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(一)溫度對剪切黏度的影(yǐng)響
在成型注塑加工工藝中(zhōng),對(duì)一種(zhǒng)表觀黏度隨溫度變化(huà)不大的聚合物來說(shuō),如(rú)僅靠增加溫度(dù)來增(zēng)加其流動性能以使它能夠 注塑加工成型是錯誤的,因為(wéi)溫度幅度增加很大,而(ér)它的表觀黏(nián)度卻降低有限。另一(yī)方麵,大幅度地增加溫度很(hěn)可能使聚合物發生降解,從對比(bǐ)角度來看,在注塑加工(gōng)成型中利用增溫來降低聚甲基丙烯酸甲酯、聚碳酸酯(zhǐ)和(hé)聚酰胺等(děng)的表觀黏度(dù)是可行的,因為增溫不(bú)多(duō)而它的表觀黏度卻能下降不少。
(二)壓力對剪(jiǎn)切黏度的影響
由於液體的剪切黏度依賴於分子間的作用力,而作用力(lì)又與分子間的距離有關,因而當液體承受壓力而使(shǐ)分子(zǐ)間的距離減小時,液(yè)體(tǐ)的剪切黏度總是(shì)趨於增(zēng)大。低分(fèn)子聚合物的液體,其壓縮性都很(hěn)有限,但是屬於高分子(zǐ)的聚合物熔體卻不然(rán)。特別是聚 合物熔體的(de)加工壓力通常都比較高,例如在注射模塑中,聚合物常需在150℃下(xià)受壓達35~ 150MPa,因而(ér)它們的壓縮性是可觀的(de),其壓(yā)縮率常可達5%甚至(zhì)10%以上。實驗證明,聚合物熔(róng)體在受到壓力時,因受壓縮率的影響,其黏度定會有所增高,如聚乙烯在(zài)壓力由100kPa升高到 100MPa時,其表觀黏度增加2.5倍,且聚合物 的壓縮率不同,其黏度對壓(yā)力的敏感性也不同。
單純通過增(zēng)大壓力來提高聚合物熔體的流量是不恰當的,即使在同一壓力作(zuò)用下(xià)的(de)同一種聚合物(wù)熔體,注塑加(jiā)工成型(xíng)時所用設備大小不(bú)同,則其(qí)流動行為也有差別,因為盡管所受壓力相同,所受切應力依然可(kě)以不同。事實上(shàng),一種聚合物在正常的加工溫度範圍內,增加壓力對黏度的影(yǐng)響和降低溫(wēn)度的影響有相似性(xìng)。這種(zhǒng)在 注塑加工過程中通過改變(biàn)壓 力或溫(wēn)度,都能獲得同樣的黏度(dù)變化的效應稱為 壓力-溫度等(děng)效性。例如,對於很多聚合(hé)物,壓力增加到100MPa時,熔體黏度的變化相當於降 低30~50℃溫度的作用。一般在維(wéi)持黏度恒定(dìng)的情況下,這一數值並不依賴於相對分子質量。在注射成型注塑加工(gōng) 生產中考慮(lǜ)壓力對黏度的影響時,需要解決關鍵的問題在於:如何綜合考慮生(shēng)產的經濟性(xìng)、設備和模(mó)具的可靠性以及塑件的質量因(yīn)素,以確保成型 注塑加工工藝能有的注射壓力和注射(shè)溫度。
三、聚合物熔體的黏彈性
聚(jù)合物熔體不僅具有黏流性,而且還(hái)具有如固體般的彈性,即(jí)當熔體(tǐ)受到應力時,一部分消耗於黏性變形;而另一部(bù)分變形的將會被熔體儲存,一旦外界應力移去,變形就得到恢複。這種(zhǒng)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能忽視的液體稱為(wéi)黏彈性液體。液體中的彈性(xìng)行為是流動過程中聚合物 大分子構象改變所引起的。大分(fèn)子伸(shēn)展儲存了彈性(xìng)能,外界應力去除後大分子會部分恢(huī)複原來蜷曲的構象,因而引起高彈形變並釋放彈性能。實踐證明(míng),這種彈性恢複並不(bú)是瞬時的,因為大分子構象的恢複過程需要克服內在(zài)黏性的阻滯。液體流動(dòng)是以黏性形變為主還是以彈性形變為主,取決於外力作用時間t與(yǔ)時間t,的關係。
當t》1,時,即外力作用時間比時間長得多時,液體的總形變以黏性形變為主,反之將(jiāng)以彈性(xìng)形變為主。對於黏度很(hěn)低的簡單液體,1≈10-'s; 對(duì)基本上表現為固體的物質,t>10's;一(yī)般黏彈性聚合(hé)物熔體的時間(jiān)1,=10-4~10+s.如注射聚甲基丙烯酸甲酯,已知注射(shè)溫度為230℃,注射時間為(wéi)2s,其時間約為43x10-s;把注射時間看成外力作用時間,則其遠遠大於時(shí)間,由此可知注射過程中(zhōng)的彈性變形部分是極小的。應該注意的是,即便是少量的(de)彈(dàn)性變(biàn)形,也能(néng)使熔體產生流 動缺陷,使塑件產生變(biàn)形。
流動(dòng)熔體中的彈性形變與聚合物的相(xiàng)對分子(zǐ)質量、外力作用速度或時間以及熔體的溫(wēn)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(róng)體的溫(wēn)度稍高於材料熔點時,彈性現象表現得特別不錯。應變關係曲(qǔ)線 YH是總(zǒng)形變的可逆部分,γy則(zé)是不 可逆部分,並以形變存在於熔可逆形變回複(0>08)c-成型後可逆形變體(tǐ)中(zhōng)。

四、熱塑性和熱固性聚合物流變(biàn)行(háng)為(wéi)的比較
在通常的注塑加工條件下,對熱塑性聚合(hé)物加熱是一種物理作用,其目(mù)的是使聚合物(wù)達到黏流態以便於成型,材料(liào)在注塑加工 過程所獲得的形狀必須通過冷(lěng)卻來定型。雖然,由於(yú)多次(cì)加熱和受到加工設備的作用會引起材(cái)料內在性質發生一定變化,但(dàn)並未改變(biàn)材料整體可塑性的基本特性,特(tè)別是材料的黏度在加工條件下基本沒有發生不(bú)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(xíng)和獲得所需形狀等物理作用,並且還(hái)能使(shǐ)具有活性基團的組(zǔ)分在足夠高的溫度下產生交聯反應,並完成硬化(huà)等化學反(fǎn)應。一旦熱(rè)固性(xìng)材料硬化後,黏度變為無限大,並失去了再次軟化、流動和通過加熱而改變形狀的能力。可見熱固性聚合物在加工過程中黏度的變化規律與(yǔ)熱塑性聚合物有著本質的差別。
熱塑性聚合物和熱固性聚(jù)合物(wù)流變行為的不同加以說明,熱固(gù)性聚合物加熱初期流動性的增大是由於(yú)作用的結果,在達到硬化之前的一段時間,體係黏(nián)度隨時間的變化不大,過此(cǐ)之後(hòu),聚(jù)合與交(jiāo)聯反應進一步進行,聚合物相對分子質量很快增大而導(dǎo)致流動性(xìng)迅速減小。
溫度對流動性的影響是由黏度和固(gù)化速度兩種互相矛(máo)盾的因素決(jué)定的(de),在較低溫度範圍內溫度對黏度的影響(xiǎng)起主導作用,在0...以下,黏(nián)度隨溫度升高而(ér)降低,所以交聯之前總的流動(dòng)性隨溫度上升而增加;而(ér)在(zài)較高的溫度範圍,則化學交聯反(fǎn)應起主導作用(yòng),隨(suí)溫度升高,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(jù)合(hé)物的交聯速度可以通過溫(wēn)度來控製。溫度的這種特性正是熱固性塑料注射成型中(zhōng)注射(shè)機與模具分別采用不同(tóng)溫度的原因,例如(rú),注射的溫度是產生(shēng)黏度而又不引起迅速交聯的溫度,澆口和模具的溫度則應是有(yǒu)利於迅速硬化(huà)的溫度。因(yīn)此,對熱固性(xìng)聚合物來說,溫度對熱固性聚合物流動性的影確的注塑加工工藝的關鍵是使聚合物組分(fèn)在交聯(lián)之前完成流(liú)動過程(chéng)。切應力或剪切速率(lǜ)對熔(róng)體流動性有一定的(de)影響,有流動性的趨勢,但影響過程是複雜的,目前還無定性的研(yán)究。
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