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溫度和(hé)壓力對黏(nián)度的影響

文章來源: 免费91模具 人氣:9409 發(fā)表(biǎo)時間:2023-05-16 11:17:44

(一)溫度對剪切黏度的影響


在成型注(zhù)塑加工工藝中,對一種表觀黏度隨(suí)溫度變化不大的聚合物來說,如僅靠增加溫度來增加其流(liú)動性能以使它能夠(gòu) 注塑加工成(chéng)型是錯誤的,因為溫(wēn)度(dù)幅度增(zēng)加很大,而它的表(biǎo)觀黏度卻降低有限。另一方麵,大幅度地增加溫度很可能使聚合物發(fā)生降解,從對比角度來看,在注塑加工成型中利用增溫來降低聚甲基丙烯酸甲酯、聚碳酸酯和聚酰(xiān)胺等的表觀黏度是可行的,因為增溫不多而它的表觀黏(nián)度卻能下降不少。


(二)壓力對剪切黏度(dù)的影響


由於液體的剪切黏度依賴於分子間的作用力,而作用力又與分子間的距離(lí)有關,因而當液體承受壓力而使分子間的距離減小時,液(yè)體的剪(jiǎn)切黏(nián)度總(zǒng)是趨於增大。低分子聚合物的液體,其壓縮性都很有限,但是屬於高分子的聚合物熔體卻不然。特別是聚 合物(wù)熔體的加工壓力通(tōng)常都比較高,例如在注射模塑中,聚合物常(cháng)需在150℃下受壓達35~ 150MPa,因而它(tā)們的(de)壓縮性是可觀(guān)的,其壓縮率常可達5%甚至10%以上。實驗證明,聚合物熔體在受到(dào)壓力時,因受壓縮率的(de)影響,其黏度定會有所增高,如聚乙烯在壓力由100kPa升高到 100MPa時,其(qí)表觀(guān)黏度增加(jiā)2.5倍,且聚合(hé)物 的壓縮率不同,其黏(nián)度對壓力的敏(mǐn)感性也不同。


單純通過增大壓力來提高聚合(hé)物熔體的流量是不恰當的,即使在同一壓力作用下的同一種聚合物熔體,注塑加(jiā)工成型時所用設備大小不同,則其流(liú)動行為也有(yǒu)差別,因為盡管所受壓力相(xiàng)同,所受切應力依然可以不同。事實上,一種聚合物在正常的加工溫度範圍內,增加壓力對黏度的影響和降低(dī)溫度的影響有相似性(xìng)。這種在 注塑加工過程中通過改變壓 力或溫度,都能獲得同樣的黏度變化的效應稱為 壓力-溫度(dù)等效性。例如,對於很多聚合物,壓力增(zēng)加到100MPa時,熔體黏度的(de)變化相當於降 低30~50℃溫度的作用。一(yī)般在維持黏度(dù)恒定(dìng)的情況下,這一數值並不依賴於相對(duì)分子質量。在注射成型注塑(sù)加工(gōng) 生產中考慮壓(yā)力對黏度的影響時,需要解決關鍵的問題在於(yú):如何綜合考慮生產的經濟性、設備和模具的可靠(kào)性以及塑件的質量因素,以確保成型 注塑加工工藝能有的注射壓力和注射溫度。


三、聚(jù)合物熔體的黏彈性


聚合物熔體不僅具有(yǒu)黏流性,而且還具有如固體般的彈性,即當熔體受到應力時,一部分消耗於黏性變形;而(ér)另一部分(fèn)變形的將會(huì)被熔體儲存,一旦外界應力移去,變形就得到恢複。這種現象(xiàng)對低分子液體來(lái)說是沒有的。在黏彈性流動中彈性行為已不能忽視的液體稱為黏彈性液體。液體中的彈性行為是(shì)流動(dòng)過(guò)程中聚(jù)合物 大分子構(gòu)象改變所引起的。大分子伸展儲存了彈性能,外界(jiè)應力去除後大分子會部分(fèn)恢複原來蜷曲(qǔ)的構象(xiàng),因而引起高彈形變並釋放彈性能。實踐證明,這種(zhǒng)彈性恢複並不是瞬時的,因為大分子構(gòu)象的恢複過程需要克服內在黏性的阻滯(zhì)。液體流動是(shì)以黏性形變為主還是以彈性形(xíng)變為主,取決於外力作用時間t與時(shí)間t,的關係(xì)。


當t》1,時(shí),即外力作用時間(jiān)比時間長得多時,液體的總形變以黏性形變為主,反之將以彈性形變為主。對於黏度很低的簡單液體,1≈10-'s; 對基本上表現為(wéi)固體的物(wù)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(jiǎ)基丙烯酸甲酯,已(yǐ)知注射溫度(dù)為230℃,注(zhù)射時間為2s,其時間約為43x10-s;把(bǎ)注射時間看成外力作用時間,則其遠遠(yuǎn)大於時間,由此可知(zhī)注射過程中(zhōng)的彈性(xìng)變形部(bù)分是極(jí)小的。應該注意的是,即便是少量的彈性變形,也能使熔體產生流 動缺陷(xiàn),使塑件產生變形。


流(liú)動熔(róng)體中的彈性形變與(yǔ)聚(jù)合物的相對分子質量、外力作用速(sù)度或時間(jiān)以及熔體的溫(wēn)度等有關。一般地,隨相對分子質量增大(dà),外(wài)力作用時間縮短,當熔體的(de)溫度稍高於材料熔點時,彈性現(xiàn)象表現得特別不(bú)錯。應變關係曲線 YH是總形變的可逆部分,γy則是不 可逆(nì)部分,並(bìng)以形變存在於熔可逆(nì)形(xíng)變(biàn)回複(0>08)c-成型後可逆形變體中。


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四、熱塑性和熱(rè)固性聚合物流變行為的(de)比較


在通常的注塑(sù)加工條件下,對熱塑性(xìng)聚(jù)合物加熱是一(yī)種物理(lǐ)作用,其目的是使(shǐ)聚合物達到黏流態以便於成型,材料在注塑加工 過程所獲得(dé)的(de)形狀必須(xū)通(tōng)過冷卻來定型。雖然,由於多次加熱和受到加工設備(bèi)的作用會引起材料內在性質發生一(yī)定變化,但(dàn)並未改變材料整體可塑性的基本特性,特別是材料的(de)黏度(dù)在加工條件下基本(běn)沒有發生不可逆的(de)改變。


但熱固性聚合物則不(bú)同,加熱不僅可(kě)使材料熔融(róng),能在壓力下產生流動(dòng)、變形和獲得(dé)所需形狀等物理作用,並且還能使(shǐ)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(huà)學反應。一旦熱固性材(cái)料硬化後,黏度變為無限大,並(bìng)失去了再次軟化、流動和通過加熱而改變形狀的能力。可見(jiàn)熱(rè)固性聚合物在加工過程中黏度的變化規律與熱塑性聚合物有著本質的差別。


熱塑性聚合物和熱固性聚合物流(liú)變行為的不同加以說明,熱固性聚(jù)合物加熱初期(qī)流動(dòng)性的增大是由於作用的結果,在達到硬化之前的一段時間,體係黏度(dù)隨時間的變化不大,過此之後,聚合與交聯反應進(jìn)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(dù)對流(liú)動性的影響是由黏度和(hé)固(gù)化(huà)速度兩種互相(xiàng)矛盾的因素決定的,在(zài)較低溫度範圍內溫度對黏度的影響起主(zhǔ)導作用,在0...以下,黏度隨溫度升高而降低,所以交聯之(zhī)前總(zǒng)的流動性隨溫度上升而增加;而在較高的溫度範圍,則(zé)化學交聯反應起主導作用,隨溫度升高,交聯反應速度(dù)加快,熔體的流動性(xìng)迅速降低。


所以,熱固性聚(jù)合物的交聯速度可以通過溫度來控製。溫度的這種特性正是熱固性塑料注射成型中注射機與模具分別采用不同溫(wēn)度的原因,例如,注射的溫度是產生黏度而又不引起迅速交聯的溫度,澆口和模具的溫度則應是有利於迅速硬(yìng)化的溫(wēn)度。因此,對熱固性聚合物來說,溫度對熱固性聚合物流(liú)動性(xìng)的(de)影確的注(zhù)塑加工(gōng)工藝的關鍵是使聚合物組分在交聯之前完成流動過程。切應力或剪切速率對熔體流動性有(yǒu)一定(dìng)的影響,有流動性的趨勢,但影響過程是複雜的,目前還無定(dìng)性的(de)研究。


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