页数：32页文件大小：450.1 KB来源： 高分子材料及加工流变学ppt课件
本课件对注射成型过程作流变学分析，先介绍注射成型循环、合模装置工作过程与往复螺杆式注射机的三个区段，随后推导圆盘形模腔充模过程中的压力降、熔体前沿流动与冷冻皮层厚度，最后分析注塑制品中残余应力的类型、分子取向的成因及其对性能的影响。
第八章注射成型过程的流变分析一、注射成型过程简介二、简化假定和基本方程三、充模区段的流变分析四、注塑制品中的残余应力及分子取向
合模装置一次工作循环模板开始闭合正式闭模模板开始开启正式开模注射装置一次工作循环注射保压冷却预塑
注射循环包括主循环(七个阶段)辅助工序预处理后处理温度、压力、时间是注射成型过程的三个主要变量。
主循环的七个阶段如下：第一阶段(t0~t1)：合模引料阶段；第二阶段(t1~t2)：充模阶段；第三阶段(t2~t3)：保压阶段；第四阶段(t3~t4)：倒流阶段；第五阶段(t4~t5)：凝封阶段；第六阶段(t5~t6)：冷却阶段；第七阶段(t6~t7)：开模阶段。
往复螺杆式注射机的注射过程分为三个区段。塑化段：注射机喷嘴以前的区段。物料在其中熔融、塑化、压缩并向前输送，流变情况与挤出成型过程相同。注射段：由喷嘴、主流道、分流道、浇口组成，物料在其中的流动同在毛细管流变仪中的流变行为相似。
充模段：熔体进入模腔后，发生复杂的三维流动以及不稳定传热、相变、固化等过程，流动情况十分复杂，对该区流变行为的研究还在经验阶段。
设圆盘形模具的半径为R*，厚度为Z，壁温保持为T0，浇口在圆盘中心，半径为R0，温度为T1的熔体从浇口注入模腔以辐射状从中心向四周流动。二、简化假定和基本方程取柱坐标系，在圆盘中物料沿半径r方向流动，不同z高度流层的流速不同，故z方向为速度梯度方向。
为了讨论方便，作如下假定：(1)不可压缩的幂律流体(2)物料以蠕动方式充满模腔，(3)法向应力分量远小于剪切应力分量忽略重力和惯性力(4)导热只在z方向进行，为常数
由此可以得到：
借助于适当的边界条件，可以求出从中央浇口管的半径R0处到辐射状流动时的流动长度R处的压力降为：
三、充模区段的流变分析等温注射，Δp与lgQ几乎成之比，压力降随流动速率减小而平稳下降。非等温注射，存在着一个最小体积流率Qmin，当Q＜Qmin时，熔体一进入模腔就全部凝固，再高的压力也不能充模；而当Q＞＞Qmin时，流率很高，熔体与模壁来不及热交换，因此接近于等温注射。
实际充模过程的压力降～流动速率曲线介于上述两种极端之间。即在一定流动速率范围内所需压力降是个常数。了解模内最小压力降，一是可以减小压力梯度，减小制品的冻结应力，提高制品尺寸稳定性；二是可降低锁模力。充模过程中，模腔内的压力降是十分重要的参数。一般希望该压力降越小越好。
zzeff△z对浇口在中央的圆盘式模具的非等温流动进行研究。熔体进入冷模后，贴近模壁的熔体很快凝固，速度锐减，形成“冷冻皮层”，使流道宽度Z下降。冷冻皮层的厚度为△Z。
熔体充满模腔之前的一瞬间，运动着的熔体前沿部分的速度分布和温度分布如图：
冷冻皮层的厚度为△Z为充模时间t、模温T0、熔体温度T1、熔体凝固温度Ts及熔体热扩散系数α的函数，经验公式为：熔体充模时的实际有效流道宽度为：计算模腔压力降时应用Zeff代替Z。
充模时间t：
要使Δpmin尽可能小，可以采取的措施有：1.提高熔体温度T1和模具温度T0；2.选择凝固温度Ts较低的物料和热扩散系数α较小的物料。
在圆盘模腔中心的切变速率→0，随后vr变化最大的区域有一个极大的切变速率，靠近模腔壁处由于vr→0，故切变速率→0。切变速率的分布中心模壁Z
四、注塑制品中的残余应力及分子取向熔体进入模腔与较冷空气接触，形成一个粘度很高的前沿膜。该膜后面的熔体会以比膜运动速度更高的速度追到膜上。一是受到熔膜壁的阻止，不能直线前进，只能转向模壁而很快被冻结。二是冲破熔膜壁，形成新的前沿膜。在充模过程中，上述两种过程是交替出现的。1．熔体充模过程的机理
2．充模过程中应力的建立熔体注入模腔时，压力(也即应力)开始建立。熔体充满型腔时，压力达到最大值，保压阶段维持高压。熔体一旦停止流动，应力松弛便开始。应力松弛的程度取决于卸载阶段的冷却速率、冷却时间及物料松弛时间的长短。若物料冷却速率高、冷却时间短而松弛时间较长，就会在制品中造成较多的应力冻结，称为残余应力或内应力。残余应力———高聚物熔体经冷却后仍保留在其中的应力(制品本身的静压与大气压之间的差值)。
注塑制品中的残余应力可分为三类：①
淬火骤冷应力有时会通过制品内部产生气泡或凹痕而消除，否则要用退火来消除。构型体积应变是由于制品的几何形状所造成的不同收缩而引起的，只能用退火来消除。上述三种残余应力中，冻结分子取向而引起的应力最为重要。在多数情况下，总是希望制品中少存在分子取向。缩短向模腔充模的时间将有效地减少冻结分子取向。
4．分子取向及影响因素进入模腔的高温物料接触到冷模壁后，产生冷却皮层，冷却皮层有绝热作用，使贴近的那层物料不立即凝固，在剪切应力作用下继续向前流动。若高分子链一端被冻结在皮层内，而另一端仍向前流动，必然造成分子链沿流动分析取向。保压时间越长取向程度越大。这种取向被冻结下来残留在注射制品中，称为冻结分子取向。注射过程中不希望有冻结分子取向。
制品中心的高分子链取向很少，而在紧靠模壁处的高分子链取向也不太大，只是在模壁附近处的取向程度最高。一般的制品，分子取向大多发生在剪切速率较高的浇口附近，而熔体流动的前沿较少。
影响分子取向程度的因素：1.模具温度↑取向程度↓2.模腔厚度↑取向程度↓3.注射压力↑取向程度↑4.保压时间↑取向程度增大到一定程度趋于平稳5.料筒温度↑取向程度增大到一定程度反而下降取向程度注射条件12345
5．分子取向对塑料制品物理性能的影响平行于取向方向，抗拉强度提高，脆性消失，抗冲强度也提高。垂直于取向的方向上，抗拉强度稍有降低，抗冲强度也有所降低。
(1)
第八章思考题1．注塑过程包括哪些工序？3．试述聚合物熔体充模过程的机理。2．一般螺杆式往复注射机及模具的功能区段可分为哪几个区段？4．注射成型制品中的残余应力是如何产生的？残余应力可用什么方法消除？5．注射成型制品中为什么会产生分子取向？影响分子取向的因素主要有哪些？分子取向对制品的物理性能有什么影响？
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