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(一)溫度對剪切(qiē)黏度的影響
在成型注(zhù)塑加工工藝中,對一種表觀黏度隨溫度變化不大的聚(jù)合(hé)物(wù)來說,如僅靠增(zēng)加溫度來增(zēng)加其流(liú)動性能以使它能夠 注塑加工成(chéng)型是錯誤的,因為溫度幅度增加很大,而它的表觀黏度卻降低有限。另一方麵,大幅度(dù)地增(zēng)加溫度很可能使聚合物發生降(jiàng)解,從對比角度來看,在注(zhù)塑(sù)加工成型(xíng)中(zhōng)利用增溫來降低聚甲基丙(bǐng)烯酸甲酯、聚碳酸酯和聚酰胺等的表觀黏度是可行的,因為(wéi)增溫不多而它的(de)表觀黏度卻能下降不少。
(二)壓力對(duì)剪切黏度的(de)影響
由於液體的(de)剪切黏度依賴於分子間的作用力,而作用力又與(yǔ)分子間的距離有(yǒu)關,因而當液體承受壓力而使分(fèn)子間(jiān)的距離減小時,液體的剪切黏(nián)度總是趨於增大(dà)。低分子聚合物的液體,其(qí)壓縮性都很有限,但是屬於高分子的聚(jù)合物熔體卻不然。特別是聚 合物熔體的加工壓(yā)力通常都比較高,例如在注射模塑中,聚合物(wù)常需在150℃下受壓達35~ 150MPa,因而它們的壓縮性(xìng)是可觀的,其壓(yā)縮率常(cháng)可達5%甚至10%以上。實驗證明(míng),聚合物(wù)熔體在受到壓力時,因受(shòu)壓縮率(lǜ)的影響(xiǎng),其黏度定(dìng)會有所增(zēng)高,如聚乙(yǐ)烯在壓力(lì)由100kPa升高到 100MPa時,其表觀黏度增加2.5倍(bèi),且聚(jù)合物 的壓縮率不(bú)同,其黏度對壓力的(de)敏感性也不同。
單純通(tōng)過增大壓力來(lái)提高聚(jù)合物(wù)熔體的流量是不(bú)恰當的,即使在同一壓力作用下的同一種聚(jù)合物熔體,注塑加工成型時所用設備大小不同,則其(qí)流動行為也有差別,因為盡管所受壓力相(xiàng)同,所受切應力依然可以不同。事實(shí)上,一種聚合物在正常的加(jiā)工溫度範圍內,增加壓力(lì)對黏度的影響(xiǎng)和降低溫度(dù)的影響有相似性(xìng)。這種在 注塑加工過(guò)程中通過改變壓 力或溫度,都能(néng)獲得同樣的黏度變化的效應稱為 壓力-溫度等效性。例如,對於很多聚(jù)合物,壓(yā)力增加到100MPa時,熔體黏度(dù)的(de)變化相當(dāng)於降 低30~50℃溫度的作用。一般在維持黏度恒定的情況(kuàng)下,這一數值並不依(yī)賴於相對(duì)分子質(zhì)量。在注射成型注塑加工 生產中(zhōng)考慮壓力對黏度的影響時,需要解決(jué)關鍵的問題在於:如何(hé)綜合考慮(lǜ)生(shēng)產的經濟性、設備和模(mó)具的可靠性以及塑件的質量因素,以確保成型 注塑加工工藝能(néng)有的注射壓(yā)力和注射溫度。
三、聚合物熔體的黏(nián)彈性
聚合物熔體不僅具有(yǒu)黏(nián)流性,而且還具有如固(gù)體般的彈性,即當熔(róng)體受(shòu)到應力(lì)時,一部分消耗於黏性(xìng)變形;而另一部分變形的將會被熔體儲(chǔ)存,一旦外界應力移去,變形就得到恢複。這種現象對低分子液體來說是沒有的。在黏彈性流動中彈性行為已不(bú)能忽視的液體稱為黏(nián)彈性液體。液體(tǐ)中的彈性行為是流動過程中聚(jù)合(hé)物 大分子構(gòu)象改變所引起的。大分子伸展儲存了彈性能,外界應力去除後大分子會部分恢複原來蜷曲的構象,因而引起高彈形變並釋(shì)放彈性能。實踐證明,這種彈性恢複並不(bú)是瞬時的,因為(wéi)大(dà)分(fèn)子構象的恢複過程需要克服內在黏性的阻滯(zhì)。液體流動是以黏性形變為主還是以彈性形變(biàn)為主,取決於外力作用時間t與時(shí)間t,的關(guān)係。
當t》1,時,即外力(lì)作用時間比時間(jiān)長得多時,液(yè)體(tǐ)的總形變以黏性形變為主,反之將以彈性形變為主。對於(yú)黏度很低的簡(jiǎn)單液體,1≈10-'s; 對基本上表現為固體的物質,t>10's;一般黏彈性聚合物熔(róng)體的時間1,=10-4~10+s.如注射聚甲基丙烯酸甲酯(zhǐ),已知注射溫度為230℃,注射時間為2s,其時間約為43x10-s;把注射時間看成外力(lì)作用時間,則其遠遠大於時間,由此可知注射過程中的彈性(xìng)變形部分是極小的。應該注意的是,即便是少量的彈性變形,也能使熔體產生流 動缺陷,使塑件產生變形。
流動熔體中的(de)彈性形變與聚合物的相對分子質量、外力作用速度或時(shí)間以及熔體(tǐ)的溫度等(děng)有關。一般地,隨相對分子質量增大,外力作用時間縮短,當熔體的溫度稍高於材料熔(róng)點時,彈性現象表現得特別不錯。應變關係曲線 YH是總形(xíng)變的可逆部分,γy則是不 可逆部(bù)分,並以形變存在於熔可逆形變(biàn)回複(0>08)c-成型後(hòu)可逆形變體中。
四、熱塑性和熱固性聚(jù)合物流變行為的比較
在通常的(de)注塑加工條件下,對熱塑性聚合物加熱是一種物理(lǐ)作用(yòng),其目的是使聚合物達到(dào)黏流態以便於成型,材料在注塑加工 過程所獲得的形狀必須通過冷卻來定型。雖然(rán),由於多(duō)次加熱和受(shòu)到加工設備的作用(yòng)會引起材料內在(zài)性質發生一定變化,但並(bìng)未改變材料整體可塑性的基本特性,特別是(shì)材料的黏(nián)度(dù)在加工條件下基本沒有發生不可(kě)逆的改變。
但熱固性聚合物則不(bú)同,加熱不僅可使材料熔融,能在壓力下產生流動、變形和獲得所需形狀等物理作用,並且還能使具有(yǒu)活性基團的組(zǔ)分在足夠高的溫度下產(chǎn)生(shēng)交聯反應,並完成硬(yìng)化等化學反(fǎn)應。一旦熱固性材料硬化後,黏度變為無限大,並失去了再次軟化(huà)、流動和通過加熱而改變形(xíng)狀的能力。可見(jiàn)熱固性聚合物在加工(gōng)過程中黏度的變化(huà)規律與熱(rè)塑性聚合物有(yǒu)著本質的差別。
熱塑性聚合物和熱固性聚合物流變行為的(de)不同加以說(shuō)明,熱固(gù)性(xìng)聚合(hé)物加熱初期(qī)流動性的增大是(shì)由於作用的結果,在達到硬化之前(qián)的一(yī)段時(shí)間,體係黏度隨時(shí)間的變(biàn)化不大(dà),過此之後,聚合與交聯(lián)反應進一步進行,聚合物相對分子質量很快增大而導致流動性迅速減小。
溫(wēn)度對流(liú)動(dòng)性的影響是由黏度和固化速度兩(liǎng)種互相矛盾的因素決定的,在較低溫度範圍內溫度對黏度的影響起主導作用,在0...以下,黏度隨溫度升高而降低,所以交聯之前總的流動性隨溫度上升而增加;而在較(jiào)高的溫度(dù)範圍,則化學交聯反應起主導作用(yòng),隨溫度升(shēng)高,交聯反應速度加快,熔體的流動性(xìng)迅速降低。
所以,熱固性聚合(hé)物的交聯(lián)速度可以通過溫度來控製。溫度的這種特性正是熱固性塑料注射(shè)成(chéng)型中注(zhù)射機與模(mó)具分別采用不同溫度的原因,例如,注射的溫度是產生黏度而又不引起迅速交聯的溫度,澆口和模具的溫度則應(yīng)是有利於迅速硬化的溫度。因此,對熱固性聚合物來說,溫度對熱固性聚合物(wù)流動性的影(yǐng)確的注塑加工工藝的關(guān)鍵是(shì)使聚合物組分在交聯之前完成流動過程。切應力或剪切速率對熔體流動性有一定的影響,有流動性的趨勢,但影(yǐng)響過程(chéng)是複雜的,目前(qián)還無定性的研究。
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