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(一)溫度對剪切黏度的影響
在成型注塑加工工藝中,對(duì)一種表觀黏度隨溫度變(biàn)化不大的聚合物來說,如僅靠增加溫度來增加其流動性能以(yǐ)使(shǐ)它能夠 注塑加工成型是錯誤(wù)的,因為溫度幅度增加(jiā)很(hěn)大,而它(tā)的(de)表觀黏度卻(què)降低有限。另一方麵,大幅(fú)度地增加溫度很可能使(shǐ)聚合物發生降(jiàng)解,從對比角度來看,在注塑加工成型中利用增溫來(lái)降(jiàng)低聚甲基丙烯酸甲酯、聚碳酸酯和聚酰胺等的表觀黏度是可行的,因為增溫(wēn)不多而(ér)它的表觀黏度卻能下降(jiàng)不少。
(二)壓(yā)力對剪(jiǎn)切黏度的影響
由於液體的剪切黏(nián)度依賴於分子(zǐ)間的作用力,而作用力又與分子間的距離(lí)有關,因而當(dāng)液體承受壓力而使分子間的距離減小時,液體的剪切黏度(dù)總(zǒng)是趨於增大。低分子聚合物的液體,其壓縮性都很有限,但是屬於高分子的聚合物熔體卻不然。特別是聚 合物(wù)熔體的加工壓力通常都比較高(gāo),例如(rú)在(zài)注射模(mó)塑中,聚合物常需在150℃下受壓達35~ 150MPa,因而它們的壓縮性是可觀的,其壓縮率常可達5%甚至10%以上。實驗證明,聚合物熔體在受到壓力時,因受壓縮率的影響,其黏度(dù)定會有所增高,如聚(jù)乙烯在壓力由100kPa升高到 100MPa時,其表觀黏度增加2.5倍,且聚合物 的壓縮率(lǜ)不同,其黏度對壓力的敏感性也不(bú)同。
單純通過(guò)增大壓力來提高聚合物熔體的流量是不恰當(dāng)的,即(jí)使在同一(yī)壓力作用下的同一種(zhǒng)聚合物熔體,注(zhù)塑加工成型(xíng)時所用設備大小不同,則其流動(dòng)行為也有差別,因為盡管所受壓力相同,所受切應力依然可以不同(tóng)。事實(shí)上(shàng),一(yī)種聚合物(wù)在正常的加工溫度範圍內,增加壓(yā)力對黏(nián)度的影響和降低(dī)溫度的影響(xiǎng)有相似性(xìng)。這種在 注塑加工過程(chéng)中通過改變壓 力或溫度,都能獲得同樣(yàng)的黏度變化的效應稱為 壓力-溫度等(děng)效性。例(lì)如,對(duì)於很多聚合物,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(yòng)。一般在(zài)維持黏度恒(héng)定的情況下,這(zhè)一數值並不依賴(lài)於相對分(fèn)子質(zhì)量。在注射成型(xíng)注塑加工 生(shēng)產中考慮壓力對黏度的影響時,需要解決關鍵的問題(tí)在於(yú):如何綜合考(kǎo)慮生產(chǎn)的經濟性、設備和模具的可靠性以及塑件的質(zhì)量因素,以確保成型 注塑加(jiā)工工藝能有的注射壓力和注射溫度。
三、聚合物熔體的黏彈性
聚合物熔體不僅具有黏流性,而且還具有如固(gù)體(tǐ)般的彈性(xìng),即當熔(róng)體受到應力時(shí),一部分消耗於黏性變形;而另一部分變形的將會被(bèi)熔體儲(chǔ)存,一旦(dàn)外界應力移去,變形(xíng)就得到恢(huī)複。這種現象對低分子液體來(lái)說是沒有的。在黏彈性流(liú)動中彈性行為(wéi)已不(bú)能忽視的液體稱為黏彈性液(yè)體。液體中的彈性(xìng)行為是流動過程中聚合物(wù) 大分子構(gòu)象改變所引起的。大(dà)分子伸展儲存了(le)彈性能,外界應力去除後大分(fèn)子會部分恢複原(yuán)來蜷曲的構象,因而引起高(gāo)彈形變並釋放彈性能。實踐證明,這(zhè)種彈性恢複並不是瞬時的,因為(wéi)大分子(zǐ)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為主(zhǔ),取決於(yú)外力作用時間(jiān)t與時間t,的關係。
當(dāng)t》1,時,即外力作用時間比時間長得多時,液體(tǐ)的總形變以(yǐ)黏性形變為主,反之將以彈性形變為主。對於黏度很低的簡單液體,1≈10-'s; 對基本(běn)上表現為固體(tǐ)的物質,t>10's;一般(bān)黏彈性聚合物熔體(tǐ)的時間1,=10-4~10+s.如注射聚甲基丙烯酸甲酯,已知注(zhù)射溫度為230℃,注(zhù)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(jiān),則其遠遠大於時間,由此可知(zhī)注(zhù)射過程中的彈(dàn)性變形部分是極(jí)小的。應該注(zhù)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(xìng)形變與聚合物的相對(duì)分子質量、外力作用速度或時間以及熔體的溫度等有關(guān)。一般地,隨相對分子質量增大,外力作用時(shí)間縮短,當熔體的溫(wēn)度稍高於材料(liào)熔點時,彈性(xìng)現象表現得特別不錯。應變關係曲線 YH是總形變的可逆部分,γy則是不(bú) 可逆(nì)部分,並以形變存在(zài)於熔可逆形變回複(0>08)c-成型(xíng)後可(kě)逆形變體中。
四、熱塑(sù)性和熱(rè)固性聚合物流變行為(wéi)的(de)比較
在通常(cháng)的(de)注塑加工(gōng)條件下,對(duì)熱塑性聚合(hé)物加熱是一種物理作用,其目的是使聚合物達到黏流態以便於(yú)成型,材料在注塑加工 過程所獲得的形狀必須通過冷(lěng)卻來定型。雖然,由於多次(cì)加熱和(hé)受到加工設備的作用會引起材料內在性質發(fā)生一定變化,但並未改變(biàn)材料整(zhěng)體可塑性的基本特性,特別(bié)是材料的黏度在(zài)加工條件下基本沒有發生不可逆的改變。
但熱固性(xìng)聚合(hé)物則不同,加熱不僅可(kě)使材料熔融,能(néng)在壓力下產(chǎn)生流動、變形和(hé)獲得所需形狀等物理作用,並且還能使具有活性基團的組(zǔ)分在足夠高的溫度(dù)下產生交聯反應,並完成硬化等化學反(fǎn)應。一旦(dàn)熱固(gù)性材料(liào)硬化後,黏(nián)度變為無限大,並失去(qù)了再次軟化、流動和通過加熱而改變形狀的能力。可見熱(rè)固性聚合物在加工過程中黏度(dù)的變(biàn)化規律與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)合物流變行為的不同加以說明,熱固(gù)性聚合物加熱初期流(liú)動(dòng)性的增大是由於作用的結果,在達到硬化之前的一段時間,體係黏度隨時間的變化不大,過此之後,聚合與交聯反應進一步進行,聚合物相對分(fèn)子質量很快增大而(ér)導(dǎo)致流(liú)動性迅(xùn)速減小。
溫度對流(liú)動性的影(yǐng)響(xiǎng)是(shì)由黏度和固(gù)化速度兩(liǎng)種互相矛盾的因素決定的,在(zài)較低溫度範圍內溫(wēn)度(dù)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(de)流(liú)動性隨溫度上升而(ér)增加;而在較高的溫度範圍,則(zé)化(huà)學交聯反應起主導作(zuò)用,隨溫度升高,交聯反應(yīng)速度加快,熔體的(de)流動性迅速降低(dī)。
所以,熱固性聚合物的交聯速度可(kě)以通過溫度來控製。溫度的這種(zhǒng)特性正是熱固性塑料注射成型中(zhōng)注射機與(yǔ)模具分別采用(yòng)不同溫度的原因,例如,注射的(de)溫度是產生黏度而又不引起迅速交聯的溫度,澆口和模具(jù)的溫度則應是有(yǒu)利於迅速硬(yìng)化的溫度。因此,對熱固性聚合物來說(shuō),溫度對熱(rè)固性聚合物流動性的影確的注塑加工工藝(yì)的關鍵是使聚合物組分在交聯之前完成流動過程。切應力或剪切速(sù)率對熔(róng)體(tǐ)流動性有一定的影響,有(yǒu)流動性(xìng)的趨勢,但影響過程是複雜的,目前還(hái)無定性的研究。
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