第2章高分子材料成型原理
2.1高分子材料的加工性能
2.1.1高分子材料的熔融性能
热传导
热传递对流
辐射
■无熔体移走的传导熔融
■有强制熔体移走(由拖曳或压力引起)的传导熔融
■耗散混合——熔融
■利用电的、化学的或其它能源的耗散熔融方法
■压缩熔融
高分子材料的熔融方法：
热扩散系数及其影响因素
聚合物在成型加工中为使流动和成型，必须加热和
冷却。任何物料加热与冷却的难易是由温度或热量在物料中的传递速度决定的，而传递速度又取决于物料
的固有性能——热扩散系数α
a=k/Cp·p(2-1)
式中k为导热系数，Cp为定压热容，p为密度
用摩擦热加热塑料是通过挤出机或注射机的螺杆与
料筒的相对旋转运动等途径来实现的。由于聚合物的表观粘度随摩擦升温而降低，使物料熔体烧焦的可能
性不大，而且塑化效率高，塑化均匀。
聚合物的摩擦热对流动的影响
聚合物熔体的粘度大，熔体流动时，会因内摩擦而
产生显著的热量
(2-2)
层流和湍流
稳定流动与不稳定流动
等温流动和非等温流动
一维流动、二维流动和三维流动拉伸流动和剪切流动
拖曳流动和压力流动
2.1.2高分子材料的流变性能
(1)流动类型
图2-6各类型流体的流动曲线
a-宾汉流体b,e-假塑性流体c-膨胀性流体d-牛顿型流体
描述假塑性和膨胀性的非牛顿流体的流变行为，
用幂律函数方程：
T=Kyn
式中K——流体稠度，Pa·s
n——流动指数，也称非牛顿指数。
(3)时间依赖性流体
这类流体的流变特征除与剪切速率与剪切应力的大小有关外，还与受应力的时间长短有关。
属于拉伸流动。
合成纤维的熔融纺丝与拉伸粘度密切相关。在中空吹塑、
热成型和薄膜生产中，与双轴拉伸粘度有关。
拉伸流动常寓于高聚物熔体各种成型流动之中。
(4)拉伸流动
在拉伸流动区，流体质点的速度仅沿流动方向发生变化，
挤棒或拉丝过程中的拉伸流动
Z
口模剪切区转变区拉伸流动区
入(2-13)
E
式中三为拉伸应变速率，σ为拉伸应力或真实应力
由于拉伸应变：为：(2-14)
故拉伸应变速率为：
二二
O
(5)影响高聚物熔体粘度的因素
η=F(γ,T,P,M,….…)
y为剪切速率
T为温度
P为静压力
M为聚合物的分子参数
(6)聚合物熔体的弹性
聚合物在成型过程中，因外在条件的改变而发生聚集态
的变化，伴随这些变化的是聚合物不仅具有液态的粘流性，
而且还具有固态的弹性。粘性形变和弹性形变与时间依赖
关系可用下式来表示：
E=E1+ε2+ε3o/E?+σ/E?(1-e-t/T)+σt/n?
■总的形变ε由不可逆的粘性形变ε3
和可恢复的弹性形变(e?与ε2)组成。
■除去外力，普弹形变可瞬时恢复；
粘性形变则作为永久形变存留于聚合物材料中。
t?
蠕变曲线
(t)
0t
t
有剪切弹性模量与拉伸弹性模量，其定义为：
G=t/γR
E=σ/εR
式中G——聚合物的切变模量
E——聚合物的拉伸弹性模量
凡弹性模量大的材料，受力时其弹性形变就小，其弹性行
为对聚合物加工影响也小。
弹性模量
弹性模量可表征聚合物弹性行为。随材料所受外力的不同，
六种聚合物在大气压力下的剪切弹性模量
A一尼龙一66(285℃)B一尼龙—11(220℃)C一甲醛共聚物(200℃)D一低密度聚乙烯(190℃)E—PMMA(230℃)F一乙丙共聚物(230℃)
在定温下绝大多数聚合物的弹性模量都是随
着应力的增大而上升的。
10*10?
剪切应力/(N/m2)
10?
A
105
C
102
0.1
B
E.
F
103
103
剪切弹性变形
103
10
剪切模量/(
10?
N/m2)
D
成型过程中外力、温度、作用时间
对聚合物弹性形变的影响
■成型外力个，弹性变形个，粘性变形↑个
■外力个或外力作用时间个，能使可逆变形部分转变为不可逆变形。
■对中空吹塑，压塑成型以及单丝、薄膜的热拉伸等，都可以提高外力，在tt之间成型加工。调整应力和应力作用时间，并配合适当的温度，就能使材料由弹性变形向塑性变形转变。
人
■多数聚合物成型是在粘流态下进行。∵粘度低，流动性好，易于成型.
■粘流态聚合物的主要形变是粘性形变，