深圳市科翔模具(jù)有限(xiàn)公司(sī)
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(一)溫(wēn)度對剪切黏(nián)度的影響
在成(chéng)型注塑加工工藝中,對一種表觀(guān)黏度隨溫度變化不大的聚合物來說,如僅靠增加溫度(dù)來增加(jiā)其流動性能以(yǐ)使它能夠 注塑加工成型是(shì)錯誤的,因為溫度幅度(dù)增加很大,而(ér)它的表觀黏度卻(què)降低有限。另一方麵,大幅度地增加溫度很可能使聚合物發生降解,從對比(bǐ)角度(dù)來看,在注塑加工(gōng)成型中利用增溫(wēn)來降低聚甲基丙烯酸甲酯(zhǐ)、聚碳酸酯和聚酰胺等的表觀黏度是(shì)可行的,因為增溫不多而它的表觀黏度卻能下(xià)降不少。
(二)壓力對剪切黏度(dù)的影響
由於液體的剪切黏度依(yī)賴於分子間的作用力,而作用力又與分子間的距離有關,因而當液體承(chéng)受壓力而使分子間的距離減小時,液體(tǐ)的(de)剪切黏度總是趨於增大。低(dī)分子(zǐ)聚(jù)合物(wù)的液體,其(qí)壓縮性(xìng)都(dōu)很有(yǒu)限,但是屬於(yú)高分子的(de)聚合物熔體卻不然。特(tè)別是聚 合(hé)物熔體的加工壓力通(tōng)常都比較高,例(lì)如在注射模塑中(zhōng),聚合物常需在(zài)150℃下受(shòu)壓(yā)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(jù)合物熔體在受到壓力時,因受壓縮率的影響,其黏度定會有所增高,如聚乙烯(xī)在壓力由100kPa升高到 100MPa時,其表觀黏度增加2.5倍,且聚合物 的壓縮率不同,其黏度對壓力(lì)的敏感性也不同。
單純通過(guò)增大壓力來提高聚合物熔體的流量(liàng)是不恰當的,即使在同一壓力(lì)作用下的同一種聚(jù)合物熔體,注塑加工(gōng)成型時所用設備(bèi)大小不同,則其流動行為也有差別,因為盡管所受壓力相同,所(suǒ)受切應力依然可以不同。事實(shí)上,一(yī)種聚合物(wù)在正常的加工溫度範圍內,增加壓力對(duì)黏度的影(yǐng)響和降低溫度的影響有相似性(xìng)。這種在 注塑(sù)加工過程中通(tōng)過改變壓 力或溫度,都能獲得同樣的黏度變化的效應稱為(wéi) 壓力-溫度等(děng)效性。例(lì)如,對於很多聚合物,壓力增加到100MPa時,熔(róng)體黏度的變化相當於降 低30~50℃溫度的作用。一般在維持黏度恒定的情況下,這一數值並不依賴於相對分子質量。在注(zhù)射成型注塑加(jiā)工 生產中(zhōng)考慮壓力對黏(nián)度的(de)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(jīng)濟性、設備和模(mó)具的可(kě)靠性以及塑件的質量因素(sù),以確保成型 注塑加工(gōng)工藝能有的注射(shè)壓力和注射溫(wēn)度。
三、聚合物(wù)熔體的黏彈性
聚合物熔體不僅具有黏流性,而且還具有如固體般的彈性,即當熔體受到應力時,一部分消(xiāo)耗於黏性變形;而另一部分變(biàn)形的將會(huì)被熔體儲存,一旦(dàn)外界應力移去,變形就得到恢複。這種現象對低分子液體來(lái)說是沒有的。在黏彈性(xìng)流動中彈性行為已不能忽視的液體稱為黏彈性液體。液體中的彈性行(háng)為是流動過程中聚合物 大分子構象改變所引起的。大分子伸(shēn)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(dàn)形(xíng)變(biàn)並釋放彈性能。實踐證明(míng),這種彈性恢複並不是瞬時的,因為大分子構象的(de)恢(huī)複過程需要克(kè)服內在黏性的(de)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與時間t,的關係。
當t》1,時,即外力作用時間比時(shí)間長得多時,液體的總形變以黏(nián)性形變為主,反之將以彈性形變為主(zhǔ)。對於黏度很低的簡單液體,1≈10-'s; 對(duì)基本上表現為固體的物質,t>10's;一般黏彈性聚合物熔體的時(shí)間1,=10-4~10+s.如注射聚甲基(jī)丙烯酸甲酯,已知注射溫度為230℃,注射時(shí)間為2s,其時(shí)間約為43x10-s;把注射時間看成外力作用時間,則其遠遠大於(yú)時間,由此可知注射過程中的彈性變形部分是極小的。應該注意的是,即便是少量的彈性變形,也(yě)能使熔體產生流 動缺陷(xiàn),使塑件產生變形。
流動熔體中的彈性形變與聚合物的相對分子質量、外力(lì)作用速度或時間以(yǐ)及熔體的溫度等有關。一(yī)般地,隨相對分子質量增大,外力(lì)作用時間縮短,當熔體的溫度稍高於材料熔點時(shí),彈性現象表現得特別不錯(cuò)。應變關(guān)係曲線 YH是總形變的可逆(nì)部分,γy則是不 可逆部分,並以形變(biàn)存在於熔可逆形變回複(fù)(0>08)c-成型(xíng)後(hòu)可逆形(xíng)變體中。
四、熱塑性和熱固性聚合物流變(biàn)行(háng)為(wéi)的比較
在通常(cháng)的注塑(sù)加工條(tiáo)件下,對熱塑性聚合物加熱是一種物理作用,其目的是使聚合物達到(dào)黏流態以(yǐ)便於成型,材料在注(zhù)塑加工 過程所獲得(dé)的形狀必須通過冷卻來定型。雖然,由於多次加熱和受到加工設備的(de)作(zuò)用會引起材料(liào)內在性質發生一定變化,但並未改變(biàn)材料整體可塑性的基(jī)本特性,特別是材料(liào)的黏度在加工條件下基本沒有發生不可逆的改變。
但熱固性聚合物則不同,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(děng)物(wù)理作用,並且還能使具有活性基團的組分在足夠高的溫度下產生交聯反應,並完成硬化等化學反(fǎn)應。一旦(dàn)熱固性材料硬化後,黏度變為無限大(dà),並失去了再次軟化、流動和通過(guò)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熱塑性(xìng)聚(jù)合物有著(zhe)本質的差別。
熱塑性聚合(hé)物和熱固(gù)性聚合物流變行為的不同加以說明,熱固性聚合物加熱初(chū)期流動性的增大是由於作用的結果,在達到硬化之前的一段時(shí)間,體係黏度隨時間的變化不大,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。
溫度對流動性(xìng)的(de)影響是由黏度和固(gù)化速度兩種互相矛盾的因素決定的,在較低溫度範圍(wéi)內溫(wēn)度(dù)對(duì)黏度的影(yǐng)響起主導作用,在0...以下,黏度隨溫度升高而降低(dī),所以交聯之前總的流(liú)動性隨溫度上(shàng)升而增加;而在較高的溫度範圍,則化學交聯(lián)反應起主導作用,隨溫度(dù)升高,交聯反應速度加快,熔體的流動性迅速降低。
所以,熱固性(xìng)聚合物(wù)的交聯速度可以(yǐ)通過(guò)溫(wēn)度來控製。溫度的這種特(tè)性正是熱固性塑料注射(shè)成型中注射(shè)機與模具分別采用不同溫度的原因(yīn),例如,注射的溫(wēn)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(dù)則(zé)應是有利於迅速硬化的溫度。因此,對熱固性聚合物來說,溫度(dù)對熱(rè)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在交聯之前完成(chéng)流動過程。切應(yīng)力或剪切速率對(duì)熔體流動性(xìng)有一定的影響,有流動性的趨勢,但影響過程(chéng)是複雜的,目前還(hái)無定性的研究(jiū)。
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