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温度和压力对黏度的影响(xiǎng)

文章来(lái)源: 免费91模具 人气:7480 发表时间:2023-05-16 11:17:44

(一)温度对(duì)剪切黏度的影响


在成型注塑加(jiā)工工艺中,对一种(zhǒng)表观黏度(dù)随温度变化不大的聚合物来说,如仅靠增加温度来增加其流动性能以使它(tā)能够 注塑加工成型是错误(wù)的,因为(wéi)温(wēn)度幅度增加很大,而它的表观黏度(dù)却(què)降低有限。另一方面,大幅(fú)度地增加温度(dù)很可能(néng)使聚合物(wù)发生降解,从对比角度来看,在(zài)注塑加工成型(xíng)中利用增温来降低聚甲基丙烯酸甲酯、聚碳酸酯和(hé)聚酰胺(àn)等的表观黏度是可行(háng)的(de),因为增温不多而它的表观黏度却(què)能下(xià)降(jiàng)不少。


(二)压力对剪切(qiē)黏度(dù)的影响


由(yóu)于液体的剪(jiǎn)切黏(nián)度依赖于分子间的作用(yòng)力,而作用力又与分子间的距离有关,因而当液体承受压力(lì)而(ér)使分子间的距离减小时,液体的剪切黏(nián)度总是(shì)趋于增(zēng)大。低分子聚合(hé)物的液体(tǐ),其压缩性都很有限,但是属于高分子的(de)聚合物熔体却不然。特别是聚 合物熔体的加工压力通常都比(bǐ)较高,例如在注射模塑中,聚合物常需在150℃下(xià)受压达35~ 150MPa,因而它们的压缩性是可观(guān)的,其压(yā)缩率常可达(dá)5%甚至10%以上。实验证明,聚合物熔(róng)体在受到压力时,因受压(yā)缩率的影响,其黏度定会有所增高,如聚乙烯在(zài)压力由100kPa升高到(dào) 100MPa时,其表观黏度增加2.5倍,且聚合物 的压缩率不(bú)同(tóng),其黏度对压力的(de)敏感性也不同。


单纯通过增大压力来提高聚合物熔体的流量是不恰当的,即使在同一压力作用下的同一种聚合物熔体,注塑加工成型时所用设备大小不同,则其流动行为(wéi)也有差别,因为尽管所受压力相同,所(suǒ)受切应力依然可以不同。事实上,一种聚合(hé)物在正常的加工温(wēn)度范围内,增加压力对(duì)黏度的影响和降低温度的(de)影响有相似性。这种在(zài) 注塑加工过程中通过改变压 力或温度,都能(néng)获得同(tóng)样的黏度变化的效应称为 压(yā)力(lì)-温度等效性。例如,对于很(hěn)多聚合物,压力增加到100MPa时,熔体黏度的变化相当于降(jiàng) 低30~50℃温度的(de)作(zuò)用。一般在维持(chí)黏(nián)度恒定(dìng)的情况(kuàng)下,这一数值并不(bú)依赖于相对分子(zǐ)质量。在注射成型注塑加工(gōng) 生产中考虑压力对黏度的影响时,需要解决关键的问题在于:如何综合考虑生产的经济性(xìng)、设备和(hé)模具的可靠(kào)性以及塑(sù)件的质量因素(sù),以确保成型 注塑加工工艺能有(yǒu)的注射压力和注(zhù)射温度。


三、聚(jù)合物熔(róng)体(tǐ)的黏弹性


聚合物熔体不仅具有黏流性,而且还具有如固体般的弹性,即当(dāng)熔体受到应力时,一部分消耗于黏性变形;而另(lìng)一部分变形的将会被熔(róng)体储存(cún),一(yī)旦(dàn)外界应(yīng)力移去,变形就得到恢复。这种现象(xiàng)对低分(fèn)子液体来说是没有的。在黏弹性流动(dòng)中弹性(xìng)行为已(yǐ)不能忽视的液体称(chēng)为黏弹性液体。液体中的弹性行(háng)为是(shì)流动过程中聚合物(wù) 大分子构象改变所引起的。大分子伸(shēn)展储存了弹性能,外界应力去除后大分子会部分恢复(fù)原来蜷曲的构象,因而引起高弹形变并释放弹性能。实践证明,这种弹性恢复并不是瞬时的,因为大分(fèn)子构(gòu)象的恢复(fù)过(guò)程需要克服内在黏性的阻滞。液体(tǐ)流动(dòng)是以黏性形变(biàn)为主还是以弹性形变为主,取决于外力作用时间t与时间t,的(de)关系(xì)。


当t》1,时,即外力作用时间比时(shí)间长得多时,液体(tǐ)的总形变以黏性形变为主,反之将以弹性形变为主。对于黏度(dù)很低的简(jiǎn)单液体,1≈10-'s; 对(duì)基本上表现为固体的物质,t>10's;一般黏弹性聚合物熔体的时间1,=10-4~10+s.如注射(shè)聚甲基丙烯(xī)酸甲酯,已知注射温度为230℃,注射时间为2s,其时间约为43x10-s;把注射时(shí)间看成外力(lì)作用时间,则其远远大于时间,由此可知注射过程中的弹(dàn)性变形部分是极小的。应该(gāi)注(zhù)意(yì)的是,即便是少量的弹性变形,也能使熔体产生流 动缺陷,使塑(sù)件产生变形。


流动熔体中的弹(dàn)性形变(biàn)与聚合物的相对分子质量(liàng)、外力作用速度或时(shí)间以及熔体的温度等有(yǒu)关。一般(bān)地,随(suí)相对分子质(zhì)量增大,外力作用时间缩短,当熔体的温度稍(shāo)高于材料熔点时,弹性现象表现得特别不(bú)错。应变关系曲线 YH是总形变的(de)可(kě)逆部分,γy则是不 可逆部分,并以形变存在于熔可逆形变回(huí)复(0>08)c-成型后可逆形变体中。


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四、热塑性和热固性(xìng)聚(jù)合(hé)物流变行为的比较


在通常(cháng)的注塑加工条件下,对热塑性聚合物加热是一(yī)种物理作用(yòng),其目的是使聚合(hé)物达到黏流态以便于成型(xíng),材料在注塑加工(gōng) 过程所获得的形状必须通过(guò)冷却来(lái)定型。虽然,由于多次加热和受到加工设备的作用会引起材料内在性(xìng)质发生一(yī)定变化,但并未改变材料整体可塑性的基本特性,特别是材料的黏度在加工条件下(xià)基本(běn)没有发(fā)生不可逆的改变。


但热固性聚合物(wù)则不同,加热不仅(jǐn)可使材料熔融,能在压(yā)力下产生流动、变形和(hé)获得所需形状等物理作用,并且还能使(shǐ)具有活性基团的组分在足够高的温度下产生交联反应,并完(wán)成硬(yìng)化等化学反(fǎn)应。一旦热固性材料硬化后,黏度变为无限大(dà),并失去了再次软(ruǎn)化、流动和通过加热而改变形状的能力。可见热固性聚合物在加工过程中黏度的变化规律与热塑性聚(jù)合物有(yǒu)着本质的差别。


热塑性聚(jù)合物(wù)和热固性(xìng)聚合物流变行为的不同加以说明,热固性聚合物加热初期流动性的(de)增大是(shì)由于作(zuò)用的结果,在达到硬化之前的一段时间,体系(xì)黏度随时间的变化不大,过此之后,聚(jù)合与交联反应进一(yī)步进行,聚合物相(xiàng)对(duì)分子(zǐ)质量很快增大而导致流动(dòng)性迅速减小。


温度对流动性的影响是由黏度和固化速(sù)度两种互相矛盾(dùn)的因素决定的,在较(jiào)低温度范围内温度对黏度的影响起(qǐ)主导作用,在0...以下,黏度随温(wēn)度升(shēng)高而降低,所以(yǐ)交联之前总的流动性随温度上升而增加;而在(zài)较(jiào)高的温度范围,则化学交联反应起主导作用,随温度(dù)升高,交联反应速度加快,熔体的流动性迅速降低。


所以,热固性(xìng)聚合物的交联速度可(kě)以通过温度来(lái)控制(zhì)。温度的这种特性正是热固(gù)性塑料注射成型中注(zhù)射机与模具(jù)分别采用不同温(wēn)度的原因(yīn),例如,注射的温度是产(chǎn)生黏度(dù)而又不引起迅(xùn)速交联的温(wēn)度(dù),浇(jiāo)口和模具的(de)温度则应是有利于迅速硬(yìng)化的温度。因此,对热固(gù)性聚合物来说,温度对热固性聚合(hé)物流动性的影确的注塑加工工艺的关键是使聚合物(wù)组分在交联之前完成流动过程(chéng)。切应力或剪(jiǎn)切速率对熔体流动性(xìng)有(yǒu)一定的影响,有流动性的趋势,但影响过程是复杂的,目前还无定性的研究。


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