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第二章 塑料成型理论基础 第四节 塑料成型过程中聚合物的化学反应

发布日期:2011-12-19 21:36:39 关注次数 [ 0 ] 发表评论 [ 0 ]
[导读]注射成型时,聚合物经常需要通过截面大小不同的浇口和流道,当熔体经过流道截面变化的部位时,将会因界面的影响发生弹性收敛或膨胀运动,这些运动叫做端末效应

第一节 聚合物的流变学性质

研究物质变形与流动的科学为流变学。

一.牛顿流动规律

 图2-1  图2-2

二.指数流动规律和表观黏度

 图2-3  图2-4

三.假塑性液体的流变学性质及有关问题

 1.假塑性液体的流变学性质

 图2-5  图2-6  图2-7  图2-8  图2-9

 2.聚合物熔体黏度对剪切速率的依赖性

 表2-1

四.影响聚合物流变学性质的因素

 1.聚合物结构和其他组成对黏度的影响

(1)分子结构

(2)相对分子质量  图2-10  图2-11

(3)相对分子质量分布  图2-12

(4)助剂  图2-13

 2.温度对黏度的影响  表2-2

 3.压力对黏度的影响  表2-3  图2-14  图2-15

五.流体在简单集合形状导管内的流动分析

 1.等截面圆形管道中的流动  表2-4

 2.平行板狭缝形通道内的流动

六.热塑性聚合物流变曲线的应用

 1.根据流变曲线确定合理的工艺参数

 2.根据流变曲线采用低温充模工艺

七.热固性聚合物的流变学性质  见图2-22

 

第二节 聚合物熔体在模内的流动行为

一.端末效应

注射成型时,聚合物经常需要通过截面大小不同的浇口和流道,当熔体经过流道截面变化的部位时,将会因界面的影响发生弹性收敛或膨胀运动,这些运动叫做端末效应.

端末效应分为入口效应和离模膨胀效应两种.

1.入口效应  图2-23

聚合物容体在管道入口端因出现收敛流动,使压力降突然增大的现象称为入口效应.

2.离模膨胀效应

当聚合物熔体流出流道或浇口时,熔流发生体积膨胀的现象叫做离模膨胀效应.

二.失稳流动和容体破裂  图2-24  表2-5

根据大部分研究成果可知,失稳流动和容体破裂受以下因素影响:

(1)分子结构

(2)温度  图2-25

(3)流道结构  图2-26

三.聚合物熔体的充模流动

1.浇口和模腔对熔体充模流动的影响

(1)浇口截面高度与模腔深度相差很大  图2-27

(2)浇口截面高度与模腔相差不太大

(3)浇口截面高度与模腔深度接近  图2-28

2.扩展流动充模的特点  图2-29

3.熔体遇到障碍物时的充模流动  图2-30   图2-31

4.熔接迹  见表2-6

融合痕形成的常见原因有以下几种:

(1)模腔内型芯或安放的挈件使熔体分流.

(2)同一型腔有几个浇口.

(3)塑件的壁厚有变化.

(4)熔体喷射和蛇形流会引起波壮折叠的融合痕.

 

 

第三节 塑料成型过程中聚合物的物理变化

聚合物在塑料成型过程中发生的物理变化主要有结晶和取向。

一、聚合物的结晶

1.结晶的概念

2.二次结晶和后结晶

3.结晶对聚合物性能的影响

(1)密度   (2)拉伸强度  (3)冲击韧性   (4)弹性模量

(5)热性能  (6)脆性    (7)翘曲     (8)表面粗糙度和透明度

4.结晶速度和结晶度

(1)结晶速度   见表2-7    (2)结晶度

5.影响结晶的因素

(1)熔融温度和熔融时间   (2)冷却速度   图2-32

(3)切应力和压力   图2-33    (4)分子结构,低分子物质和固体物质

二、聚合物的取向

1.取向的概念   见图2-34

2.注射成型时的流动取向机理

(1)聚合物的流动取向  图2-35

(2)固体填充剂的流动取向  图2-36

3.取向对聚合物性能的影响  见表2-8

4.注射成型时影响取向的因素

(1)温度     (2)注射压力和保压力     (3)浇口冻结时间

(4)模具温度   (5)充模速度

三、残余应力   图2-37   图2-38

残余应力是由塑料熔体在模内的流动和冷却过程产生的,在注射和保压阶段,塑料受到不均衡的高剪切和正应力作用,诱导了隐藏在塑件内的残余应力,称残余流动应力。

 第四节 塑料成型过程中聚合物的化学反应

聚合物在塑料成型过程中发生的化学反应主要有降解和交联,他们与结晶和取向一样,也对制件的性能和质量具有重要影响。

一、降解

1、降解的机理

通俗地讲,注射成型过程中的降解就是聚合物在高温,应力,氧气和水分等外部条件作用下发生的化学分解反映。聚合物的降解过程一般很复杂,然而就化学反应性质而言,大致可以分为油离基链式降解和无规则降解两大类型。

2、降解的种类

(1)热降解   表2-9

注射成型过程中,由于聚合物在高温下受热时间过长而引起的降解反映叫做热降解。

(2)氧化降解

聚合物在日常使用中,与空气中的氧气接触后,某些化学链较弱的部位经常产生极不稳定的过氧化结构,这种结构很容易分解产生游离基,从而导致聚合物发生解聚反应,这种因氧化而产生的降解叫做氧化降解。

(3)水降解

如果聚合物的分子结构中含有被水解的碳-杂链基团或容易被水解的聚合物氧化基团时,这些基团很容易在注射温度和压力下被聚合物中水分水解,生产中将这种现象叫做水降解。

(4)应力降解

在注射成型过程中,聚合物的分子链在一定的应力条件下也会发生断裂,并因此引起相对分子质量降低,通常把这种现象叫做应力降解。

3、避免降解的措施   图2-39

(1)严格控制原材料的技术指标。

(2)生产前,应对成型物料进行预热干燥处理,严格控制含水量不超过工艺要求和制品性能要求的数值。

(3)选择制定合理的成型工艺及参数,保证聚合物在不易降解的条件下成型。

(4)成型设备和模具应有两和袄的结构系统。

(5)对热和氧稳定性较差的聚合物,可考虑在配方中加入稳定剂和抗痒剂等,以提高聚合物的抗降解能力。

二、交联

聚合物由线形结构转变为体形结构的化学反应过程称为交联。



责任编辑:省模协信息中心
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