【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 許多因素的影響，如塑 料的物料性能，顆粒形狀及大小，料筒及螺桿表面的光潔度及材質(zhì)，相對(duì)運(yùn)動(dòng)的速度，塑料與金屬的接觸壓力及作用時(shí)間等等。 不同的聚合物其磨擦系數(shù)是不同的。當(dāng)塑料與金屬磨擦?xí)r，磨擦系數(shù)與磨擦中的接觸面積，與塑料對(duì)金屬的附著力以及剪切強(qiáng)度有關(guān)。因此磨擦系數(shù)不僅與高聚物的物理性質(zhì)有關(guān)，而且與影響物理 — 機(jī)械性質(zhì)的外界壓力，速度和溫度有關(guān)。 在高壓高速下塑料的熱傳導(dǎo)性能很差產(chǎn)生的熱量不易散出，使塑料發(fā)生大的變形表面破壞，因此壓力和速度對(duì)磨擦系數(shù)均有影響。 一般情況下，塑料的磨擦系數(shù)隨載荷的加大而稍許降低。聚合物材料的干磨擦系 數(shù)，隨著相對(duì)速度的提高有增加的趨勢(shì)。 二 相容性 相容性是指兩種不同品級(jí)的聚合物在熔融狀態(tài)下能否相互混溶的一種性質(zhì)。相容性不好的聚合 8 物混熔在一起，制品會(huì)出現(xiàn)分層現(xiàn)象。不同類型聚合物的相容性是不一樣的，這與分子結(jié)構(gòu)有一定關(guān)系；分子結(jié)構(gòu)相近者易相容；反之難容。例如，借助于聚碳酸酯和聚乙烯之間的互容性，在聚碳酸酯中加入30~50%聚乙烯可使伸長(zhǎng)率提高 30%，沖擊強(qiáng)度提高４倍，并使熔體的粘度降低。近年來(lái)，利用聚合物之間的相容特性，使共混料品級(jí)日益增多，受到人們的普遍重視。 三 表觀密度 大多數(shù)熱塑性塑料致密狀的 相對(duì)密度為 ~~。如果物料的表觀密度低，使均勻加料發(fā)生困難，就易出現(xiàn)“架橋”現(xiàn)象。這樣會(huì)影響輸送效率和塑化質(zhì)量的穩(wěn)定性。為此有的在料斗中設(shè)置有攪拌器，或者采用定量的加料調(diào)節(jié)裝置，對(duì)進(jìn)料量調(diào)節(jié)和控制，保證連續(xù)，均勻地加料。 第三節(jié) 聚合物的力學(xué)特性 １形變與應(yīng)力關(guān)系 材料的力學(xué)特性是指材料在外力的作用下，產(chǎn)生變形，流動(dòng)與破壞的性質(zhì)，反應(yīng)材料基本力學(xué)性質(zhì)的量主要有兩類；一類是反應(yīng)材料變形情況的量如模量或柔度，泊桑比；另一類是反應(yīng)材料破壞過(guò)程的量， 如比例極限，拉伸強(qiáng)度，屈服應(yīng)力，拉伸斷裂等作用。從力學(xué)觀點(diǎn)看，材料破壞是一個(gè)過(guò)程而不是一個(gè)點(diǎn)。 ２應(yīng)力與時(shí)間的關(guān)系 應(yīng)力對(duì)其作用時(shí)間的依賴性，這是聚合物材料主要特征之一。聚合物在較高溫度下力作用時(shí)間較短的應(yīng)力松馳行為和在溫度較低力作用時(shí)間較長(zhǎng)的應(yīng)力松馳行為是一致的。 ３形變與時(shí)間關(guān)系 聚合物材料在一定溫度下承受恒定載荷時(shí)，將訊速地發(fā)生變形，然后在緩慢的速率下無(wú)限期地變形下去。若載荷足夠高時(shí)變形會(huì)繼續(xù)到斷裂為此。這種在溫度和載荷都是恒定的條件下，變形對(duì)時(shí)間依賴的性質(zhì)，即稱蠕變性質(zhì)。 第四節(jié) 聚合物的流變性能 一概 述 注塑中把聚合物材料加熱到熔融狀態(tài)下進(jìn)行加工。這時(shí)可把熔體看成連續(xù)介質(zhì)，在機(jī)器某些部位上，如螺桿，料筒，噴嘴及模腔流道中形成流場(chǎng)。在流場(chǎng)中熔體受到應(yīng)力，時(shí)間，溫度的聯(lián)合作用發(fā)生形變或流動(dòng)。這樣聚合物熔體的流動(dòng)就和機(jī)器某些幾何參數(shù)和工藝參數(shù)發(fā)生密切的聯(lián)系。 處于層流狀態(tài)下的聚合物熔體，依本身的分子結(jié)構(gòu)和加工條件可分近似牛頓型和非牛頓型流體它們的流變特性暫不予祥細(xì)介紹。 1 關(guān)于流變性能 （ 1）剪切速率，剪切應(yīng)力對(duì)粘度的影響 通常，剪切應(yīng)力隨剪切速率提高而增加，而粘度卻隨剪切速率或剪切應(yīng)力的增加而下降。 剪切粘度對(duì)剪切速率的依賴性越強(qiáng)，粘度隨剪切速率的提高而訊速降低，這種聚合物稱作剪性聚合物，這種剪切變稀的現(xiàn)象是聚合物固有的特征，但不同聚合物剪切變稀程度是不同的，了解這一點(diǎn)對(duì)注塑有重要意義。 9 （ 2）離模膨脹效應(yīng) 當(dāng)聚合物熔體離開(kāi)流道口時(shí)，熔體流的直徑，大于流道出口的直徑，這種現(xiàn)象稱為離模膨脹效應(yīng)。 普遍認(rèn)為這是由聚合物的粘彈效應(yīng)所引起的膨脹效應(yīng)，粘彈效應(yīng)要影響膨脹比的大小，溫度，剪切速率和流道幾何形狀等都能影響熔體的膨脹效應(yīng)。所以膨脹效應(yīng)是熔體流動(dòng)過(guò)程中的彈性反映，這種行為與大分子沿流動(dòng)方向的剪切應(yīng)力作用和 垂直于流動(dòng)方向的法向應(yīng)力作用有關(guān)。 在純剪切流動(dòng)中法向效應(yīng)是較小的。粘彈性熔體的法向效應(yīng)越大則離模膨脹效應(yīng)越明顯。流道的影響；假如流道長(zhǎng)度很短，離模效應(yīng)將受到入口效應(yīng)的影響。這是因?yàn)檫M(jìn)入澆口段的熔體要收劍流動(dòng)，流動(dòng)正處在速度重新分布的不穩(wěn)定時(shí)期，如果澆口段很短，熔體料流會(huì)很快地出口，剪切應(yīng)力的作用會(huì)突然消失，速度梯度也要消除，大分子發(fā)生蜷曲，產(chǎn)生彈性恢復(fù)，這會(huì)使離模膨脹效應(yīng)加劇。如果流道足夠長(zhǎng)，則彈性應(yīng)變能有足夠的時(shí)間進(jìn)行彈性松馳。這時(shí)影響離模膨脹效應(yīng)的主要原因是穩(wěn)定流動(dòng)時(shí)的剪切彈性和法向效應(yīng)的作用。 （ 3）剪切速率對(duì)不穩(wěn)定流動(dòng)的影響 剪切速率有三個(gè)流變區(qū)：低剪切速率區(qū)，在低剪切速率下被破壞的高分子鏈纏結(jié)能來(lái)得及恢復(fù)，所以表現(xiàn)出粘度不變的牛頓特性。中剪切區(qū)，隨著剪切速率的提高，高分子鏈段纏結(jié)被順開(kāi)且來(lái)不及重新恢復(fù)。這樣就助止了鏈段之間相對(duì)運(yùn)動(dòng)和內(nèi)磨擦的減小。可使熔體粘度降低二至三個(gè)數(shù)量級(jí)，產(chǎn)生了剪切稀化作用。在高剪切區(qū)，當(dāng)剪切速率很高粘度可降至最小，并且難以維持恒定，大分子鏈段纏結(jié)在高剪切下已全部被拉直，表現(xiàn)出牛頓流體的性質(zhì)。如果剪切速率再提高，出現(xiàn)不穩(wěn)定流動(dòng)，這種不穩(wěn)定流動(dòng)形成彈性湍流熔體出現(xiàn)波紋，破裂現(xiàn)象 是熔體不穩(wěn)定 的重要標(biāo)志。 當(dāng)剪切速率達(dá)到彈性湍流時(shí)，熔體不僅不會(huì)繼續(xù)變稀，反而會(huì)變稠。這是因?yàn)槿垠w發(fā)生破裂。 （ 4）溫度對(duì)粘度的影響 粘度依賴于溫度的機(jī)理是分子鏈和“自由體積”與溫度之間存在著關(guān)聯(lián)。當(dāng)在玻璃化溫度以下時(shí)，自由體積保持恒定，體積隨溫度增長(zhǎng)而大分子鏈開(kāi)始振動(dòng)。當(dāng)溫度超過(guò)玻璃化溫度時(shí)，大鏈段開(kāi)始移動(dòng)，鏈段之間的自由體積增加，鏈段與鏈段之間作用力減小，粘度下降。不同的聚合物粘度對(duì)溫度的敏感性有所不同。 （ 5）壓力對(duì)粘度的影響 聚合物熔體在注塑時(shí)，無(wú)論是預(yù)塑階段，還是注射階段，熔體都要經(jīng)受內(nèi)部 靜壓力和外部動(dòng)壓力的聯(lián)合作用。保壓補(bǔ)料階段聚合物一般要經(jīng)受 1500~2020kgf/cm2 壓力作用，精密成型可高達(dá)4000kgf/cm2,在如此高的壓力下，分子鏈段間的自由體積要受到壓縮。由于分子鏈間自由體積減小，大分子鏈段的靠近使分子間作用力加強(qiáng)即表現(xiàn)粘度提高。 在加工溫度一定時(shí)，聚合物熔體的壓縮性比一般液體的壓縮性要大，對(duì)粘度影響也較大。由于聚合物的壓縮率不同，所以粘度對(duì)壓力的敏感性也不同；壓縮率大的敏感性大。 聚合物也由于壓力提高會(huì)使粘度增加，能起到和降低熔體溫度一樣的等效作用。 （ 6）分子量對(duì)粘度的 影響 一般情況下粘度隨分子量增加而增加，由于分子量增加使分子鏈段加度，分子鏈重心移動(dòng)越慢，鏈段間的相對(duì)們移抵消機(jī)會(huì)越多，分子鏈的柔性加大纏結(jié)點(diǎn)增多，鏈的解脫和滑移困難。使流動(dòng)過(guò)程助力增大，需要的時(shí)間和能量也增加。 由于分子量增加引起聚合物流動(dòng)降低，使注塑困難，因此常在高分子量的聚合物中加入一些低分子 10 物質(zhì)，如增塑劑等，來(lái)降低聚合物的分子量，以達(dá)到減小粘度，改善加工性能。 第三章 制品成型機(jī)理 第一節(jié) 結(jié)晶效應(yīng) 1 結(jié)晶概念 聚合物的超分子結(jié)構(gòu)對(duì)注塑條件及制品性能的影響非常明顯。聚合物按其超分子結(jié)構(gòu)可分為結(jié)晶型和非 結(jié)晶型，結(jié)晶型聚合物的分子鏈呈有規(guī)則的排列，而非結(jié)晶態(tài)聚合物的分子鏈呈不規(guī)則的無(wú)定型的排列。不同形態(tài)表現(xiàn)出不同的工藝性質(zhì)誤物理 — 機(jī)械性質(zhì)。一般結(jié)晶型聚合物具有耐熱性和較高的機(jī)械強(qiáng)度，而非結(jié)晶型則相反。分子結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，對(duì)稱性高的聚合物都能生成結(jié)晶，如 PE等，分子鏈節(jié)雖然大，但分子間的作用力很強(qiáng)也能生成結(jié)晶，如 POM,PA等。分子鏈剛性大的聚合物不易生成結(jié)晶，如 PC,PSU,PPO 等。 評(píng)定聚合物結(jié)晶形態(tài)的標(biāo)準(zhǔn)是晶體形狀，大小及結(jié)晶度。 2 聚合物結(jié)晶度對(duì)制品性能的影響 （ 1）密度 . 結(jié)晶度高說(shuō)明多數(shù)分子鏈已排列 成有序而緊密的結(jié)構(gòu)，分子間作用力強(qiáng)，所以密度隨結(jié)晶 度提高而加大，如 70%結(jié)晶度的 PP，其密度為 ,當(dāng)結(jié)晶度增至 95%時(shí)則密度增至 。 （ 2）拉伸強(qiáng)度 結(jié)晶度高，拉伸強(qiáng)度高。如結(jié)晶度 70%的聚丙烯其拉伸強(qiáng)度為 ，當(dāng)結(jié)晶度增至 95%時(shí)，則拉伸強(qiáng)度可提高到 42mpa。 （ 3）沖擊強(qiáng)度 沖擊強(qiáng)度隨結(jié)晶度提高而減小，如 70%結(jié)晶度的聚丙烯，其缺口沖擊強(qiáng)度,當(dāng)結(jié)晶度 95%時(shí)，沖擊強(qiáng)度減小到 。 （ 4）熱性能 結(jié)晶度增加 有助于提高軟化溫度和熱變形溫度。如結(jié)晶度為 70%的聚丙烯，載荷下的熱變形溫度為 125 度，而結(jié)晶度 95%時(shí)側(cè)為 151 度。剛度是注塑制品脫模條件之一，較高的結(jié)晶度會(huì)減少制品在模內(nèi)的冷卻周期。結(jié)晶度會(huì)給低溫帶來(lái)脆弱性，如結(jié)晶度分別為 55%， 85%， 95%的等規(guī)聚丙烯其脆化溫度分別為 0 度， 10 度， 20 度。 （ 5）翹曲 結(jié)晶度提高會(huì)使體積減小，收縮加大，結(jié)晶型材料比非結(jié)晶型材料更易翹曲，這是因?yàn)橹破吩谀?nèi)冷卻時(shí)，由于溫度上的差異引起結(jié)晶度的差異，使密度不均，收縮不等，導(dǎo)致產(chǎn)生較高的內(nèi)應(yīng)力而引起翹曲，并使耐應(yīng)力 龜裂能力降低。 （ 6）光澤度 結(jié)晶度提高會(huì)增加制品的致密性。使制品表面光澤度提高，但由于球晶的存在會(huì)引起光波的散射，而使透明度降低。 3 影響結(jié)晶度的因素 （ 1）溫度及冷卻速度 結(jié)晶有一個(gè)熱歷程，必然與溫度有關(guān)，當(dāng)聚合物熔體溫度高于熔融溫度時(shí)大分子鏈的熱運(yùn)動(dòng)顯著增加，到大于分子的內(nèi)聚力時(shí)，分子就難以形成有序排列而不易結(jié)晶；當(dāng)溫度過(guò)低時(shí)，分子鏈段動(dòng)能很低，甚至處于凍結(jié)狀態(tài)，也不易結(jié)晶。所以結(jié)晶的溫度范圍是在玻璃化溫度和熔融溫度之間。在高溫區(qū)（接近熔融溫度），晶核不穩(wěn)定，單位時(shí)間成核數(shù)量少，而在低 溫區(qū)（接近玻璃化溫度）自由能低，結(jié)晶時(shí)間長(zhǎng)，結(jié)晶速度慢，不能為成核創(chuàng)造條件。這樣在熔融溫度和玻璃化溫度之間存在一個(gè)最高的結(jié)晶速度和相應(yīng)的結(jié)晶溫度。 溫度是聚合物結(jié)晶過(guò)程最敏感性因素，溫度相差 1度，則結(jié)晶速度可能相差很多倍。聚合物從熔點(diǎn) 11 溫度以上降到玻璃化溫度以下，這一過(guò)程的速度稱冷卻速度，它是決定晶核存在或生長(zhǎng)的條件。注塑時(shí)，冷卻速度決定于熔體溫度和模具溫度之差，稱過(guò)冷度。根據(jù)過(guò)冷度可分以下三區(qū)。 a 等溫冷卻區(qū)，當(dāng)模具溫度接近于最大結(jié)晶速度溫度時(shí)，這時(shí)過(guò)冷度小，冷卻速度慢，結(jié)晶幾乎在靜態(tài)等溫條件下進(jìn)行，這時(shí) 分子鏈自由能大，晶核不易生成，結(jié)晶緩慢，冷卻周期加長(zhǎng)，形成較