新版塑料成型工艺与模具设计模板.doc

备 课 讲 义课 程 名 称 塑料模具设计 课 程 编 号 1111610 学 时 学 分 40（4）课时 2.5学分 专 业 层 次 机械设计制造及其自动化 备 课 教 材 塑料成型加工和模具 黄 虹 主编 化工版 授 课 班 级 机自107 授 课 日 期 36年912月 授 课 教 师 卓 荣 明 归 口 系 部 机械工程系 版 次 03 第1章 塑料成型概述11 塑料概念111 塑料定义塑料是以树脂为基础成份，在一定条件下能够塑化成形合成材料。其中 树脂高分子化合物，关键由人工合成，又称为高分子聚合物；一定条件温度、压力、模具、设备等；塑化成形加热流动成型定形；合成材料树脂、添加剂等。112 塑料特征及其用途1121 塑料特征优点：1）塑料材料重量轻，密度通常为0.92.3克/cm；2）含有一些优良机械性能，如比强度高、摩擦系数小、自润滑性好、吸震性好等；3）电性能优良，如绝缘性能好、介电损耗低等；4）化学稳定性高，能耐酸、碱和很多化学药品腐蚀；5）光学性能优良，如光学塑料折射率、透光范围等指标均很好；6）表面装饰性好，如着色、喷漆、电镀等性能优良；7）成型工艺性能优良，加工成本低，经济性好；8）性能可改良性好，经过改性技术改善塑料性能和用途成为关键发展方向。缺点：1）耐高温性差，通常塑料使用温度范围为60300；2）机械性能欠缺，如机械强度、刚性、表面硬度、耐疲惫性等较低；3）尺寸稳定性差，如热膨胀系数、收缩率、抗蠕变性等性能均不理想；4）耐候性差，如易老化、变色、发脆等；5）塑料是非绿色材料，对人体、环境等不良影响成为阻碍其发展关键原因。1122 塑料用途塑料用途是由它性能及价格等原因决定。塑料材料被广泛应用于机械、建筑、电气、电子、家电、农业、医药、日用具等各行各业，更在现代航空、航天、军事技术等尖端科学领域得到了大力开拓和应用。113 塑料发展简史及在国民经济中地位1131 塑料发展简史1）初创阶段1820年英国人Thomas Hancock发觉经过塑炼橡胶含有可塑性，并能流动，出现了塑性一词Plastic；1839年美国人Charlas Coodyear发觉橡胶和硫磺一起加热会使橡胶更富有弹性，并能定型，出现了硫化一词Vulcanization；1851年出现了有弹性硬质橡胶，并产生了橡胶工业。这不仅是橡胶工业里程碑，而且也是塑料发展史上关键一页；1856年英国人Alexander Parkes发觉在感光火棉中，熔剂蒸发后留下固体残渣是一个硬而有弹性角质物质，并能防水。又于1862年展出了硝化纤维素塑料，为此而被授勋；1865年美国人John Wesley Hyatt用硝化纤维素制成了替换象牙桌球；1872年正式命名硝化纤维素加樟脑合成材料为“赛璐珞”。这是经过有机物聚合反应生成第一个塑料材料，是现代塑料工业里程碑。 2）理论和技术发展阶段1872年Adolf Bayer用甲醛反应得到树脂状物质；1899年Aithur Smith取得了相关酚醛树脂第一个英国专利（16874号）；19Lee Hendrik Baekeland控制和改善反应使得酚醛树脂成为第一个进入工业化生产合成树脂；19251935年间，建立了相关高分子化合物特征和生成基础理论，从而在有机化学和物理化学基础上产生了高分子化学和物理这一新兴学科，有力地促进了塑料工业发展。这期间，低密度聚乙烯、聚苯乙烯、聚氯乙烯、聚酰胺等热塑性塑料相继工业化，奠定了塑料工业基础。3）飞跃发展阶段1954年，发觉用TiCl3络合物作催化剂（齐格勒纳塔催化剂），经过定向聚合可得到优良性能聚合物。这一定向催化聚合工艺创建、高分子学科深入发展及聚合技术开拓，使得高密度聚乙烯、聚丙烯进入了工业化生产。50年代中期60年代末，石油化工高速发展为塑料工业提供了丰富而廉价原料，这一阶段，塑料产量和品种不停增加，成型加工技术更趋完善。4）稳定增加阶段70年代以来，因为石油危机和资本主义周期性经济危机，原材料价格猛涨，塑料增加速度显著下降。这一阶段塑料工业特点是经过多种改性技术来改善塑料性能，提升产品质量，扩大应用领域，生产技术更趋合理。进入90年代以来，塑料工业向着生产工艺自动化、连续化，产品系列化，和不停开拓功效性塑料新领域发展。1132 塑料材料在国民经济中地位高分子学科创建、石油化工工业发展、成型加工技术开拓，已使塑料材料跻身于金属、纤维和硅酸盐三大传统材料之列，成为新型关键材料之一，更成为国民经济中各行各业不可缺乏关键材料。12 塑料制品成型加工概念121 塑料制品生产工业体系从塑料原材料到塑料制品，所经过生产步骤以下图所表示。成型加工添加剂单体塑料制品塑料树脂原料图1-1 塑料制品生产工业体系 塑料制品生产 塑料材料生产 塑料原料生产122 塑料制品成型加工技术过程塑料通常经过以下生产工序制成产品。后处理前处理修饰塑料制品装配机械加工成型加工塑料锯冲剪车铣刨钻铰攻其 它其 它螺 接嵌 接焊 接粘 接粉 料粒 料溶液等镀 饰印喷烫滚浸涂锉磨抛其 它挤出成型挤压烧结其 它压制烧结二次成型热成型发泡成型涂层成型层压成型离心成型铸塑成型滚塑成型吹塑成型压缩成型注射成型图1-2 塑料制品生产技术过程以上过程中，成型加工是最关键。通常来说，多种塑料全部需经过多个成型工艺方法加工才能成为产品，且多种塑料全部有其比较适应成型工艺方法及过程。 13 塑料成型模具概念131 塑料模具概念塑料模具是利用其特定形状去成型含有一定形状和尺寸塑料制品工艺装备。（以注射模具为例，利用简单结构示意图）其中 模具基础结构动模、定模、型腔、流道、推出机构、导向机构、温度调整基础工作过程合模注射保压冷却开模推出制品注射前准备132 塑料模具基础要求1）确保塑料制品质量要求，如形状及尺寸精度、外观质量；2）模具制造技术要求，如结构合理、制造轻易、成本低廉；3）模具使用要求，如操作简单、维护方便、高效率、自动化；4）模具经济性要求，如生产批量、材料成本、制造成本。133 塑料模具分类塑料模具分类方法很多，通常根据制品成型工艺方法进行分类。1）注射模2）压缩模3）压注模4）挤出模5）气动成型模 15 练习思索题1）什么是塑料材料？举实例说明塑料材料在实际使用中特点？2）谈一谈对塑料制品成型加工技术在国民经济和现代制造业中地位认识？第2章 塑料成型技术基础 21 聚合物概念及塑料组成211 高分子概念2111 高分子定义20世纪20年代，德国化学家斯陶丁格提出高分子化合物分子结构模型，从而确立了大分子学说。她认为，高分子是分子量尤其大一类化合物，是由很多化学结构比较简单结构单元反复连接成链状或网状大分子，对于人工合成则称为高分子聚合物或聚合物。2112 分子结构式和分子量以聚丙烯（PP）为例，其分子结构为： CH2CH nCH3其中：1）n为高分子聚合度，应含有足够大数值，不然不属于高分子化合物。用于塑料材料聚合物通常n值为100200以上，分子量为104以上，分子链长度大于104埃；2）对于同一个聚合物，不一样生产批次或同一批次不一样分子之间，聚合度n值是不相同。在同一批次聚合物中，n值含有平均意义，其分子量也是统计平均值；3）分子量分布是聚合物一个关键性能参数，有些特殊塑料制品对原料树脂分子量分布有严格要求，分子量分布表现出原料树脂生产工艺水平。2113 分子链形状和空间构型1）分子链形状是指结构单元在空间上连接形式及结构形状，含有线形、支化形和网形等三种形状。2）分子链空间构型是指支化形高分子或部分结构单元含有替换基（官能团）聚合物分子其小支链或替换基（官能团）在分子链上排列情况及结构形式，含有没有规立构、等规立构和间规立构等三种构型。3）通常化学键键能为30200千卡/摩尔，而分子间力（小分子）通常小于10千卡/摩尔，分子间力（范德华力）对物质熔点、沸点、溶解度等全部有影响。对于聚合物分子，其强度是由化学键和分子间力（范德华力）共同决定，聚合物分子链形状和空间构型对分子间力相关键影响。例1 无规聚丙烯（PP）软化温度约为80，使用价值很低；等规聚丙烯（PP）熔点温度约为165，含有很好使用价值。例2 用于等规聚丙烯催化剂为有名齐格勒（德国）纳塔（意大利）催化剂，含有定向聚合作用，其对于高分子聚合物发展作出了划时代贡献。1955年意大利首先合成出等规聚丙烯。齐格勒和纳塔于1963年取得诺贝尔化学奖。2114 分子链空间构象和柔顺性1）因为聚合物分子链长径比很大、分子链上单键内旋、分子热运动等原因影响，可见高分子链空间构象是千变万化，通常将构象无规则改变柔性高分子链称为无规线团。2）无规线团在受到外力作用时候，会沿着外力作用方向伸展或压缩；外力解除后，经过一定时间，其分子链空间构象将恢复自由，发生形态和尺寸改变，通常将高分子这种特征称为柔顺性。高分子链柔顺性取决于高分子主链结构、替换基、氢键、交联度等原因影响，通常依据其柔顺性高低分为柔性分子链和刚性分子链。212 塑料组成及分类2121 塑料组成1）塑料材料性能关键取决于聚合物结构及性能，同时决定了塑料类型。2）塑料中添加填料和助剂目标在于改善材料内在性质和加工性质，并达成提升制品使用性能。3）塑料不仅可经过物理改性（填料、助剂等）来改善性能，而且能够经过共混、共聚、接枝、交联、定向催化等化学改性技术来深入增加材料品种和扩大制品用途。2122 按聚合物结构及特征分类1）热塑性塑料是指聚合物分子呈线型或支型结构，受热流动且能够成型，冷却后能保持既得形状。加热和冷却能够反复进行数次，在此过程中通常只发生聚集态改变等物理改变。2）热固性塑料是指聚合物经过加热流动且成型后，其分子结构发生化学改变，分子链由线型交联成体型结构，且这么过程含有不可逆性。2123 按塑料应用范围分类1）通用塑料是指产量很大、用途广、价格低塑料，组成了塑料工业主体。2）工程塑料是指常在工程技术中用作结构材料塑料，含有很好机械性能及使用性能。3）特殊塑料是指含有一些特殊性能及用途塑料。 22 聚合物加工性质及塑料成型工艺性221 聚合物加工性质2211 聚合物聚集态聚合物是由众多高分子聚集在一起，其在加工过程中所表现出很多性质和行为全部和高分子聚集态相关，包含高分子长链结构、缠结状态和力学状态等。图21 聚合物热力学曲线依据聚合物在加热过程中所表现出力学性质和分子热运动特征，将聚合物分为玻璃态（或结晶态）、高弹态和粘流态，通称聚集态，图21所表示。图中 Tb脆化温度Tg玻璃化温度Tf（Tm）粘流温度（熔点温度）Td热分解温度影响聚集态转变原因有：高分子链结构、聚合物体系组成、受力状态、环境温度等，当聚合物及组成一定时，聚集态转变关键和温度相关。2212 聚合物加工性质聚合物在加工过程中通常要经历由固态液态聚集态转变。了解这些转变本质和规律就能选择合适加工方法和确定合理加工工艺参数，在保持原有性能条件下，以最少能量消耗，高效率地生产好塑料制品。1）玻璃态 分子杂乱排列过冷液体，对于结晶聚合物则为玻璃态和晶态两相混合。该聚集态不宜进行引发大变形加工，但能够进行机械加工。2）高弹态 分子热运动能量较高，分子链表现出很好柔顺性，能产生较大弹性变形，但变形和回复全部和时间相关，又称为橡胶态。该聚集态可进行真空成型（热成型）、压力成型、压延成型等加工。在加工过程中将制品温度快速冷却到Tg温度以下是实现这类加工关键。3）粘流态 分子热运动能量很高，聚合物不再保持固体形状，受力能产生流动，但粘性很大。温度偏低时表现出类橡胶流动行为；温度偏高时不大外力就能引发宏观流动，表现为不可逆粘性形变。该聚集态温度偏低时可进行压延成型、挤出成型、吹塑成型等加工；温度偏高时可进行吹塑成型、注射成型、熔融纺丝等加工。在加工后只要将制品温度冷却下来就能够实现这类加工。综合以上，能够得悉：1）对于大多数塑料而言，玻璃态是制品使用状态，Tb温度和Tg温度是衡量制品使用范围关键标志，TbTg温度范围越宽，制品对环境适应性越强。能够经过增塑、共混、改变分子量及其分布、交联和填充无机填料等技术来调整使用温度范围。2）Tf（Tm）温度和Td温度是衡量制品成型性能关键指标，Tf（Tm）温度低，有利于熔融，生产时热能消耗少；Tf（Tm）Td温度范围越宽，塑料熔体热稳定性越好，可在较宽温度范围内流动和成型，不易发生热分解等质量问题。2213 聚合物加工过程中粘弹行为1）聚合物粘弹性 因为聚合物在加工过程中处于不一样条件下会表现出固体和液体性质，即表现出弹性和粘性。但因为聚合物分子长链结构和大分子运动逐步性质，聚合物形变和流动不可能是纯弹性或纯粘性，而应是弹性和粘性综合，即为粘弹性。2）经典粘弹性理论以下式所表示：式中 聚合物总形变E一般弹性形变H高弹形变V粘性形变 作用外力t 外力作用时间E1、E2 一般弹性形变模量、高弹形变模量2、3 高弹形变粘度、粘性形变粘度3）三种形变性质图22所表示，概述以下：一般弹性形变E 形变值很小，且不依靠于时间，是由外力使聚合物大分子键长和键角或聚合物晶体中处于平衡状态粒子间发生形变和位移所引发。图22 聚合物在外力作用下形变时间曲线EVHE高弹形变H 形变值很大，且依靠于时间，含有可逆性，是由处于无规则热运动大分子链段形变和位移即空间构象改变所引发。粘性形变V 形变值很大，表现为宏观流动，含有不可逆性，是聚合物在外力作用下沿力作用方向发生大分子之间解缠和相对滑移所引发。4）在加工过程中，聚合物粘弹性行为概述以下：温度改变时如温度升高时，由粘弹性公式可知，2、3降低，H、V增加，但V增加得愈加快，而H增加趋势减小。温度高于Tf（Tm）时聚合物处于粘流态，形变以粘性形变为主。此时聚合物粘度低流动性大，易于成型，制品因次稳定性（形状和几何尺寸稳定性）很好。其次因为弹性效应存在，制品会产生内应力和后变形等质量问题。温度处于TgTf范围内时聚合物处于高弹态，形变以高弹形变为主。此时聚合物粘度高不易流动，且因为高弹形变可逆性，所以通常较少在此温度范围内成型制品。其次由粘弹性公式可知，当外力加大和外力作用时间t增加时，V比H能愈加快地快速增加，粘性形变成份增大，使制品能够产生有效成型变形，假如此时将温度快速地冷却到Tg温度以下，则可使制品达成成型目标，但制品因次稳定性低，遇热极易变形。5）聚合物塑性形变是指聚合物在TgTf温度范围内以较大外力和较长时间作用下产生不可逆形变，其实质是高弹态条件下大分子强制性解缠和流动。是一个关键聚合物加工技术，可有效地降低在此温度范围内成型制品内应力，并能提升制品因次稳定性。例1 塑料制品应力松弛现象及温度和时间等同效应？例2 塑料或橡胶制品消音、减震现象？222 塑料成型工艺性塑料成型工艺性是指塑料材料在成型过程中表现出特有性能，决定着成型工艺方法、工艺参数选择和塑件质量，同时对模具设计及其质量要求影响很大。2221 热塑性塑料工艺性热塑性塑料成型工艺性能除了热力学性能（聚集态及加工性质）、结晶性和取向性外，还包含收缩性、流动性、相容性、吸湿性、热稳定性等。1）收缩性是指一定量塑料在熔融状态下体积高于冷却成型后体积。收缩率是指收缩性大小，以单位长度塑件收缩量百分比来表示。实际收缩率是指模具（或塑件）在成型温度时尺寸和塑件在室温时尺寸之间差异，在大型、精密模具成型零件尺寸计算时常常采取。计算收缩率是指室温时模具尺寸和塑件尺寸之间差异，在一般中、小模具成型零件尺寸计算时常常采取。收缩率范围是指影响塑料收缩率改变原因较多，如塑料品种、塑件结构、模具结构、成型工艺条件等，所以塑料制品收缩率会有一定波动范围。2）流动性是指成型过程中塑料熔体在一定温度和压力作用下充填模具型腔能力。流动性能通常见熔融指数（MI）测定法或螺旋线长度试验法来衡量，通常分为好、中、差三类。其影响原因关键有塑料性质、温度、压力、模具结构等。3）热稳定性是指一些塑料在高温下受热时间较长或因剪切作用过大时产生料温升高而出现变色、降解和分解倾向，又称为塑料热敏性。塑料在分解时往往释放出对塑料材料、设备、模具及人体全部有害气体等产物，所以应从多方面采取方法预防塑料产生热分解。4）吸湿性是指塑料对水分亲疏程度，是因为其分子结构中含有亲水极性基因（如酰胺基）所造成，另外还和塑料组成相关。含水率较高塑料在加工时会释放出气体，促进塑料产生高温水解，从而造成材料降解，制品出现变色、气泡、银丝和斑纹等质量问题。所以塑料在成型加工前，通常要经过干燥，控制水分含量在0.2%0.5%以下。5）相容性是指两种或两种以上不一样塑料在熔融状态下不产生相分离现象能力，又称为塑料共混性。通常分子结构相同者较易相容，能够得到类似共聚物综合性能，是改善塑料性能关键路径之一。2222 热固性塑料工艺性热固性塑料在热力学性能上表现显著不一样于热塑性塑料，其关键工艺性能指标有收缩率、流动性、比容和压缩率、硬化速度、水分及挥发物含量等。1）收缩率意义同热塑性塑料类同，计算方法也和热塑性塑料相同。影响热固性塑料收缩率原因较多，通常可从模具结构设计、成型工艺条件控制等方面降低制品收缩率。2）流动性意义同热塑性塑料类同。热固性塑料流动性能通常见拉西格流动值来衡量，通常分为好、中、差三类。其影响原因关键有塑料性质、模具结构、成型工艺条件等。3）比容是指单位重量松散塑料所占体积。压缩率是指塑料体积和塑料制品体积之比。比容和压缩率全部可表示粉状或纤维状塑料松散性，可用来确定模具加料室大小。4）硬化速度是指一定量热固性塑料在成型过程中完成交联反应所需时间，通常以塑料试样硬化1mm厚度所需秒数来表示。硬化速度快慢和塑料品种、制品形状、壁厚、预热及预压、成型工艺条件控制等原因相关。5）水分及挥发物含量关键来自塑料吸收水分和在成型反应过程中释放出副产物。塑料中水分及挥发物含量在很大程度上直接影响塑件物理、力学和介电性能，还会影响组织疏松、收缩率大小、表面光泽、翘曲变形等质量问题。其次水分及挥发物含量不足会造成流动性不良、成型困难、不利于压锭等问题。 23 聚合物加工过程物理化学改变231 聚合物加工过程中结晶2311 聚合物结晶概念1）通常，支化程度低、侧基较小、结构单元单一、分子链规整性很好高分子比较轻易结晶，表现为分子链在空间上规整排列。2）聚合物熔体冷却结晶时通常生成球晶，在高应力作用下还能生成纤维状晶体。球晶是由无数微晶聚集而成多晶聚集体，微晶（单晶）结晶形态为“折叠链”结构3）结晶聚合物为晶区和非晶区两相混合结构，各个分子链贯穿多个晶区和非晶区，结晶度通常为1060%，最大可达90%。4）结晶速度慢，结晶含有不完全性，结晶聚合物没有清楚熔点是大多数聚合物结晶基础特点。5）不一样聚合物结晶速度差异很大，决定于聚合物分子结构、相组成及冷却速度，晶体生成最大速率在Tg Tm之间。6）聚合物中所含低分子物（溶剂、增塑剂、水分子等）及固体杂质（或固体填料）会影响聚合物结晶过程，通常能起促进作用。7）二次结晶是在一次结晶后残留非晶区域和晶体不完整部分继续进行结晶和深入完整化结晶过程。8）后结晶是聚合物加工过程中一部分来不及结晶区域在加工后发生继续结晶现象，通常发生在球晶界面上。2312 聚合物结晶对制品性能影响1）聚合物结晶时分子链排列紧密，体积收缩，密度增加，造成份子间结协力增强，力学性能和热性能得到提升；而和分子链运动相关性能，如高弹性、伸长率、冲击韧性则降低；另外收缩率增大还会使制品透明度降低。2）非晶区域存在使聚合物含有韧性，而结晶区域则使聚合物含有刚硬性，聚合物性能取决于两相综合及分布情况。3）二次结晶和后结晶全部会使制品性能和尺寸在使用和存放中发生改变，影响制品正常使用。2313 聚合物成型加工对结晶影响1）冷却速度决定了晶核生成和晶体生长条件，影响聚合物在加工过程中能否形成结晶、结晶速度、晶体形态和尺寸等，而冷却速度取决于熔体温度Tm和冷却介质温度Tc之间温度差，即T=TmTc。依据T大小，将制品冷却分为缓冷、快冷、中等冷却等三种类型。缓冷时，T值小，结晶通常由均相成核作用开始，轻易形成大球晶，生产周期长，制品发脆，力学性能降低，冷却程度不够还易使制品扭曲变形，通常极少采取。快冷时，T值大，结晶程度降低，制品体积显著松散，但厚制品内部结晶程度相对较大，这种内外不均匀性会引发制品中出现内应力，同时未结晶过冷液体结构不稳定，会产生后结晶等问题，影响制品性能。中等冷却时，即冷却介质温度Tc处于Tg周围温度时，此时制品表面较快凝固，结晶晶粒较细，而内部相对有利于晶核生成和晶体生长，但晶核生成数量和晶体生长速率之间百分比关系很好，生产周期较短，晶体生长好，结晶较完整，制品因次稳定性很好，所以在制品成型加工中常常采取。2）熔融温度和熔融时间较长时，会使结晶速度较慢，晶粒尺寸变大；相反使则结晶速度变快，晶粒尺寸较细，有利于提升制品力学强度、耐磨性和热畸变温度等性能指标。3）成型加工中受到高应力作用时，熔体取向产生诱发成核作用使晶核生成数量和结晶速度趋向于有利。4）成型加工后常采取合适热处理改善结晶状态，稳定制品性能和尺寸。232 聚合物加工过程中取向2321 聚合物取向概念1）通常有两种情况，一个是聚合物熔体或浓溶液中大分子链段和其中固体纤维状填料在剪切流动时会顺着流动方向作平行排列流动取向；另一个是聚合物在TgTf温度范围内成型时大分子链段或微晶等结构组织沿着外力拉伸方向作平行排列拉伸取向。2）聚合物熔体流动时，首先剪切应力存在对大分子链段产生取向作用，其次因为分子热运动肯定对取向大分子链段存在着解取向作用。3）聚合物成型时流动取向和制品形状和浇口位置等原因相关，多数情况下大分子链段和其中纤维状填料取向往往是单轴取向和双轴取向（或平面取向）综合。4）聚合物分子链结构、分子量、柔顺性和所含低分子物（溶剂、增塑剂等）等对聚合物取向和解取向作用全部有较大影响，从而使制品取向结构稳定性产生差异。2322 聚合物取向对制品性能影响1）聚合物成型中取向使制品出现力学各向异性，通常注射制品中熔体流动方向抗张强度约为垂直于流动方向13倍，冲击强度约为110倍。2）聚合物产生平面取向时制品力学各向异性和相互垂直两个方向拉伸倍数相关，平面取向改善了单轴取向各向力学差异程度，提升了制品使用性能。3）聚合物取向程度对大分子间作用力、软化温度、热收缩率、线膨胀系数等产生较显著影响。如高取向高结晶聚合物Tg温度约可升高2030；垂直于取向线膨胀系数约大于取向方向3倍。4）由取向而造成性能各向异性通常对制品使用是不利，往往会使制品产生变形、翘曲或裂纹等质量问题，但其次对制品结构受力等又产生主动影响，所以在制品结构和模具结构设计时应充足考虑这些原因而加以利用。2323 聚合物成型加工对取向影响1）聚合物成型温度对大分子取向及解取向有着矛盾作用，最终有效取向取决于这两个过程平衡条件和是否能将取向结构冻结下来，其中结晶聚合物取向结构较易冻结。2）非结晶聚合物在成型条件下因为制品表层和中心取向及解取向程度差异，通常只在制品次表面层产生程度很高取向，次表面层深度和流动距离相关，通常距表面约0.20.8mm。3）结晶聚合物在成型条件下流动取向和结晶过程亲密相关，二者相互作用、相互影响。4）聚合物在TgTf温度范围内拉伸取向应以使聚合物产生连续均匀塑性形变为标准。多种聚合物拉伸比和其结构及物理性能相关，通常非结晶聚合物约为1.53.5，高结晶聚合物约为510，多数约为45。5）聚合物中固体纤维状填料在模具型腔内流动行为较为复杂，但其取向结构关键和流动方向保持一致，所以设计模具时应对制品方向部署及浇口开设位置等进行充足考虑，对取向产生有利影响。6）成型加工后采取合适热处理不仅影响聚合物结晶状态，还能对大分子解取向和解除冻结内应力产生作用，深入改善和稳定制品性能。233 聚合物加工过程中化学改变2331 聚合物降解1）聚合物降解是指聚合物在成型过程中，因为受到高温、应力等外部条件或聚合物中微量水分、酸、碱和空气中氧气作用，造成聚合物大分子结构发生改变、分子量降低、性能变坏现象。2）聚合物降解实质表现为分子断链、交联、链结构改变、侧基改变和它们综合作用。3）聚合物降解现象表现为变色、气泡、流纹、多种物理及力学性能减弱、焦化。4）聚合物降解影响原因有：聚合物结构、体系组成、杂质、温度、应力、水分、酸、碱、氧气。在成型加工过程中，往往由多个原因综合作用引发聚合物降解，其中高温热降解是关键形式。5）聚合物降解避免方法关键有：使用合格原料、严格干燥、确定合理加工工艺、保持良好设备和模具结构状态、使用稳定剂等添加剂。2332 聚合物交联1）聚合物交联是指聚合物由线型分子结构转变为体型结构化学反应。2）聚合物交联实质表现为分子链中带有反应基团及反应活点和添加交联剂（硬化剂）相互间连接作用。在加工反应过程中，已经发生连接作用反应基团和活点对原有反应基团和活点比值称为交联度。3）聚合物交联结果表现为聚合物机械强度、耐热性、化学稳定性、制品因次稳定性等全部有所提升。4）聚合物交联影响原因有：加热温度、硬化时间、反应基团及活点、应力。在成型加工过程中，因为多个原因影响，交联反应难以完全进行。5）聚合物交联反应程度在制品成型加工过程中表现为“欠熟”和“过熟”，应严格控制工艺条件，使交联反应进行到最为适宜程度，可使制品物理力学性能等达成最好状态。 24 聚合物流变性质流变学是研究物质形变和流动一门科学。聚合物流变学关键研究应力作用下高分子材料产生弹性、塑性和粘性形变行为和研究这些行为和多种原因（聚合物结构和性质、聚合物体系组成、温度、力大小、力作用方法、作用时间等）之间相互关系。因为流动和形变是通常聚合物加工过程最基础工艺特征，所以聚合物流变学研究对聚合物加工有着很关键现实意义。聚合物流变是一门半经验物理科学，其概念已经成为聚合物成型加工理论关键组成部分，对材料选择和使用、加工时最好工艺条件确实定、加工设备、成型模具设计和提升产品质量等全部有极关键指导作用。液体流动和形变全部是在受应力作用条件下得以实现，关键应力有剪切应力、拉伸应力、流体静压力p三种，其中剪切应力对聚合物成型最为关键。液体流动时处于层流还是湍流以雷诺数（Re）为准，当Re21004000为层流。因为聚合物熔体或分散体雷诺数通常较小，所以流动时基础上处于层流状态。材料受力后产生几何形状改变称为应变。单位时间内应变称为应变速率，假如应变是由剪切应力引发切应变，则称为剪切速率，表示为241 牛顿流体及其流变方程1）液体在管道中处于层流状态流动时，可将其视为一层层相互相邻且完全平行薄层液体沿外力（剪切应力）作用方向进行相对滑移。2）液层间粘性阻力、管壁摩擦力等原因使相邻薄层液体在移动方向上存在着速度差，液层间单位距离内速度差称为速度梯度，表示为 ，单位S-1。3）由下式可知速度梯度和剪切速率在数值上相等，所以可用剪切速率（单位S-1）来表示液体流动形变。4）1687年牛顿（Newton）在研究低分子液体流动行为时，发觉了层流液体牛顿流动定律，可用牛顿流变方程表示为式中（单位PaS）称为牛顿粘度，是液体本身固有属性，反应了液体粘稠度。不一样液体值也不相同，和其分子结构及温度相关。5）牛顿流体是指液体层流时符合牛顿流动定律液体，其特征为应变随应力作用时间线性地增加，且粘度保持不变；应变含有不可逆性，应力解除后应变以永久变形保持下来。牛顿流体流动表现为纯粘性流动，范围为低分子化合物液体或溶液和气体等。6）流动曲线是指对流体在不一样温度下以或作图所得到曲线，其反应了流体性质。例1 以或作图绘制牛顿流体流动曲线。242 非牛顿流体及其流变方程1）非牛顿流体是指液体层流时不符合牛顿流动定律液体，其特征为应变随应力作用时间不呈百分比关系，液体粘度a（称为非牛顿粘度或表观粘度）不是常数；应变含有粘弹性特征，流动中包含着不可逆形变和可逆形变两部分。牛顿流体流动表现为粘弹性流动，范围为高分子聚合物熔体及溶液等。2）聚合物加工时大多处于中等剪切速率范围（=10104 S-1），此时大多数聚合物熔体或溶液流动行为全部表现为非牛顿流体。3）聚合物熔体流动曲线是指对聚合物熔体或溶液在不一样温度下以或a作图所得到曲线，是确定加工工艺及加工条件所不可缺乏依据。例1 以或a作图绘制非牛顿流体流动曲线。4）依据聚合物熔体流动曲线可将聚合物液体分为假塑性液体、膨胀性液体等，其中假塑性液体较为常见，以大分子形状不对称和分子链刚性较大聚合物表现最为显著。5）非牛顿流体流变方程表示为式中a（单位PaS）称为表观粘度（或剪切粘度），反应了非牛顿液体在外力作用下抵御剪切变形能力，其和流体性质及温度相关，另外还受剪切速率影响。6）聚合物液体在给定剪切速率下表观粘度a关键由大分子长链结构和缠结和聚合物液体内自由体积两方面原因决定。通常能降低分子链缠结作用原因全部能加速大分子链运动并造成聚合物液体粘度降低；其次通常能引发聚合物液体内自由体积增加原因全部能活跃大分子链运动并造成聚合物液体粘度降低。其它多种环境原因如温度、应力、应变速率、低分子物质（溶剂等）和聚合物本身结构和体系组成等对表观粘度a影响，大全部能用这两方面原因来进行解释。243 聚合物加工过程对熔体流变性质影响2431 加工时剪切速率影响1）多数聚合物熔体流动特征表现为假塑性流体，即当剪切速率增加时，熔体粘度随之下降，但不一样种类聚合物对剪切速率改变敏感程度确是不一样。2）粘度对剪切速率敏感性可用给定温度下剪切速率为100 S-1和1000 S-1时粘度比来表示，即为 /。3）粘度对剪切速率敏感性和聚合物分子结构、分子量、体系组成等原因相关。通常聚合物分子链柔性大、分子间力小时，其粘度对剪切速率敏感性就越大，如PE、PS、PP、PVC等。4）在成型加工中，通常选择粘度对剪切速率敏感性小区域进行，此时剪切速率波动对塑料制品质量影响不大。5）聚合物成型加工常见剪切速率范围为压缩成型110 S-1、混炼和压延成型10102 S-1、压注成型102103 S-1、挤出成型10103 S-1、注射成型103105 S-1。2432 加工温度影响1）对于温度大于Tg以上聚合物，通常其熔体粘度伴随温度升高而呈指数函数方法降低，表示为式中 聚合物熔体温度为T1时粘度聚合物熔体温度为T2时粘度粘度常数（在温度范围不超出50时，由试验测定）2）粘度对温度敏感性可用给定剪切速率下T1 和T2相差40时粘度比来表示，即为 /。3）粘度对温度敏感性和聚合物分子结构、分子量及其分布等原因相关。通常聚合物分子链刚性和分子间力越大时，其粘度对温度敏感性就越大，如PC、PMMA、PA66等。4）通常任何聚合物在加工温度下长时间受热全部会造成不一样程度降解，所以必需考虑加热时间对粘度影响。2433 成型压力影响1）通常在受到100个大气压作用时，多种聚合物体积减小不超出1%。但在150温度以上加工时聚合物熔体受压常达成50300MPa，此时聚合物体积减小量显著增加，造成其粘度随之增大。2）不一样聚合物对于压力敏感性是不一样，其和聚合物分子结构、分子量等原因相关。3）在加工过程中经过增加压力和降低温度，全部能取得一样粘度改变效果，称为压力温度等效性，如压力达成1000大气压时，熔体粘度改变相当于降低3050温度所产生作用。4）单纯经过增加成型压力来提升聚合物熔体流动性是不合适，还会对设备造成损害并使功率消耗过大。所以应综合考虑塑料制品质量、设备及模具性能、生产经济性等原因，确保加工时含有最好成型温度及成型压力。2434 热塑性聚合物流变曲线应用1）依据流变曲线确定合理工艺参数2）依据流变曲线采取低温充模工艺2435 热固性聚合物流变曲线应用244 聚合物熔体在模内流动行为2441 端末效应2442 失稳流动和熔体破裂2443 聚合物熔体充模流动 25 常见塑料及其性能251 塑料性能252 热塑性塑料2521 聚乙烯（PE）1基础特征 聚乙烯塑料是塑料工业中产量最大品种。按聚合时采取压力方法不一样可分为高压、中压和低压三种。低压聚乙烯分子链上支链较少，相对分子质量、结晶度和密度较高（故又称高密度聚乙烯），所以比较硬、耐磨、耐蚀、耐热及绝缘性很好。高压聚乙烯分子带有很多支链，所以相对分子质