塑料成型的理论基础.ppt

由于各种聚合物的热扩散系数比金属铜或钢小1～2个数量级，因此加热和冷却均不易。 在成型过程中： 不能将推动传热速率的温差提的过高，否则局部温度过高，会引起降解； 熔体冷却时也不能使冷却介质与熔体之间温差太大，否则将产生内部应力。 3）利用聚合物的内摩擦来产生热量进行升温。 第九十四页，共140页 2.4 聚合物的结晶 聚合物加工过程影响结晶聚合物的形态和最终产品的性能。 2.4.1 聚合物的结晶能力 聚合物的结晶能力首先与分子链的结构有关，其次也与成型条件、后处理方式、是否添加成核剂等有关。 高分子链的结构包括：链的对称性，取代基类型、数量与对称性，链的规整性、柔韧性，分子间作用力等。 第九十五页，共140页 利于结晶的因素： （1）链结构简单、重复结构单元较小、相对分子量适中； （2）主链上不带或只带极少的支链； （3）主链化学对称性好，取代基不大且对称； （4）规整性好； （5）高分子链的刚柔性及分子间作用力适中。 结晶形态以斜方晶型、单斜晶型、三斜晶型为主。 第九十六页，共140页 2.4.2 聚合物的结晶度 聚合物由于大分子链结构复杂性，其结晶性是有限的，且结晶度依聚合物结晶的历史不同而不同。 测定方法： 量热法、X射线衍射法、密度法、红外光谱法以及核磁共振波谱法等。不同测定方法之间无可比性。 利用密度法： ρ1：完全晶体密度 ρ2：完全非晶体密度 ρ：样品密度 第九十七页，共140页 2.4.3 结晶形态 1.单晶 凡是能够结晶的聚合物，在适当的条件下，都可以形成单晶。稀溶液（0.01%）加热，缓慢降温处理。 几个～几百微米大小的薄片状晶体，晶片厚度约100埃。 与聚合物的相对分子量无关，只取决于结晶时的温度和热处理条件。 晶片中分子链是垂直于晶面方向的，而且是折叠排列的。 第九十八页，共140页 2.球晶 由浓溶液或熔体冷却，得到一种多晶聚集体。光学显微镜观察到黑十字消光图形。 球晶中分子链总是垂直于球晶半径方向的。 第九十九页，共140页 由此可以看出，任一液层的剪切力(τr)与其到圆管中心轴线的距离(r)和管长方向上的压力梯度(ΔP／L)均成正比，在管道中心处(r＝o)的剪切应力为零，而在管壁处(r＝R)的剪切应力达到最大值，剪切应力在圆管径上的分布如下图所示。 第六十二页，共140页 在等截面圆形流道中流动时： 剪切应力和真实剪切速率关系： 可见：流速υ是随任意流动层的半径r的增大而减小的，中心流速最大。 （1） 第六十三页，共140页 若圆管的半径为R，管长为L，于是任意半径r处流层所受的剪切应力为： p：圆管两端的压力降 对于一般流体，在管壁处的流动速度为零，即υr=R=0。 （2） 将（2）式代入（1）式并求积分，得到流体在任意半径处的流速υr： (3) 第六十四页，共140页 上式表示恒压下流体在圆管截面上各点的流动速度，也表现出压力降与流动速度的关系。 图中四条线分别表示四种不同m值时流速分布情况。 第六十五页，共140页 同时，可以求出流体在圆管中的体积流率q为： （4） （3）式代入（4）式并积分得： (5) 毛细管流变仪测出的聚合物流变曲线图，是由最大剪切力和相应的牛顿剪切速率所作的，因此需要校正。 第六十六页，共140页 二、在狭缝形流道内的流动 通常将高度(或称厚度)远比宽度或周边长度小得多的流道称作狭缝通道。 如用挤出机挤膜，挤板、挤出薄壁圆管和各种中空异型材的机头模孔以及注塑模具的片状浇口等。 常见狭缝通道的截面形状有平缝形、圆环形和各种异形等三种。 第六十七页，共140页 流体所受剪切应力和真实剪切速率关系： 流速在沿狭缝形截面宽度中心线上各点最大，在上下两壁处为零。 y：狭缝截面上任意点到中心线的距离。 （1） 第六十八页，共140页 设平行板狭缝通道的宽度为w，高度为2h，在长度为L的一段上存在的压力差为ΔP＝P-P0，如果压力梯度(ΔP/ L)产生的推动力足以克服内外摩擦阻力，熔体即可由高压端向低压端流动。在狭缝高度方向的中平面上、下对称地取一宽为W，长为L，高为2h的长方体液柱单元，其在中平面一侧的高为h。 液柱单元受到的推动力为F1＝2WhΔP， 受到上、下两液层的摩擦阻力为F2＝2WLτh ， τh为与中平面的距离为h的液层的剪切应力。 在达到稳态流动后，推动力和摩擦阻力相等，因而有2WhΔP＝ 2WLτh ， 第六十九页，共140页 则： 在狭缝的上、下壁面处(h＝H)熔体