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溫度和壓力對黏度的影響

文章(zhāng)來源: 婷婷五月开心五月色情模具 人氣:7391 發表時間:2023-05-16 11:17:44

(一)溫度對剪切黏度的影響


在成型(xíng)注塑加(jiā)工(gōng)工藝中,對一種表觀黏度隨溫度變化不大的(de)聚合物來說,如僅靠增加(jiā)溫(wēn)度來(lái)增加其流動性能以(yǐ)使它能夠 注塑加工成型是錯誤的,因為溫(wēn)度幅度增加很大,而它(tā)的表觀(guān)黏度卻(què)降低有限(xiàn)。另一方麵,大幅度地(dì)增加溫度很可(kě)能使(shǐ)聚合物發生降解,從對比角度來看,在(zài)注塑加工成型中利用(yòng)增溫來降低聚甲基丙烯酸甲酯、聚碳酸酯和聚酰胺等的表觀黏度是可行的,因為(wéi)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(jiān)的距離有關,因而當液體承(chéng)受壓力而使分子間的距離減(jiǎn)小時,液體的剪切黏度總是趨於增大。低分子(zǐ)聚合物(wù)的液體,其壓縮性都很有限,但是屬於高(gāo)分子的聚合物熔體卻不然。特(tè)別是聚 合物熔體的(de)加工壓力通常都比較(jiào)高(gāo),例如在注射模(mó)塑中,聚合物常需在150℃下(xià)受壓達35~ 150MPa,因而(ér)它們的壓縮(suō)性是可觀的,其壓縮率常可達5%甚至10%以上。實驗證明,聚合物熔(róng)體在受到壓力時,因受壓縮率的影響,其黏度定會有所增高,如聚乙烯在壓力由(yóu)100kPa升高到 100MPa時,其表觀黏度增加2.5倍,且聚合物 的壓縮率不同(tóng),其黏(nián)度對壓力的敏感(gǎn)性也不同(tóng)。


單純通過(guò)增大壓力來提高聚合物熔體的流量是不恰當的,即使在同一壓力(lì)作用下(xià)的同一種聚合物熔體,注塑加工成型時所用設(shè)備大小不同,則其流動行為也有差別,因(yīn)為盡(jìn)管所受壓力相同,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溫(wēn)度的影響有相似性。這種在 注(zhù)塑加工過程(chéng)中通過改變壓 力或(huò)溫度,都能獲(huò)得同樣的黏(nián)度變化的效應稱為 壓力-溫度等效性。例如,對於很多聚合物,壓力增加到100MPa時,熔體黏度的變(biàn)化相當於降 低(dī)30~50℃溫度的作用(yòng)。一般在維持黏(nián)度恒定的情況下,這一數值並不依賴於相對分子質量。在注射成型注塑加工 生產中考慮壓力對黏度的影響時,需要解決關鍵的問題在於:如何綜(zōng)合考慮生產的經濟性、設備和模(mó)具的(de)可靠性以及塑件(jiàn)的質量因素,以確保成型 注塑加工工藝能有的注射(shè)壓力和注射溫度。


三、聚合物熔(róng)體的黏彈性


聚合物熔體不僅具有黏流性,而且還具有如固(gù)體(tǐ)般的彈性,即當熔體受到應力時,一(yī)部分消耗於(yú)黏性變(biàn)形(xíng);而另一部分變形的將會被熔體儲存,一旦外界應力移去,變形就得到恢複。這種現象對低分子液體來說(shuō)是(shì)沒有(yǒu)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(yè)體(tǐ)中的彈性行為是流動過程中聚合物 大分子構象(xiàng)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恢複原來蜷曲的構象,因(yīn)而引起高彈形變並釋(shì)放彈性能。實踐證明(míng),這種彈性恢複並不是瞬時的,因為大分(fèn)子構象的恢複過程需要克服內在黏性的(de)阻滯。液體流動是以黏性形變為主還是以彈性形變為主,取(qǔ)決於外力作用時間t與時間t,的關係。


當t》1,時,即外力作(zuò)用時間比時(shí)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(yè)體,1≈10-'s; 對基本(běn)上表(biǎo)現為固體的(de)物質,t>10's;一般黏彈性聚合物熔體的時間1,=10-4~10+s.如注射聚甲基丙烯酸甲酯,已知注射溫度為230℃,注射時間為2s,其時間約(yuē)為43x10-s;把(bǎ)注射時間看成外(wài)力作用時間,則其遠遠大於時間,由此可知注射過程中的彈性變形部分(fèn)是極小的。應該注意的是,即便(biàn)是少量的彈性變形,也能使熔體產生流 動缺(quē)陷,使塑件產生變形。


流動熔體中的彈性形變與聚合物的相對分子(zǐ)質量、外力作用速度或時(shí)間以(yǐ)及熔(róng)體的溫度等有(yǒu)關(guān)。一般(bān)地,隨相對分子質量增大,外力作(zuò)用時間縮(suō)短,當熔(róng)體的溫度(dù)稍高於材料熔點時,彈性現象表現得特別不錯。應變關(guān)係曲線 YH是(shì)總(zǒng)形變的可逆部分,γy則是不 可逆部分,並以形變存在於熔可逆形變回(huí)複(fù)(0>08)c-成型(xíng)後可逆形變體中。


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四、熱塑性和熱固性聚合物流變行(háng)為的比較


在(zài)通常的注塑加工條(tiáo)件下,對熱塑性聚合物(wù)加熱是一種物理作用,其目的是使聚合物達到黏流態以便於成型,材料在注塑加工(gōng) 過程(chéng)所獲得的形狀(zhuàng)必須通過冷卻來定型。雖然,由於多次加熱和受到加工設備(bèi)的(de)作用會引起材料內在性質發生一定變化,但並未改變材料整體(tǐ)可塑性的基本特性,特別是(shì)材料的黏度在加工條件下基本沒有發(fā)生不可逆的改變。


但熱固性聚合(hé)物則不(bú)同,加(jiā)熱不僅可使材料熔融,能(néng)在壓力下產生流(liú)動、變形和獲得所需形狀等物理(lǐ)作用,並且還能使具有活性基團的組分在足夠高的溫度下產生交聯反應,並完成硬化等化學反應(yīng)。一旦熱固性材料硬化後,黏度變為無限大,並失去了再次(cì)軟化、流動和通過加熱而改變形狀的能力。可見熱固性聚(jù)合物在(zài)加工過程中黏度的變化規律與熱塑性聚合物(wù)有著本質的差別。


熱塑性聚(jù)合物和熱固性聚合物流變行為的不同加以說明,熱固性聚合(hé)物加(jiā)熱初期流動性(xìng)的增大是由於作用的結果,在達到硬(yìng)化之前的一段時間,體係黏度隨時間的變化不大,過此之後,聚合(hé)與交聯反應進(jìn)一步進(jìn)行(háng),聚合物相對分子質(zhì)量很快增(zēng)大而(ér)導致流動性迅速減小。


溫(wēn)度對流動性(xìng)的影響是由黏(nián)度和固化速度兩種互相矛盾的因素決定的,在較低溫度(dù)範圍(wéi)內溫度對黏(nián)度的影響起主導作用,在(zài)0...以下,黏度隨溫度升高而降低(dī),所以交聯之前總的流動性隨溫度上升(shēng)而增加(jiā);而在較高的溫度範圍,則化學交聯反應起主導作用,隨溫度升高,交聯反應速度加快,熔體的流動性迅速降低。


所以,熱固性(xìng)聚合物的交聯速度可以通過(guò)溫度來控製。溫度的這種特性正是熱固性塑料注(zhù)射成型中注(zhù)射機與(yǔ)模具分別采用(yòng)不同溫度的原因,例如,注射的溫度是產生黏度而又不引起迅(xùn)速交聯的溫度,澆口和模(mó)具的溫度(dù)則應(yīng)是有(yǒu)利於迅速硬化的溫度。因此(cǐ),對熱固性聚合物來說(shuō),溫度對熱固性聚合物(wù)流動性的影確的注塑加工工藝的關鍵是使聚(jù)合物組分在交聯之(zhī)前完成流動過程。切應力或剪切速率對熔體流動性有一定的影響,有流動(dòng)性的趨勢,但影響過程是(shì)複雜的,目前還無(wú)定性的研究。


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