6、根据线性聚合物塑性拉伸的应力-应变曲线,可获得哪些性能参数?
弹性模量,屈服强度(应力),定伸强度,抗张强度(应力),断裂伸长率,断裂能
7、分析聚合物在贮存或使用过程中,制品变形和收缩的原因,提出使制品形状稳定的方法。
原因:
1)成型时熔体的骤冷,使大分子堆积松散(自由体积大);2)贮存或使用中,大分子或链段重排运动,后结晶等,使堆积变紧密,密度增加,体积收缩。
随冷却速度增大,体积收缩程度增大。
3)骤冷对制件质量不利,降低制品尺寸和形状的稳定性,严重变形或收缩不匀形成的内应力,使制品开裂。
同时降低制品的综合性能
改进方法:
在(Tg~Tf)对制品热处理,可缩短松弛时间,加速结晶,使制品形状较快稳定。
如PC,PS,PA,PVC等。
第二章作业:
1、高分子主要成型加工方法的剪切速率范围?
并分析假塑性流体切力变稀的原因。
切力变稀的原因:
A聚合物熔体:
剪切速率增大,大分子从网络结构中解缠和滑移,熔体结构明显改变,高弹形变减小,分子间范德华力减弱,流动阻力减小,熔体粘度降低。
B聚合物溶液或分散体:
溶剂渗入到大分子线团或粒子内部,使大分子溶剂化,形成稳定体系。
剪切速率(剪应力)增大,低分子溶剂从稳定体系中被挤出分离出来,导致原有体系破坏。
无规线团或粒子的尺寸缩小,线团和粒子之间分布更多的溶液,整个体系的流动阻力大大减小,聚合物溶液的表观粘度降低。
2、分析讨论温度对聚合物粘度的影响,并举例说明粘度对剪切速率和温度的敏感性在成型加工中的应用
温度增高,链段活动能力增强,分子间距离增大,分子间作用力减小,粘度下降。
粘流温度以上(T>Tg+100℃),熔体自由体积足够大,熔体粘度主要取决于链段跃迁流动的能力。
Tg~Tg+100℃,自由体积小,链段跃迁不仅与链段本身能力有关,也与能否容纳链段的自由体积的大小有关。
在炼胶、压延、压出、注射成型中,提高剪切速率和温度,使高聚物粘度降低,改善加工流动性。
外力解除或流动停止时(材料或半成品停放),或降低温度,粘度变得很大,半成品有良好的挺性,不易变形。
对于PS、PC、PMMA、CA等分子链刚硬的聚合物,粘度对温度敏感。
PS、PE、PP、PVC等的粘度对剪切速率敏感,加工中,主要通过改变温度或剪切速率,正确选择工艺方法,调节流动性。
加工制品应选择粘度对剪切速率不敏感区,确定合理的加工剪切速率范围。
3、分析讨论聚合物分子量及其分布--剪切速率--粘度的关系,并举例说明其在成型加工中的应用。
(1)熔体零切粘度与重均分子量的关系:
1<α<1.8,分子链较短,无(少)缠结点,大分子较易相对滑移,粘度低,牛顿液体;
α=3.4~3.5,分子链缠结,熔体粘度随分子量急速上升;分子量愈高,随剪切速率(剪应力)增加,粘度降低愈多,出现非牛顿流动的临界剪切速率降低,非牛顿行为(假塑性)更明显。
分子量分布宽,粘度迅速下降,表现更多假塑性;分子量分布窄,宽剪切速率范围,表现更多牛顿性。
过高分子量,粘度过高,加工困难;为降低粘度,提高温度会受到热稳定性限制。
可保证产品性能的基础上,选用分子量较低的聚合物,使成型加工易于进行。
也可加入低分子物质(溶剂或增塑剂),或降低分子量以减小粘度,改善加工流动性能。
第二章思考题
1、说明粘度对剪切速率和温度的敏感性在成型加工中的应用。
(1)在炼胶、压延、压出和注射成型中,提高剪切速率和温度,聚合物粘度降低,可改善加工流动性。
(2)外力解除或流动停止时(材料或半成品停放),降低温度,粘度变得很大,使半成品有良好的挺性,不易变形。
(3)可根据不同原材料,正确选择加工工艺(剪切速率和温度)(4)加工制品时,合理的加工剪切速率范围应选择在粘度对剪切速率不敏感区域(400秒-1~600秒-1以上)。
PS、PE、PP和PVC粘度对剪切速率敏感,通过提高剪切速率降粘,可改善加工流动性。
PS、PC、PMMA、CA、PET、PA的粘度对温度敏感,提高加工温度降粘,可改善加工流动性。
POM、PC、PET和PA粘度对剪切速率不敏感
2、说明压力对粘度的影响机理,解释为何单纯通过增大压力提高熔体流量不恰当,如何改善加工工艺?
聚集态存在自由体积压缩率(△V/V,%)增大压力,自由体积减小,大分子间距离缩小,链段活动范围减小,分子间作用力增加,粘度增大。
但单纯通过增大压力提高熔体流量不恰当,过大压力造成功率消耗过大,设备磨损更大。
增加压力和降低温度,可获得同样的粘度变化。
加工中,应根据压力-温度等效性原理,增加熔体压力的同时,应提高温度
3、简要说明固体填充剂(以炭黑为例)、增塑剂或溶剂对聚合物粘度的影响。
通常,固体填料用量(10%~50wt%)增加,粒径减小,表面活性增高,会阻碍大分子链段的运动,使聚合物熔体粘度增大。
尤其加入活性炭黑的橡胶。
炭黑粒子细、表面含有活性基团,与高聚物的亲合性极好,可形成化学或物理结点,阻碍大分子链的运动和滑移,使粘度大幅升高。
增塑剂类小分子或溶剂,会增大分子间距离,减小分子间作用力和流动阻力,使聚合物粘度降低。
液体或增塑剂的作用:
削弱聚合物分子间力,分子间距离增大,缠结减少,使聚合物粘度降低;随溶剂含量增加,出现非牛顿流动的临界剪切速率升高,牛顿性增强。
相容性对粘度影响:
1)增塑剂与聚合物之间相溶性好随浓度增大,增塑剂/聚合物体系的粘度上升;聚合物粒子被溶胀,形成软外层,剪切力增大时,容易变形滑过,表现假塑性流动;
2)增塑剂与聚合物之间相溶性差剪应力作用时,粒子间相互滑移困难,膨胀性流动行为。
4、热固性聚合物加工工艺关键?
使热固性聚合物在交联之前,完成流动过程。
热固性成型设备与模具温度的控制:
注射或挤出的温度应控制为:
粘度最低,不迅速交联的温度;模具或后处理的温度应控制为:
迅速硬化的温度。
第三章作业题
1、根据简单圆管中流动液体的受力分析,推导牛顿液体流动的剪应力、流速分布、流率和粘度表达式,画出剪应力和流速分布图。
(最好选择看书)
稳态层流流动时,液柱单元力平衡:
管轴和管壁的剪应力
牛顿液体
2、画出螺槽中压力流动和拖曳流动的速度分布,讨论机头阻力的变化对螺槽中熔体流速和流率的影响。
总流速为拖曳流动的速度和压力流动的速度的叠加;q=压力流率Qp/拖曳流率QD,流率Q=总速度*螺槽截面积=V*S,Q=QD-Qp-QL机头开放,q=0,无机头阻力和逆流,仅有拖曳流动,Q最大;机头阻力增大,反压和逆流增大,Q减小;一定螺槽深度(y)正反流速相等,流速由正值向负值过渡;
机头全封闭,反压和逆流最大,Q=0
3、分析讨论出口膨化效应的机理,在挤出模具设计中如何减小出口膨胀和内应力以及确保制品尺寸的准确性
出口膨化效应的机理
(1)粘弹性液体的正应力(法向应力)
粘弹性液体流动,P11—P22>0,正应力差使液体流出管口后,在垂直于流动方向上膨胀。
正应力差愈大,膨胀愈严重。
2)大分子流动过程中的伸展取向
在收敛流动和剪切流动中,大分子沿流动方向伸展与取向,收敛流动引起大分子产生拉伸弹性应变,剪切流动引起剪切弹性应变。
高弹形变具有可逆性,应力消除后,伸展和取向的大分子恢