andrader Andrader方程来表示。方程来表示。 ln=lnA+Eln=lnA+E /RT RT （1 1） 以以 1/T1/T作图，作图，直线斜率直线斜率 ： E E/R/R。 说明：说明： E E高高，a a 随随T T变化愈大。即粘流活化变化愈大。即粘流活化能越高，能越高，粘度对温度越为敏感。粘度对温度越为敏感。温度升高时，温度升高时，其粘度下降越明显。其粘度下降越明显。 哪些聚合物熔体哪些聚合物熔体E E高？高？高分子材料成型理论基础课件 分子链刚、极性大或有较强极性取代基分子链刚、极性大或有较强极性取代基团的高聚物，团的高聚物，PMMAPMMA、PCPC、PSPS、PAPA、PETPET、PVCPVC等。等。表观黏度对温度敏感高聚物：表观黏度对温度敏感高聚物：高分子材料成型理论基础课件 了解聚合物熔体的粘度对温度的敏感性，了解聚合物熔体的粘度对温度的敏感性，在成型加工中的作用：在成型加工中的作用： a a 对对T T敏感的高聚物可通过温度调节敏感的高聚物可通过温度调节聚合物熔体的粘度，以适应工艺的需要；聚合物熔体的粘度，以适应工艺的需要； 在加工中要注意稍小的温度波动都会在加工中要注意稍小的温度波动都会对对 a a 产生影响，从而影响制品质量的稳定产生影响，从而影响制品质量的稳定性性 。 高分子材料成型理论基础课件注意：注意： 并不是并不是a a 对对T T不敏感的高聚物其不敏感的高聚物其a a 不能用不能用T T进行调节（进行调节（PPPP、PEPE、POMPOM）。）。 对于高聚物而言，对于高聚物而言，T TT Td d时，提高加工时，提高加工温度都会增大其流动性。温度都会增大其流动性。高分子材料成型理论基础课件3 3、压力的影响、压力的影响 聚集态中存在某些空穴聚集态中存在某些空穴自由体积。自由体积。聚合物熔体是可压缩的流体。聚合物熔体是可压缩的流体。 在成型加工过程中聚合物熔体受到自在成型加工过程中聚合物熔体受到自身身流体静压力流体静压力和和外部作用力外部作用力的作用。的作用。 高分子材料成型理论基础课件 例如：成型压力例如：成型压力:l:l10MPa10MPa， 聚合物熔体体积压缩量聚合物熔体体积压缩量l%l%。 注塑成型时，注射压力可达注塑成型时，注射压力可达100MP100MP，出现明，出现明显的体积压缩。显的体积压缩。 体积压缩体积压缩自由体积减少（分子间距离缩自由体积减少（分子间距离缩小）小）导致流体的粘度增加，导致流体的粘度增加，流动性降低。流动性降低。 结论：增大压力使聚合物熔体的粘度上升。结论：增大压力使聚合物熔体的粘度上升。 高分子材料成型理论基础课件高分子材料成型理论基础课件聚合物粘度对压力变化的敏感性：聚合物粘度对压力变化的敏感性：支化的支化的LDPELDPE比线型的比线型的HDPEHDPE自由体积大，分自由体积大，分子堆砌较松，可压缩性大；子堆砌较松，可压缩性大；PSPS、PMMAPMMA侧基较大，自由体积较大；侧基较大，自由体积较大； 以上说明：对某些聚合物以上说明：对某些聚合物单纯通过增单纯通过增大压力来提高熔体的流速并不恰当大压力来提高熔体的流速并不恰当，过大，过大的压力还会造成能耗过大和设备的更大磨的压力还会造成能耗过大和设备的更大磨损。损。高分子材料成型理论基础课件