第03章 加工特性1-3.ppt

第三章聚合物加工相关特性 3．1 聚合物材料的特性 材料性质一般可分为三类： 内在性质、加工性质和产品性质。 了解材料的三性，对聚合物制品的选材、成型及工艺参数的确定及成型加工设备的设计及选择有十分重要的指导意义。 如何理解三性？ 1 材料的三性 ⑴ 内在性质： 材料的属性，它取决于材料的组成及其物理及化学结构。 所有改变材料组成及物理、化学结构的因素都会影响材料的内在性质。 ∵聚合过程的偶然因素，造成从小（侧基）→整个大分子链、多层结构，将形成从小（侧基）→大的整个分子链的多层次运动单元（从慢到快、载荷变化发生响应） 结构变量分布（分子量、支化度和交联密度）； 由化学方法能随聚合条件变化而变化的第二组结构变量： 结构的规整性（重复规整性→沿主链重复的规整性）、 物理性能： 塑料、橡胶等材料运动单元对外力及温度变化敏感。 因化学方法能随聚合条件变化而变化的第一组结构变量： 立体规整性（空间的规整性）； 2 ⑵ 加工性质 两层含义： 二 是加工过程会赋予材料怎样的性质？ 如，形状、尺寸及内部结构的变化如何？ 一 是能否加工？ 如，用什么方法加工, 即可加工性。 对处于固态塑料材料，弹性橡胶材料 加热 热作用 熔融或部分流动状态 加压 力作用 剪切 获得模具赋予形状尺寸 改变内部物理化学结构 如结晶、取向、交联 加工会赋予重要性质于制品中 如力学松弛特性 成型后性质与时间相关 重新塑造材料过程 3 ⑶ 产品性质 产品性质是制品的属性。 内在性质相同的材料，经历了不同的成型加工过程. → 产品性质不同 产品性质是内在性质及加工性质的综合体现。 产品性质： 使用性 （力学强度、刚度、韧性、耐腐） （疲劳、形状稳定、抗老化性） 外观性 耐久性 （粗糙度） 可以通过配方、工艺、设备设计来改变材料的外观、耐久性。 产品不好可能的原因： 选材（配方）不当 加工不当（成型是关键） 使用不当 4 3.2 聚合物温度-力学状态与成型法的关系 聚合物的加工成型 要经过近似熔体的流动和变形过程 了解聚合物加工原理，先了解被加工对象在加工中性能，弄清其流动变形行为，甚至辅料流动变形行为。 聚合物成型加工时状态转变 固态 △ 熔融态（可流动态） 低温 高温 根据聚合物三种力学状态（变形特性）→不同的成型方法 TTg TgT Tf TfTTd （玻璃态） 高弹态 (粘弹态) (粘流态) 5 图3-1 非结晶聚合物的 温度——形变曲线 图3-2 三种力学状态下的分子运动机理 6 以非结晶聚合物橡胶为例 A） Tb （脆化温度） ＜T ＜ Tg （玻璃化温度） 温度在玻璃态范围内物料的力学行为特点: 内能大 弹性模量(1010~1011Pa→104~105MPa) 外力作用 高分子主链键长 、键角只能产生微小变化 形变很小 断裂伸长率 0.01%~0.1% 所以，不能进行大变形的成型 主要进行机(冷) 加工: 车、钻、锉削、切螺纹等 （玻璃态） 7 成型 压延成型 中空成型 热成型 ∵分子主链发生运动，发生的变形部分是可逆的， ∴要保证制品形状的稳定性是关键 加工中的骤冷容易使制品产生内应力 B）Tg＜T＜Tf 非结晶聚合物处于力学状态为高弹态 高弹态力学行为特点: 弹性模量G较低(105~107Pa →0.1~10MPa） 内能降低 外力作用 分子主链发生运动 变形能力增大， 断裂伸长率10%~1000% ，形变可恢复 外力去除 高弹形变,随时间减少至↓0 根据力学特点: 可进行大变形成型加工。 8 C） Tf T Td 线性非结晶型聚合物处的力学状态为粘流态 整个分子链可以运动，材料会发生持续形变(流动)， 形变为不可逆的粘流形变。 根据力学状态 可进行变形大 形状复杂的成型 注射 挤出 因为主要是不可逆的形变, 所以制品从成型温度降至室温时, 不易产生内应力，形状容易保持，质量容易保证。 D）Td T 热分解，完全失去性能 要避免 粘流态力学行为特点为: 外力作用 9 图 2-1 温度、力学状态成型加工的关系 薄膜和纤维冷拉伸→ 薄膜和纤维热拉伸→ 真空和压力成型→ 中空吹塑成型→ 压延成型 → 挤出成型 → 薄膜吹塑 → 注射成型 → 熔融纺丝成型 → 加工与成型方法的适应性 10 3.3聚合物的可加工性分析 挤压时 剪切流动(剪切粘度) 拉伸流动 (拉伸粘度） η太低，流动性能好，保持性能不好 η太高，流动性不好，保持性能好 在聚合物的结构与性能及高分子物理中解释了聚合物运动单元的多重性→ 成型方法的多样化。 1. 聚合物的可挤压性 可挤压性是指聚合物通过挤压作用形变，获得并保持此形状的能力。 聚合物只有在熔体或浓溶液状态下具