第二章 塑料成型的理论基础 J J J J J J J2.1 2.2 概述 聚合物的流变行为
2.3 2.4 2.5 2.6 2.7
聚合物的加热与冷却 聚合物的结晶 成型过程中的定向作用 聚合物的降解 聚合物的交联
2.1
概述
塑料成型是将塑料(聚合物及所需助剂)转变 为实用材料或塑料制品的一门工程技术。
本章内容：聚合物在成型加工过程中表 现的一些共同的基本物理和化学行为。
包括：流变、传热、结晶、定向、化学 反应等。
一、聚合物的聚集态聚合物聚集态的多样性导致其成型加工的多样性。 聚合物聚集态转变取决于聚合物的分子结构、体系的组成 以及所受应力和环境温度。当聚合物及其组成一定时，聚 集态的转变主要与温度有关。 了解这些转变的本质和规律对合理选择成型方法和正确制 定工艺条件是必不可少的。
T<Tg:在玻璃化温度以下，聚合物处于玻璃态(或结晶态),是坚硬 的固体。处于玻璃态的聚合物只能进行一些车、铣、削、 刨等机械加工。这一聚集态也是聚合物的使用态。 材料使用的下限温度称为脆化温度(Tb),低于脆化温度时， 材料受力容易发生断裂破坏。
Tg<T<Tf:在玻璃化温度与粘流温度之间，聚合物处于高弹态。对某些 材料可进行加压、弯曲、中空或真空成型。 由于高弹形变比普弹型变大一万倍左右，且属于与时间有依 赖性的可逆形变，所以在成型加工中为求得符合形状、尺寸要 求的制品，往往将制品迅速冷却到玻璃化温度以下。 对结晶型聚合物，可在玻璃化温度至熔点的温度区间内进行 薄膜吹塑和纤维拉伸。
Tf (Tm)<T:继续升温至粘流温度(或熔点)以上，聚合物转变为粘流态。 呈粘流态的聚合物熔体在粘流温度以上稍高的温度范围内，常 用来进行压延成型和某些挤出、吹塑成型。 比粘流温度更高的温度，使聚合物大分子热运动大大激化， 产生不可逆粘性形变占绝对优势，这一温度度范围常用于进行 纺丝、注射、挤出、吹塑、贴合等成型加工。 过高的温度使聚合物粘度降低会给成型带来困难并使产品质 量变劣； 当温度高到分解温度(Td)时，会引起聚合物的分解变质。
二、聚合物的加工性质1.聚合物的可挤压性
可挤压性是指聚合物通过挤压作用形变时获得一定形 状并保持这种形状的能力。在塑料成型过程中，常见的挤压作用有物料在挤出机 和注射机料筒中、压延机辊筒间以及在模具中所受到 的挤压作用。 衡量聚合物可挤压性的物理量是熔体的粘度(剪切粘度 和拉伸粘度)。 聚合物的可挤压性小仅与其分子结构、相对分子质量和 化学组成有关，而且与温度、压力等成型条件有关。
评价聚合物挤压性的方法，是测定聚合
物的流动度(粘度 的倒数),通常简便实用的方法是测定聚合物的熔体流动 速率；
在给定温度和给定剪切应力(定负 荷)下，10min内聚合物经出料孔 挤出的克数，以[MFR]表示。
单位：g/10 min
曾用名(MI):熔融指数、熔体指数
2.聚合物的可模塑性 聚合物在温度和压力作用下发生形变并在模具型腔中 模制成型的能力，称为可模塑性。 注射、挤出、模压等成型方法对聚合物的可模塑性要 求是：能充满模具型腔获得制品所需尺寸精度，有一 定的密实度，满足制品合格的使用性能等。 可模塑性主要取决于聚合物本身的属性(如流变性、热 性能、物理力学性能以及热固性塑料的化学反应性能 等),工艺因素(温度、压力、成型周期等)以及模具的 结构尺寸。
聚合物的可模塑性通常用下图所示的螺旋流动试验来判 断。聚合物熔体在注射压力作用下，由阿基米德螺旋形槽的 模具的中部进入，经流动而逐渐冷却硬化为螺旋线.以 螺旋线的长度来判断聚合物流动条件的优劣。
聚合物的可模塑性(即L的长度, 单位: cm)与加工条件 ΔP/ Δt有关，也与聚合物的流变性、热性能ρΔH/λη有 关，还与螺槽的截面尺寸、形状(cd2)有关，螺旋线愈长, 聚合物的流动性愈好。螺旋流动实验的意义在于帮助人们了解聚合物的流变性质， 确定压力、温度、模塑周期等最佳工艺条件，反映聚合物 相对分子质量和配方中各助剂的成分和用量以及模具结构， 尺寸对聚合物可模塑性的影响。 为求得较好的可模塑性，要注意各影响因素之间的相互 匹配和相互制约的关系；在提高可模塑性的同时，要兼 顾到诸因素对制品使用性能的影响。
压力过高会引起溢料， 压力过低则充模不足成型困难； 温度过高会使制品收缩率增大， 甚至引起聚合物的分解， 温度过低则物料流动困难，交联 反应不足，制品性能变劣。
四条曲线所构成的面积，才是模塑的最佳区域。
3.聚合物的可纺性常规的纺丝方法有三种，即熔体纺丝、湿法纺丝和干 法纺丝。 聚合物的可纺性是指材料经成型加工为连续的固态纤 维的能力。 可纺性主要取决于聚合物材料的流变性，熔体粘度、 拉伸比、喷丝孔尺寸和形状、挤出丝条与冷却介质之 间传质和传热速率、熔体的热化学稳定性等。
当熔体以速度υ从喷丝板毛细孔流出后，形成稳定细流。 细流的稳定性可用下式表示：
可以看出，聚合物具有可纺性，在于其熔体粘度较高(约 104Pa· s)、表面张力较小(约为0.025N/m)所致。 纺丝过程中，由于拉伸定向以及随着冷却作用而使熔体粘度 增大，都有利于拉丝熔体强度的提高，从面提高熔体细流的 稳定性。 在纤维工业
中，还常用拉伸比的最大值表示材料的可纺性。
4.聚合物的可延性
非晶或半结晶聚合物在一个或二个方向上受到压延成拉 伸时变形的能力称为可延性，利用聚合物的可延性，通 过压延和拉伸工艺可生产片材、薄膜和纤维。聚合物的可延性取决于材料产生塑性变形的能力和应变 硬化作用。 塑性变形的能力与固态聚合物的长链结构和柔性(内因) 及其所处的环境温度(外因)有关； 而应变硬化作用则与聚合物的取向程度有关。
