第三章 塑料成型的理论基础
2、动量增加速率方程
v t x v x v x x v y v y x v z v z x P x x x x y y x z z x g
v ty v x v x y v y v y y v z v z y P y x x y y y z z z y g v tz v x v x z v y v y z v z v z z P z x x z y y z z z z g
表达式
dv
dr
流动曲线
tan
适用对象
低分子化合物的液体或溶液。绝大数聚合 物只能在剪切应力很小或很大时表现为牛顿流 体。
节
上篇 塑料成型工艺学
第三章 塑料成型的理论基础
►非牛顿流体
凡流体的流动行为不遵从牛顿流动定律的 流体称为非牛顿流体。
►表观粘度
剪切应力与剪切速率的比值ηa 。
a
2、粘性系统
章
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第三章 塑料成型的理论基础
第二节 聚合物的流变行为
一、连续性、动量和能量方程
1、理论思想 将运动着的熔体划分成无数的体积单
元，每个体积单元在运动的过程中遵循质量 守恒、动量守恒、能量守恒定律。 2、连续方程
t x vx y vy z vz
节
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5.5 4.6 6.2 5.5 12 8.5 4.5 6 20 1100 10000
11 13 16 11 22 14 8 12 37 950 1200
节
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第三章 塑料成型的理论基础
2、特点
①聚合物由玻璃态至熔融态的热扩散系数是 逐 渐下降的,在较大温度范围内其变化幅 度不大，通常不到两倍，但在熔融状态下 的几乎保持不变。
l
ln
l l0
l0
ddln ll01dl
dt dt l dt
节
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第三章 塑料成型的理论基础
2、剪切流动与拉伸流动的区别
流动形式
剪切流动
拉伸流动
运动方式
平面与平面间 同一平面上的两个质点间距离
的滑动
的拉长
作用方式
粘度与 的关系
—
a
单向、双向
a , a , a 不变
3、拉伸粘度对成型的指导意义
3、弹性对层流的干扰
弹性湍流：当γR＞4.5～5时产生。
4、鲨鱼皮症
发生在挤出物表面上的一种缺陷，这种 缺陷可自挤出物表面发生闷光起，变至表面 呈现与流动方向垂直的许多具有规则和相当
间距的细微棱脊为止。
节
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第三章 塑料成型的理论基础
5、熔体破碎
挤出物表面出现凹凸不平或外形发生畸变
在吹塑薄膜或成型中空容器型坯时，采用拉伸 粘度随拉伸应力增大而上升的物料，则很少会使制 品或半制品出现应力集中或局部强度变弱的现象。
节
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第三章 塑料成型的理论基础
四、温度和压力对粘度的影响
1、温度对剪切粘度的影响
eaT0T
0
a—在温度变化小于50℃为常数
注意：当分子量及分子量分布确定时， 高分子链刚性越大、分子间作用力越大时表 观粘度对温度的敏感性越大。
15
聚氯乙烯（软） 0.3~0.5 3.0~4.0 8.5~6.0
ABS
0.38
5.0
11
聚甲基丙烯酸甲酯
节
聚甲醛 聚碳酸酯 聚砜 聚甲醛（木粉填充） 酚甲醛（矿物填充） 脲甲醛塑料 密胺塑料 醋酸纤维素 玻璃 钢材 铜
0.35 0.30 0.3 0.35 0.30 0.4 0.4 0.4 0.2 0.11 0.092
重排得：
kPhm 2L
3 6q
m2 Wh2
则有：
k
Phm
2L
6q Wh2
k m 2k 3
w m32w
k 43m m23k
节
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七、流动的缺陷
第三章 塑料成型的理论基础
1、管壁上的滑移
滑移会影响流率的稳定和在无滑移前提 下的计算结果(通常比实际结果小5％左右)。
滑移的程度不仅与聚合物品种有关，而 且还与采用的润滑剂和管壁的性质有关。
km
k m 3 k 4
qk2PLmm Rm33
节
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2、在狭缝形流道内的流动
dv k m
dy
Py L
vy
kPm 1 hm1ym1
L m12
h
q
2
0
2Wvydy
qkW P Lm2mh 1m m 22
节
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塑料成型时的剪切速率范围
熔体成型
糊塑料成型
成型方法
压缩模塑 混炼与压延
挤出 注射模塑
剪切速率 /S-1 1~10
10~103 102~103 103~106
成型方法
涂层 浇铸与蘸浸
剪切速率 /S-1
102~103
~10
节
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三、拉伸粘度
1、定义
第三章 塑料成型的理论基础
l dl
(2)松驰时间τ
E
节
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第三章 塑料成型的理论基础
(3)判断熔体在拉伸应力作用下是弹性还是粘性形 变的依据 凡是变形经历的时间大于松弛时间，则 粘性变形将占优势。
⑷判断弹性形变中是剪切还是拉伸弹性的依据
在弹性变形中占优势的将是松弛时间数 值较大的一种。
实验结果证明：如果两种应力都不超过 103Pa．则两种松弛时间近似相等，应力较大时， 拉伸松弛时间总是大于剪却松弛时间。
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第三章 塑料成型的 理论基础
总
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第三章 塑料成型的理论基础
第一节 概述 第二节 聚合物的流变行为 第三节 聚合物的加热与冷却 第四节 聚合物的结晶 第五节 成型过程中的定向作用 第六节 聚合物的降解 第七节 热固性塑料的交联作用
总
上篇 塑料成型工艺学
第一节
第三章 塑料成型的理论基础
节
上篇 塑料成型工艺学
第三章 塑料成型的理论基础
二、剪切粘度和非牛顿流动
►明确
聚合物液体：溶液或分散体(悬浮液)、熔体。 (1)聚合物成型时状态：粘流态（塑化状态）。 (2)聚合物成型时的应力：剪切、拉伸、压缩。 (3)切应力作用时液体流动的形式：层流、湍流。
1、牛顿定律
节
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第三章 塑料成型的理论基础
节
上篇 塑料成型工艺学
第三章 塑料成型的理论基础
六、流体在简单截面管道中的流动
研究范围
①圆形和狭缝形；②与①有联系的流道；
③截面形状是圆形与狭经缝形的组合形状；
④矩形、椭圆形和等边三角形截面的流道。
1、圆形流通中的流动
d
v d
rkm
r
r2P rP
2rL 2L
vr k2PLmRmm 1r1m1
节
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节
上篇 塑料成型工艺学
第三章 塑料成型的理论基础
3、有时间依赖性的系统
(1)特征 流体的剪切速率不仅与剪切应力的大
小有关，而且还依赖于应力施加时间的长 短。
(2)类型
摇溶性（触变性）：表观粘度随应力作用 的时间的延长而减小。
震凝性：表观粘度随应力作用的时间的延 长而增大。
节
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速率，也称为表观剪切速率。
表观流动常数
在 k中m为表k观 流动常数
km3k3n1k
4
3n
节
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第三章 塑料成型的理论基础
例题：用内径为2cm、长度8cm的口模挤出聚乙 烯棒材。挤出温度235℃。聚乙烯在235℃的流 动曲线见图：如果不计端末效应所引起的压力降。 则当挤出速率为50cm3／s时，聚乙烯熔体进入 口模时的压力为多少MPa？
节
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3、能量方程
cvT t vx T xvy T yvz T z
பைடு நூலகம்
q x x q y y q z z T T P P v x x v y y v z z
xxvxxyyvyy zzvzz
x y v y x v x y x z v z x v x z x y v z y v y z
原因：受力时聚合物溶液中的粒子的有效直径 减小，聚合物熔体中的大分子解缠。
节
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(3)膨胀性流体 表达式：
Kdvn Kn No
dr
Im（na＞g1e）
或 dv k m
dr （m＜1）
适用对象：大多数为固含量很高的悬浮液。
原因：溶剂的润滑作用受到限制。
概述
一、塑料成型的目的
将塑料转变为具有使用价值并能保持原有 性能、甚至超过原有性能的材料和制品。
二、本章内容
塑料在成型过程中表现的一些共同的基本 物理和化学行为——聚合物的流变、传热、结 晶、定向和化学反应等现象。
本节完
章
上篇 塑料成型工艺学
第三章 塑料成型的理论基础
第二节 聚合物的流变行为
一、连续性、动量和能量方程 二、剪切粘度和非牛顿流动 三、拉伸粘度 四、温度和压力对粘度的影响 五、弹性 六、流体在简单截面管道中的流动 七、流动的缺陷
这一系统在受到外力作用而发生流动时的 特性是剪切速率依赖于所施加剪切应力的大小。