【正文】 的結(jié)構(gòu)有關(guān)。 樹(shù)脂基復(fù)合材料按聚合物特性 ( 樹(shù)脂 ) 分類 聚合物加工的理論基礎(chǔ) 第一章 材料的加工性 聚合物具有一些特有的加工性質(zhì)，如有良好的可模塑性 Moudability)，可擠壓性 (Extrudbility) ，可紡性 (Sinnability) 和可延性 Stretchability) 正是這些加工性質(zhì)為聚合物材料提供了適于多種多樣加工技術(shù)的可能性，也是聚合物能得到廣泛應(yīng)用的重要原因。 ①聚合物基復(fù)合材料．通常說(shuō)的樹(shù)脂基復(fù)合材料歸屬此類。 缺點(diǎn) (1)玻璃鋼的彈性模量較低； (2)耐熱性遠(yuǎn)低于金屬，目前高性能樹(shù)脂基復(fù)合材料長(zhǎng)期使用溫度在 250 ℃ 以下，一般玻璃鋼在 60100 ℃ 以下； (3)可燃，雖可做到阻燃或自熄，但燃燒時(shí)冒黑煙、有臭味； (4)表面硬度低，易劃痕，耐磨性差； (5)存在老化問(wèn)題； (6)生產(chǎn)要注意安全防護(hù)； (7)產(chǎn)品質(zhì)量離散系數(shù)大； (8)沖擊、剪切強(qiáng)度低無(wú)屈服點(diǎn)，受力過(guò)程中可產(chǎn)生分層； (9) 影響性能的因素多，難以達(dá)到理想的性能，至今尚未建立完善的設(shè)計(jì)公式與數(shù)據(jù)庫(kù)。有的玻璃鋼 ( 酚醛基體 ) 耐瞬時(shí)高溫 (3800 ℃ ) ，是很好的耐燒蝕材料。 ?電性能好絕緣性可達(dá)到甚高水平，但亦可做成防靜電的或?qū)щ姷脑诟哳l下能保持良好的介電性能。這樣，在短期內(nèi)不致于使整個(gè)構(gòu)件喪失承載能力。 ?減振性好復(fù)合材料中的纖維與樹(shù)脂基體界面有吸振能力，故其振動(dòng)阻尼甚高，可避免共振而致的破壞曾對(duì)形狀。這對(duì)要求自重輕的產(chǎn)品意義頗大。 復(fù)合材料的最大特點(diǎn)是復(fù)合后的材料特性優(yōu)于組成該復(fù)合材料的各單一材料之特性增強(qiáng)材料的性能隨其組成材料含量及分布情況而變，基體材料的性能、含量，增強(qiáng)材料與基體材料間的界面結(jié)合情況及其復(fù)合方式與工藝等是決定復(fù)合材料性能的基本因素。 樹(shù)脂基復(fù)合材料的特性 ? 輕質(zhì)高強(qiáng) 比強(qiáng)度、比模量高 強(qiáng)度、模量分別除以密度之值，是衡量樹(shù)料承載能力的指標(biāo)之一。 優(yōu)點(diǎn) ? 抗疲勞性能好疲勞破壞是材料在交變裁荷作用下，由于微觀裂縫的形成和擴(kuò)展而造成的低應(yīng)力破壞金屬材料的疲勞破壞是由里向外突然發(fā)展的，往往爭(zhēng)先無(wú)征兆，而纖維復(fù)合材料中纖維與基體的界面能阻止裂紋擴(kuò)展，其疲勞破壞總是從材料的薄弱環(huán)節(jié)開(kāi)始，逐漸擴(kuò)展，破壞前有明顯的征兆。尺寸相同的 輕金屬合金 及 碳纖維復(fù)合材料 所制的懸臂梁作過(guò)振動(dòng)試驗(yàn)，前者需 9 s才能停止振動(dòng)，后者僅需 s。 ? 耐化學(xué)腐蝕 常見(jiàn)的熱面性破璃鋼一般都耐酸、稀堿、鹽、有機(jī)溶劑、海水并耐濕熱塑性玻璃鋼耐化學(xué)腐蝕性一般較熱固性為佳。不受電磁作用，不反射電磁波，能透過(guò)微波。 ?可制得透明及各種色彩的產(chǎn)品；藉助加強(qiáng)肋、夾芯結(jié)構(gòu)、波紋等可使制品獲得所需的強(qiáng)度與模量；各種組件、構(gòu)件可在主體成型中一并嵌入成型，脫模后工時(shí)大為縮減；易于修補(bǔ)與保養(yǎng)；隔磁、隔音。 復(fù)合材料的組成分為兩大部分：基體與增強(qiáng)材料。 ②金屬基復(fù)合材料。 第一節(jié) 聚合物材料的加工性 一、聚合物的可擠壓性 聚合物在加工過(guò)程中常受到擠壓作用，例如聚合物在擠出視和注塑機(jī)料筒申、壓延機(jī)輥筒間，以及在模具中部受到擠壓作用。擠壓過(guò)程聚合物熔體的流動(dòng)速率隨壓力增大而增加，通過(guò)流動(dòng)速率的測(cè)定可以決定加工時(shí)所需的壓力和設(shè)備的幾何尺寸。 可模塑性主要取決于材料的流變性，熱性質(zhì)和其它物理力學(xué)性質(zhì)，熱固性聚合物還與聚合構(gòu)的 化學(xué)反應(yīng)性 有關(guān)。 三、聚合物的可紡性 可紡性 是指聚合物材料通過(guò)加工形成連續(xù)的固態(tài)纖維的能力它主要取決于材料的流變性質(zhì)，熔體粘度、熔體強(qiáng)度以及熔體的熱穩(wěn)定性和化學(xué)穩(wěn)定性等。 α稱為細(xì)頸角 1 通知 ? 下周五做實(shí)驗(yàn)，時(shí)間： 8： 00，不得遲到（具體內(nèi)容周三通知）； ? 下周三理論課，不得缺課和遲到，違者取消本課程成績(jī)； ? 提交實(shí)習(xí)報(bào)告、實(shí)習(xí)日記。具有可模塑性的材料可通過(guò)注射、模壓和擠出等成型方法制成各種形狀的模塑制品。 一、聚合物的粘彈性形變與加工條件的關(guān)系 按照經(jīng)典的粘彈性理論，加工過(guò)程線型聚合物的總形變 γ可以看成是普彈形變 γE, 推遲高彈形變 γH 和粘性形變 γV三部分所組成，可用下式表示； σ為作用外力 。 第二章 聚合物的流變性質(zhì) 大多數(shù)加工中，聚合物都要產(chǎn)生流動(dòng)和形變 , 研究物質(zhì)形變與流動(dòng)的科學(xué)稱為流變學(xué) (流動(dòng)學(xué) ) 。應(yīng)變方式和應(yīng)變速率與外力的性質(zhì)和作用位置有關(guān)在上述三種應(yīng)力作用下的應(yīng)變相應(yīng)為簡(jiǎn)單的剪切、簡(jiǎn)單的拉伸和流體靜壓力的均勻壓縮。 低分子液體的流動(dòng)時(shí)應(yīng)力和剪切速率之間存在關(guān)系可表示為： 二、非牛頓流體及其流變行為 ? 由于大分子的長(zhǎng)鏈結(jié)構(gòu)和纏繞聚合物熔體、溶液和懸浮體的流動(dòng)行為遠(yuǎn)比低分子液體復(fù)雜，在寬廣的剪切速率范圍內(nèi)，這類液體流動(dòng)時(shí)剪切力和剪切速率不再成比例關(guān)系，液體的粘度也不是一個(gè)常數(shù)，因而聚合物液體的流變行為不服從牛頓流動(dòng)定律。 根據(jù)應(yīng)變中有彈性效應(yīng)和應(yīng)變時(shí)事件的關(guān)系，通?？蓪⒎桥ｎD流體分為三種類型： 非牛頓流體的應(yīng)力 —應(yīng)變關(guān)系曲線如圖。對(duì)成型來(lái)說(shuō)，剪切速率不能很寬。指數(shù) n 在雙對(duì)數(shù)座標(biāo)圖上是直線的斜率。斜率大于 1(即 n ＞ 1) 時(shí)是膨脹性液體，斜率小于 1(即 n ＜ 1) 則為假塑性液體。 k 值愈小愈粘稠。 ?在較低的剪切速率范內(nèi)，雖然大分子的構(gòu)象變化和雙重運(yùn)動(dòng)有足夠時(shí)間使應(yīng)變適應(yīng)應(yīng)力的作用，但由于熔體中大分子的熱運(yùn)動(dòng)十分強(qiáng)烈，削弱或破壞了大分子應(yīng)變對(duì)應(yīng)力的依賴，以致粘度不發(fā)生改變。假塑性行為的聚合物溶液或分散體，增大剪切速率迫使低分子物質(zhì) ( 溶劑 ) 從原來(lái)穩(wěn)定體系中分離出來(lái)，溶劑的被擠出導(dǎo)致體系的破壞，使無(wú)規(guī)線團(tuán)或粒子的尺寸縮小。 兩種變化趨勢(shì)： 切力增稠 若因新結(jié)構(gòu)形成而導(dǎo)致表觀粘度隨 γ 增大而增加的現(xiàn)象。 剪應(yīng)力不大或剪切速率很低時(shí)，液體的潤(rùn)滑作用 ，大致保持原有緊密堆砌，懸浮液有恒定的表觀粘度，在低剪切速率范圍，膨脹性液體也表現(xiàn)出牛頓型流動(dòng)行為。 ?一種看法認(rèn)為剪切速率很高時(shí)，聚合物中網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的破壞和高彈形變已達(dá)極限狀態(tài)，繼續(xù)增大 τ 或 γ對(duì)聚合物液體的結(jié)構(gòu)已不再產(chǎn)生影響，液體的粘度已下降到最低值； ?另一種看法認(rèn)為剪切速率很高時(shí)，熔體中大分子 構(gòu)象和雙重運(yùn)動(dòng)的應(yīng)變來(lái)不及適應(yīng) τ 或 γ 的改變 ，以致液體的流動(dòng)行為表現(xiàn)出牛頓型流動(dòng)的特征，粘度保持為常數(shù)在高剪切速率范圍，這種不依賴于剪切速率的粘度稱為極限粘度 ( 有時(shí)又稱為第二牛頓粘度 ) ，以 η ∞ 表示。 賓漢液體在靜止時(shí)內(nèi)部具有 凝膠結(jié)構(gòu) 只有當(dāng)外力大于 ?y時(shí)，凝膠結(jié)構(gòu)破壞，流體開(kāi)始流動(dòng)。 ( 三 ) 粘彈性液體 PE, PMMA 以及 PS 的熔體等液體中彈性行為是流動(dòng)過(guò)程中聚合物大分子構(gòu)象改變 ( 卷曲變?yōu)樯煺?) 所引起。反之將以彈性形變?yōu)橹鳌? 熱固性聚合物 加熱不僅材料熔融、能在壓力下產(chǎn)生流動(dòng)、變形和獲得所需形狀等物理作用；還能使活性基團(tuán)的組分在高的溫度下產(chǎn)生交聯(lián)反應(yīng)，最終完成硬化等化學(xué)作用熱固性材料硬化后，粘度變?yōu)闊o(wú)限大，失去了再次軟化、流動(dòng)和通過(guò)加熱而改變形狀的能力 。 較低溫度范圍內(nèi)，在 Tmax 以下，粘度隨溫度升高而降低，交聯(lián)之前流動(dòng)隨溫度上升而增加；在 Tmax 以上，化學(xué)交聯(lián)反應(yīng)起主導(dǎo)作用，流動(dòng)性迅速降低所以交聯(lián)速度可以通過(guò)溫度來(lái)控制。 第二節(jié) 影響聚合物流變行為的主要因素 一、溫度對(duì)粘度的影響 粘度對(duì)溫度的依賴關(guān)系可用 Andrade 公式表示： lnη＝ 1nA+Eη／ RT 給定條件下，由于 A, R 和 Eη 均為常數(shù)，黏度 η 僅與溫度 (T 或 1/T) 有關(guān)。由此推得半經(jīng)驗(yàn)的 方程，可計(jì)算溫度 T 時(shí)的粘度。 二、壓力對(duì)黏度的影響 外部壓力的作用 (一般可達(dá) 100 ～ 3000 kg/cm2) 能使聚合物受到壓縮而減小體積。 PE中壓力由 100 KN/ m2 升高到 100 MN／ m2 時(shí) ( 兆帕，通常注射成型的壓力 ) ，就會(huì)使 PE 的表現(xiàn)粘度增加 倍由于聚合物的壓縮率不同，故黏度對(duì)壓力的敏感性也不同。 三、黏度對(duì)剪切速率或剪應(yīng)力的依賴性 多數(shù)聚合物為非牛頓型，粘度對(duì)剪切速率有依賴性當(dāng)剪切速率增加時(shí)，大多數(shù)聚合物熔體的粘度下降。此時(shí) γ 的波動(dòng)不會(huì)造成制品質(zhì)量的顯著差別。 ?鏈的剛硬性增加和分子間吸引力愈大，熔體粘度對(duì)溫度的敏感性增加，如 PC， PS， PETD 等。 Flory :分子量低于 5000～ 15000 的范圍時(shí)，熔體的粘度與其重均分予量 Mw 成直線；大于 5000～ 15000 以上時(shí)，一定溫度下，熔體粘度隨分子量增高而呈指數(shù)函數(shù)關(guān)系升高 , 500015000 這個(gè)數(shù)量級(jí)的分子量稱為臨界分子量 ( 或纏結(jié)分子量 ) Mc 。 添加劑分為兩類，即粉末或纖維狀的固體物質(zhì)。 壓力流動(dòng) 流動(dòng)中液體只受到剪切作用，并且由于粘度很高，通常情況下都是穩(wěn)態(tài)流動(dòng)； 收斂流動(dòng) 在截面尺寸逐漸變小的錐形管或其它形狀管道中的流動(dòng) .這種流動(dòng)不僅有剪切作用，而且還有拉伸作用。 一、聚合物液體在圓管中的流動(dòng) ΣF ＝ Fl 十 F2 十 F3 ＝ 0 用 Δ P/ L 代替 Δ P/L, 得任意半徑 r 處的剪應(yīng)力 管軸處： r=0, τr =0. 管壁處： r=R, 任意半徑 r 處的剪應(yīng)力 τr 與管壁處最大剪應(yīng)力 τR 關(guān)系 : 積分 : 當(dāng) r=0 時(shí)，管中心液體的流速為 : 任意半徑 r 處液體的流速為 討論： ?拋物線形的速度分布； ?中心處的速度最大。 ?n 愈小，管中心部分的速度分布愈平坦，曲線形狀類似于柱塞 , 稱這種流動(dòng)為 柱塞流動(dòng) 。拋物線型流動(dòng)不僅能使液體受到較大的剪切作用，而且在液體近入小管處因有旋渦流動(dòng)存在，增大了擾動(dòng)，它能提高混合的均勻程度，這兩種流動(dòng)型式的差別如下圖所示。 (二 ) 圓管中的非等溫流動(dòng) 等溫流動(dòng)實(shí)際上是一種理想狀態(tài)下的流動(dòng)。但實(shí)踐證明，在管道的有限長(zhǎng)度范圍內(nèi)將液體當(dāng)成等溫流動(dòng)來(lái)處理并不引起過(guò)大的偏差，卻可簡(jiǎn)化計(jì)算過(guò)程。 液體的流速在壁面為零 , 在中平由處最大： 在距中平面任意位置 h 處 Z 方向的流速為 流動(dòng)方向流速分布曲線有拋物線形特征按 υ/ υ最大所繪之等速線平行于長(zhǎng)邊，沿?cái)嗝鎸挾? W 的大部分彼此平行，是一維流動(dòng)。 剪切速率在壁面處 (h=H) 最大： 說(shuō)明非牛頓流體在狹縫間進(jìn)行穩(wěn)態(tài)流動(dòng)時(shí)，其流動(dòng)行為與圓管中的流動(dòng)行為相似。 擠出線纜包復(fù)物時(shí)是一維流動(dòng)。此時(shí)在螺槽的不同深度 (即不同 y值 ) 出現(xiàn)流動(dòng)速度由正值向負(fù)值的過(guò)渡，正反流速相等處的位置隨兩種流動(dòng)成分的組成而變化，當(dāng) Qp＝ QD時(shí)，在螺槽深度為 y/H＝ 2/3處流速為零。 環(huán)形流動(dòng)不影響流率的變化，但對(duì)聚合物的混合塑化和熱交換有促進(jìn)作用。 粘彈性聚合物熔休受拉仲時(shí)也能產(chǎn)生收斂流動(dòng)，此時(shí)熔體被拉長(zhǎng)變細(xì)，又稱收斂流動(dòng)為拉伸流動(dòng)。 PA,聚丙烯酸、 POM以及 ABS 聚合物等 ,甚至在拉應(yīng)力高達(dá) 1 MN/m2 時(shí) λ也不隨拉應(yīng)力變化。大多數(shù)聚合物 η 隨 τ或 γ增加而降低，相反，對(duì)大多數(shù)聚合物來(lái)說(shuō) λ隨 σ或 ε增加而增大在高應(yīng)變速率范圍， λ甚至比 η的 3 倍還要大 1 ～ 2 個(gè)數(shù)量級(jí)。實(shí)驗(yàn)測(cè)定，在層流條件下對(duì)牛頓液體 Le 約為 D對(duì)大多數(shù)聚合物，膨脹的程度用液流離開(kāi)管口后自然流動(dòng) ( 即無(wú)拉伸 ) 時(shí)膨脹的最大直徑 Df 對(duì)管子出口端直徑 D 之比 Df/D 表示，通常又稱 Df/ D 為膨脹比。當(dāng)形成低粘度層時(shí)，彈性回復(fù)滑移作用使管子中流速分布發(fā)生改變，滑移區(qū)域的液體流速增加，軸壓力降減小，層流流動(dòng)被破壞 (圖 b) 。隨不穩(wěn)定流動(dòng)程度的差異，這些皺紋從人字形、魚(yú)鱗狀到紅色皮狀不等，或密或疏。 一、毛細(xì)管粘度計(jì) P 施加于拄塞上的力 ( 公斤 ) ， D 柱塞直徑 ( 厘米 ) ； S 柱塞斷面積 (厘米 2) ，直流 毛細(xì)管直 徑 ( 厘米 ) ； Lc 毛細(xì)管長(zhǎng)度 ( 厘米 ) ； υ 柱塞下移速度 ( 厘米／分 ) 該剪切速率下的表觀粘度： 二、旋轉(zhuǎn)粘度計(jì) ( 一 ) 轉(zhuǎn)筒式粘度計(jì)計(jì) ( 二 ) 錐 — 板黏度計(jì) 三、落球粘度計(jì) 第四章 聚合物加工過(guò)程的物理和化學(xué)變化 第一節(jié) 成型加工過(guò)程中聚合物的結(jié)晶 聚合物加工過(guò)程，熔體冷卻結(jié)晶時(shí)，通常生成球晶。 聚合物結(jié)晶過(guò)程只能在 Tg＜ T ＜ Tf 發(fā)生但 T～ Tm 區(qū)間溫度對(duì)這兩個(gè)過(guò)程有不同的影響。溫度升高有利于鏈段運(yùn)動(dòng)，晶體生長(zhǎng)速度最大時(shí)的溫度偏向 Tm一側(cè)。結(jié)晶時(shí)體積減小，因此如果以 ΔV∞代表完全結(jié)晶時(shí)聚合物的體積變化； ΔVt 代表時(shí)間 t 時(shí)結(jié)品時(shí)的體積變化，則 (ΔV∞ /ΔVt) 表示時(shí)間 t 時(shí)已經(jīng)結(jié)晶的分?jǐn)?shù)， Δ