塑料力學性能介紹?第一節 塑料的物理性能物料的性能與注塑條件和制品質量有密切關系注塑材料大部分是顆粒狀，這些固體物料裝入料鬥時，一般要先經過預熱，排除濕氣，然後再經過螺杆的壓縮輸送和塑化作用，在料筒中需要經過較長的熱曆程才被螺杆推入模腔，經過壓力保持階段再冷卻定型影響這個過程的主要因素是物料，溫度，料筒溫度，充模壓力，速度高分子物料加工的工藝性能，分子鍊的内部結構，分子量大小及其分布，而且還取決高分子的外部結構注塑的工藝性與高分子材料的相對密度，導熱系數，比熱容，玻璃化與結晶溫度，熔化，分解溫度以及加工中所表現的力學性能，流變性能等有密切關系，接下來我們就來聊聊關于塑料力學性能介紹?以下内容大家不妨參考一二希望能幫到您!

塑料力學性能介紹

第一節 塑料的物理性能

物料的性能與注塑條件和制品質量有密切關系。注塑材料大部分是顆粒狀，這些固體物料裝入料鬥時，一般要先經過預熱，排除濕氣，然後再經過螺杆的壓縮輸送和塑化作用，在料筒中需要經過較長的熱曆程才被螺杆推入模腔，經過壓力保持階段再冷卻定型。影響這個過程的主要因素是物料，溫度，料筒溫度，充模壓力，速度。高分子物料加工的工藝性能，分子鍊的内部結構，分子量大小及其分布，而且還取決高分子的外部結構。注塑的工藝性與高分子材料的相對密度，導熱系數，比熱容，玻璃化與結晶溫度，熔化，分解溫度以及加工中所表現的力學性能，流變性能等有密切關系。

一．一般物理性能

1總熱容量

總熱容量是指注塑物料在注塑工藝溫度下的總熱容量。

2 熔化熱

熔化熱又稱熔化潛熱，是結晶型聚合物在形成或熔化晶體時所需要的能量。這部分能量是用來熔化高分子結晶結構的，所以注塑結晶型聚合物時要比注塑非結晶型料達到指定熔化溫度下所需的能量要多。

對于非結晶型聚合物無需熔化潛熱。使POM達到注塑溫度需熱約452/g(100.8cal/g),PS隻需要375J/g即可熔化。

3 比熱容

比熱容是單位重量的物料溫度上升1度時所需熱量[J/kg.k]。

不同高聚物的比熱容是不同的，結晶型比非對面型要高。因為加熱聚合物時，補充的熱能不僅要消耗在溫度升上，還要消耗在使高分子結構的變化上，結晶型必須補充熔化潛熱所需的熱淚盈眶量才能使物料熔化。

注塑過程中，塑料加熱或冷卻特性是由聚合物的熱含量與溫差所決定的。熱傳遞速率正比于被加熱材料和熱源之間的溫差。

一般冷卻要比熔化快，因為大體上料筒與物料溫差小，熔料與模具溫差大。加熱時間取決于料筒内壁與料層之間的溫差和料層厚度。

4熱擴散系數

熱擴散系數是指溫度在加熱物料中傳遞的速度，又稱導熱系數其值是由單位質量的物料溫度升高1度時所需的熱量（比熱容）和材料吸收熱量的速度（導熱系數）來決定。

壓力對熱擴散系數影響小，溫度對其影響較大。

5導熱系數

導熱系數反映了材料傳播熱量的速度。導熱系數愈高，材料内熱傳遞愈快。由于聚合物導熱系數很低，所以無論在料筒中加熱還是其熔體在模具中冷卻，均需花一定時間。為了提高加熱和冷卻效率，需采取一些技術措施。如：加熱料筒要求有一定的厚度，這不僅是考慮強度，同時也是為了增加熱慣性，保證物料能良好穩定地傳熱，有時還利用聚合物的低導熱特性，采用熱流道模具等。聚合物導熱系數随溫度升高而增加。結晶型塑料的導熱系數對溫度的依賴性要比非結晶型的顯著。

6 密度與比容

密度增加會使制品中的氣體和溶劑滲透率減少，但是使制品的拉伸強度，斷裂伸長，剛度硬度以及軟化溫度提高；使壓縮性，沖擊強度，流動性，耐蠕變性能降低。

在注塑過程中，聚合物經曆着冷卻—加熱—冷卻反複的熱過程溫度，梯度和聚合物形态的變化都很大，所以密度也在不斷地發生變化，這對注塑制品質量起着重要的影響。

比容反映了單位物質所占有的體積。這是一個衡量在不同工藝條件下高分子結構所占有的空間，各種狀态下的膨脹與壓縮，制品的尺寸收縮等方面是非常重要的參數。

7 膨脹系數與壓縮系數

比容在恒壓下由溫度而引起的變化，即為膨脹系數。聚合物從高溫到低溫表現出比容逐漸減少的收縮特性。聚合物比容不僅取決于溫度而且取決于壓力。聚合物比容在不同溫度下都随壓力而變化，壓力增高比容減小而密度加大。這種性質對于用壓力來控制制品的質量和尺寸精度有重要意義。

二 聚合物的熱物理性能

1．玻璃化溫度

聚合物的玻璃化溫度是指線型非結晶型聚合物由玻璃态向高彈态或者由後者向前者的較變溫度。就是大分子鍊段本身開始變形的溫度當溫度高于玻璃化溫度時，大分子鍊開始自由活動，但還不是整個分子鍊段的運動。這時表現出高彈性的橡膠性能；當低于玻璃化溫度時，鍊段被凍結變成堅硬的固态或玻璃态。橡膠的玻璃化溫度低于室溫。所以橡膠在常溫下處于高彈态。而其它塑料在常溫下是處于脆韌性的玻璃态。

高聚物的自由體積理論認為，高聚物分子結構所占有的整個體積分成兩部分。一部分是分子鍊所占有的空間，而另一部分是分子鍊之間的自由空間。當溫度降低時分子鍊動能減少，自由空間減少，當溫度升高時，分子鍊段動能增加，自由空間也增加：當溫度達到玻璃化時，急劇産生内聚力，聚合物膨脹，鍊段開始旋轉，鍊段擁有的能量足以使鍊段活動起來所以自由空間的體積突然增加。

高聚物在玻璃化溫度以上的總自由體積等于玻璃化溫度下的自由體積與熱膨脹系數乗以溫升之和。在預塑化時，位于螺槽中的高分子固态物料，在升至玻璃化溫度以後，随着溫度的升高物料自由體積會增加，其比容也會加大，但由于螺槽容積的限制會使物料産生内壓，并有加速固體床的作用。

當高聚物的物理形态發生變化時，許多物理性質如比熱容，比容，密度，導熱系數，膨脹系數，折光指數，介電常數等都跟着變化，因此利用這些關系可以測定聚合物相變溫度和高聚物性質。

對于理解塑料在料筒中加熱，塑料化過程中從加料段向壓縮段物态轉變，溫升，溫升速率，螺杆轉速，背壓等工藝因素的影響将起重要作用。這些對于控制制品脫模時的物性狀态，頂出溫度和頂出時間是重要的。

2 熔化溫度（熔點）

熔化溫度是指結晶型聚合物從高分子鍊結構的三維有序态轉變為無序的粘流态時的溫度。轉變點（熔點）對于低分子材料來說，熔化過程是非常窄的，有較明顯的熔點；而對于結晶型高聚物來說，從達到玻璃化溫度就開始軟化，但從高彈态轉變為粘流态的液相時卻沒有明顯的熔點，而是有一個向粘流态轉變的溫度範圍。

對高聚物來說，玻璃化溫度，熔化溫度或溫度範圍都是變相點。有較明顯的變化範圍，從分子結構觀點看，都是大鍊段運動的結果。

一般有增塑劑的聚合物熔點要比無增塑劑的要低，共聚物的熔點要比組成共聚物中較高均聚物的熔點要低些。

注塑時，料筒的第三段溫度（靠近嘴溫的溫度）都要設定在熔點以上，然後以降低15~20度的溫度梯度依次設定第二段和第一段的料筒溫度為宜。

3 分解溫度及燃燒特性

熱分解溫度是指在氧氣存在條件下，高聚物受熱後開始分解的溫度範圍。依聚合物化學結構式不同而有顯著的差異，此外還與物料的形态有關。在注塑過程中，無論是在預塑階段還是在注射階段，隻要聚合物局部溫度達到分解溫度，高分子物料就會訊速生成低分子量的可燃性物質。聚合物的熱分解在氧氣充足條件下是放熱反應，産生的熱會繼續加熱聚合物。當聚合物達到燃點時就會燃燒，燃燒體系的溫度是否會上升，産生的燃燒熱是否和體系進行對流，都與熱分解溫度，比熱容以及導熱系數等物理性能有密切關系。

注塑時，對聚合物分解溫度的控制是十分重要的，否則分解出燃燒物質不僅會影響制品質量，還會腐蝕設備，危害人體。

三．聚合物降解及熱穩定性

所謂降解，是指遞解分解作用，在高分子化學中，通常是指在化學或物理作用下，聚合物分子的聚合度降低過程，聚合物在熱，力，氧氣，水及光輻射等作用下往往發生降解。降解過程實質量大分子鍊發生結構變化。如發生彈性消失，強度降低，粘度減少或增加等現象。

在注塑中力，水，氧通過溫度對聚降解起重要影響，在高溫時氧和水更能使聚合物分解。剪切力的作用會因高溫時聚合物粘度的降低而減小。熱降解是指某些聚合物在高溫下時間過長，發黃變色，降解，分解等現象。

聚合物是否容易發生降解，依其分子内部和分子外部結構有關；是否有分解的雜質有關；能引起高聚物降解的雜質，一般都是熱降解的崔化劑，如：PVC 分解的産物是氯化氫，POM分解産物是甲醛，它們有着加劇高聚物降解的作用。

所謂熱穩定性是指聚合物在高溫下分子鍊抗化學分解能力及耐化學變化的溫度熱降解溫度稱為穩定性溫度略高于分解溫度。對于某些熱穩定較差的聚合物，其溫度範圍隻有5~15度。

溫度的高低和變化範圍對聚合物的降解有影響外，還有在溫度場中所經曆的反複加工次數有關。不同的聚合物在反複加工後熱降解和融熔指數有着較大的差異。在正常溫度下PS, PC, PP,經數次加工後融熔指數升高的傾向。而PE，抗沖擊PS醋酸纖維素等有下降的現象。

聚合物在剪切應力作用下纏結着的大分子在外力作用下，沿力的方向上發生流動，分子鍊之間發生解脫，當解脫發生障礙時，分子鍊将受到很大的牽引力，當超過鍊的強度就發生鍊斷裂。

實驗證明：剪切應力.剪切速率越高，分子量降解速度越快，斷裂的鍊越短；當提高加熱溫度或增塑劑含量時，力的降解作用會減小。

注塑中某些塑料的水解作用是經常發生的，水解作用是由于在聚合物中存在有可以水解的化學基團。如：酰胺，酯，腈等，或在氧化作用下形成可被水解的基團。如果這些基團在分子的主鍊上，水解作用會使主鍊斷鍊而降解。由于某些聚合物有水解作用，因此對這些塑料的吸濕性應加以注意。

有的塑料具有吸濕或凝集水分傾向，因為它們含有極性親水基團，如ABS, PMMA, PA, PC, PPO等，在注塑中都需要幹燥處理，防此水解。

第二節 聚合物表面性能與相容性

一磨擦性能

　 在塑料中常遇到磨擦性質的問題。如在注塑中物料在螺杆加料段的磨擦機理，磨擦系數對其螺杆的輸送效率有重要影響。物料從料鬥進入螺杆之後在螺杆旋轉下，使物料沿螺槽向前輸送顆粒料首先被壓成固體塞，在輸送過程中塑料固體塞和料筒及螺杆　産生相對運動，各面承受着磨擦力的作用。這時磨擦将受到許多因素的影響，如塑料的物料性能，顆粒形狀及大小，料筒及螺杆表面的光潔度及材質，相對運動的速度，塑料與金屬的接觸壓力及作用時間等等。

不同的聚合物其磨擦系數是不同的。當塑料與金屬磨擦時，磨擦系數與磨擦中的接觸面積，與塑料對金屬的附着力以及剪切強度有關。因此磨擦系數不僅與高聚物的物理性質有關，而且與影響物理—機械性質的外界壓力，速度和溫度有關。

在高壓高速下塑料的熱傳導性能很差産生的熱量不易散出，使塑料發生大的變形表面破壞，因此壓力和速度對磨擦系數均有影響。

一般情況下，塑料的磨擦系數随載荷的加大而稍許降低。聚合物材料的幹磨擦系數，随着相對速度的提高有增加的趨勢。

二　相容性

相容性是指兩種不同品級的聚合物在熔融狀态下能否相互混溶的一種性質。相容性不好的聚合物混熔在一起，制品會出現分層現象。不同類型聚合物的相容性是不一樣的，這與分子結構有一定關系；分子結構相近者易相容；反之難容。例如，借助于聚碳酸酯和聚乙烯之間的互容性，在聚碳酸酯中加入30~50%聚乙烯可使伸長率提高30%，沖擊強度提高４倍，并使熔體的粘度降低。近年來，利用聚合物之間的相容特性，使共混料品級日益增多，受到人們的普遍重視。

三　表觀密度

大多數熱塑性塑料緻密狀的相對密度為0.9~1.2g/cm3而粉料或顆粒料的表觀密度是0.3~0.6g/cm3。如果物料的表觀密度低，使均勻加料發生困難，就易出現“架橋”現象。這樣會影響輸送效率和塑化質量的穩定性。為此有的在料鬥中設置有攪拌器，或者采用定量的加料調節裝置，對進料量調節和控制，保證連續，均勻地加料。

第二節 聚合物的力學特性

１形變與應力關系

　材料的力學特性是指材料在外力的作用下，産生變形，流動與破壞的性質，反應材料基本力學性質的量主要有兩類；一類是反應材料變形情況的量如模量或柔度，泊桑比；另一類是反應材料破壞過程的量，如比例極限，拉伸強度，屈服應力，拉伸斷裂等作用。從力學觀點看，材料破壞是一個過程而不是一個點。

２應力與時間的關系

　應力對其作用時間的依賴性，這是聚合物材料主要特征之一。聚合物在較高溫度下力作用時間較短的應力松馳行為和在溫度較低力作用時間較長的應力松馳行為是一緻的。

３形變與時間關系

聚合物材料在一定溫度下承受恒定載荷時，将訊速地發生變形，然後在緩慢的速率下無限期地變形下去。若載荷足夠高時變形會繼續到斷裂為此。這種在溫度和載荷都是恒定的條件下，變形對時間依賴的性質，即稱蠕變性質。

第三節 聚合物的流變性能

一概述

注塑中把聚合物材料加熱到熔融狀态下進行加工。這時可把熔體看成連續介質，在機器某些部位上，如螺杆，料筒，噴嘴及模腔流道中形成流場。在流場中熔體受到應力，時間，溫度的聯合作用發生形變或流動。這樣聚合物熔體的流動就和機器某些幾何參數和工藝參數發生密切的聯系。

處于層流狀态下的聚合物熔體，依本身的分子結構和加工條件可分近似牛頓型和非牛頓型流體它們的流變特性暫不予祥細介紹。

1 關于流變性能

（1）剪切速率，剪切應力對粘度的影響

通常，剪切應力随剪切速率提高而增加，而粘度卻随剪切速率或剪切應力的增加而下降。

剪切粘度對剪切速率的依賴性越強，粘度随剪切速率的提高而訊速降低，這種聚合物稱作剪性聚合物，這種剪切變稀的現象是聚合物固有的特征，但不同聚合物剪切變稀程度是不同的，了解這一點對注塑有重要意義。

（2）離模膨脹效應

當聚合物熔體離開流道口時，熔體流的直徑，大于流道出口的直徑，這種現象稱為離模膨脹效應。

普遍認為這是由聚合物的粘彈效應所引起的膨脹效應，粘彈效應要影響膨脹比的大小，溫度，剪切速率和流道幾何形狀等都能影響熔體的膨脹效應。所以膨脹效應是熔體流動過程中的彈性反映，這種行為與大分子沿流動方向的剪切應力作用和垂直于流動方向的法向應力作用有關。

在純剪切流動中法向效應是較小的。粘彈性熔體的法向效應越大則離模膨脹效應越明顯。流道的影響；假如流道長度很短，離模效應将受到入口效應的影響。這是因為進入澆口段的熔體要收劍流動，流動正處在速度重新分布的不穩定時期，如果澆口段很短，熔體料流會很快地出口，剪切應力的作用會突然消失，速度梯度也要消除，大分子發生蜷曲，産生彈性恢複，這會使離模膨脹效應加劇。如果流道足夠長，則彈性應變能有足夠的時間進行彈性松馳。這時影響離模膨脹效應的主要原因是穩定流動時的剪切彈性和法向效應的作用。

（3）剪切速率對不穩定流動的影響

剪切速率有三個流變區：低剪切速率區，在低剪切速率下被破壞的高分子鍊纏結能來得及恢複，所以表現出粘度不變的牛頓特性。中剪切區，随着剪切速率的提高，高分子鍊段纏結被順開且來不及重新恢複。這樣就助止了鍊段之間相對運動和内磨擦的減小。可使熔體粘度降低二至三個數量級，産生了剪切稀化作用。在高剪切區，當剪切速率很高粘度可降至最小，并且難以維持恒定，大分子鍊段纏結在高剪切下已全部被拉直，表現出牛頓流體的性質。如果剪切速率再提高，出現不穩定流動，這種不穩定流動形成彈性湍流熔體出現波紋，破裂現象是熔體不穩定 的重要标志。

當剪切速率達到彈性湍流時，熔體不僅不會繼續變稀，反而會變稠。這是因為熔體發生破裂。

（4）溫度對粘度的影響

粘度依賴于溫度的機理是分子鍊和“自由體積”與溫度之間存在着關聯。當在玻璃化溫度以下時，自由體積保持恒定，體積随溫度增長而大分子鍊開始振動。當溫度超過玻璃化溫度時，大鍊段開始移動，鍊段之間的自由體積增加，鍊段與鍊段之間作用力減小，粘度下降。不同的聚合物粘度對溫度的敏感性有所不同。

（5）壓力對粘度的影響

聚合物熔體在注塑時，無論是預塑階段，還是注射階段，熔體都要經受内部靜壓力和外部動壓力的聯合作用。保壓補料階段聚合物一般要經受1500~2000kgf/cm2壓力作用，精密成型可高達4000kgf/cm2,在如此高的壓力下，分子鍊段間的自由體積要受到壓縮。由于分子鍊間自由體積減小，大分子鍊段的靠近使分子間作用力加強即表現粘度提高。

在加工溫度一定時，聚合物熔體的壓縮性比一般液體的壓縮性要大，對粘度影響也較大。由于聚合物的壓縮率不同，所以粘度對壓力的敏感性也不同；壓縮率大的敏感性大。

聚合物也由于壓力提高會使粘度增加，能起到和降低熔體溫度一樣的等效作用。

（6）分子量對粘度的影響

一般情況下粘度随分子量增加而增加，由于分子量增加使分子鍊段加度，分子鍊重心移動越慢，鍊段間的相對們移抵消機會越多，分子鍊的柔性加大纏結點增多，鍊的解脫和滑移困難。使流動過程助力增大，需要的時間和能量也增加。

由于分子量增加引起聚合物流動降低，使注塑困難，因此常在高分子量的聚合物中加入一些低分子物質，如增塑劑等，來降低聚合物的分子量，以達到減小粘度，改善加工性能。

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