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塑料成型加工塑料的热-机械曲线和转变

作者:admin 发布日期:2019/7/10 关注次数: 二维码分享

塑料材料随温度的变化要发生形状及尺寸的改变(称为形变),形变-温度曲线称为塑料(高分子材料)的热-机械曲线,如图所示!

塑料成型加工三个状态与两个转变:

高分子材料的热-机械曲线


塑料成型加工三个状态与两个转变


(1)玻璃态。当温度很低时(T<Tg),此时聚合物分子运动能量很低,不足以克服分子链单键内旋转所需克服的位垒。整个分子链和链段运动的松弛时间非常大,难以在有限的时间内察觉,处于“冻结”状态,只有小运动单元(链节、侧基等)才能运动,聚合物呈现玻璃态。在外力作用下,聚合物形变很小,形变与外力大小成正比,外力除去,形变立即恢复,符合虎克定律,呈现理想固体的虎克弹性,又称普弹性。此时聚合物的力学性能表现得与玻璃相似,故称这种力学状态为玻璃态。


(2)高弹态。随着温度的升高,分子热运动能量逐渐增加,当到达某一温度时,分子的热运动能足以克服内旋转的势垒,可进行链段运动。它可以绕主链中单键内旋转而不断地改变构象,但是整个分子链仍处于被“冻结”的状态。这样在宏观上表现为受力时形变很大(100%~1000%),去掉力后可恢复,模量很低,只有105~107Pa。该形变与时间有关,具有松弛特性,表现为可逆高弹形变,这种具有高弹性的力学状态称为高弹态。高弹态是高聚物特有的力学状态,高弹形变实质就是分子链伸直和卷曲过程的宏观表现。

(3)黏流态。当温度继续升高,由于链段的剧烈运动,整个大分子重心发生相对位移(大分子与大分子之间产生了相对滑移),这时高聚物在外力作用下,呈现黏性流动,这种流动形变是不可逆的,这种具有黏性(或塑性)的力学状态称为黏流态。

由玻璃态向高弹态的转变称为玻璃化转变,其转变温度称为玻璃化温度Tg,由高弹态向黏流态的转变称为黏流转变,其转变温度称为黏流温度Tf。

由图(b)中可看出,当结晶性高聚物处于晶态时,结晶相所承受的应力远大于非晶相,它的温度形变曲线在温度到达其非晶部分的Tg时不出现明显的转折。只有升至Tm(熔点)时,由于晶格被破坏了,晶区熔融了,高分子运动加剧,进入了黏流态,见图1-4中的曲线M1。如其分子量很大,导致了Tf>Tm,则晶区熔融后,聚合物仍未呈现黏流,链段却随外力而伸展(卷曲)出现高弹态,直至温度升到了Tf以上,方可呈现黏流态,如图1-4中的曲线M2。后一种情况对成型加工是很不利的,因高温进入高弹态,加工很难进行,再升温又可能导致分解,所以结晶聚合物分子量应控制得低些,只要满足机械强度即可。


包头大塑料桶 2019年7月10日


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