熱塑性塑料在加熱過程中,除了通常采用提高
注塑加工溫度來降低流動(dòng)粘度之外,還可以利用剪切速率的變化來控制粘度的變化,以滿足加工時(shí)對(duì)熔體流動(dòng)性能的要求。至于熱固性塑料,應(yīng)使加工溫度控制在一定范圍,因?yàn)槔^續(xù)升高溫度,隨之而來的交聯(lián)反應(yīng)會(huì)使體系粘度圣蓋,最后導(dǎo)致無法加工成型。
在剪切應(yīng)力作用下,流體的流動(dòng)稱為剪切流動(dòng),剪切流動(dòng)產(chǎn)生橫向速度梯度,也叫剪切速度梯度,他被定義為流體流動(dòng)速度在與流體速度方向相垂直的方向上的變化率。由于速度是流體流動(dòng)方向的運(yùn)動(dòng)距離與相應(yīng)移動(dòng)時(shí)間之比值,因此由速度梯度可導(dǎo)出剪切速率這一概念,即單位時(shí)間之內(nèi),剪切力作用下流體產(chǎn)生的剪切應(yīng)變。
聚合物的熔體是典型的粘彈性材料。粘彈性材料的特征是,外力停止作用后,流動(dòng)停止,而彈性形變部分則要力圖恢復(fù)原狀。大多數(shù)熱塑性塑料只有在非常低的剪切速率和非常高的剪切速率下才會(huì)呈現(xiàn)牛頓行為,而在通常的加工條件下則呈現(xiàn)非牛頓行為,并且多數(shù)情況下是熔體粘度隨剪切速率的增加而降低。
習(xí)慣上常把剪切速度梯度和剪切速率當(dāng)作一個(gè)概念使用,有時(shí)也稱之為流變速率,其單位是時(shí)間的倒數(shù)。粘度是流體內(nèi)部分子間相互吸引和分子不規(guī)則運(yùn)動(dòng)的具體反應(yīng)。流動(dòng)的液體,在與流動(dòng)方向垂直的橫截面上流動(dòng)速度大小不同,實(shí)際上就是由液體的粘度所引起的。由粘度大小可判斷流體流動(dòng)阻力的大小。粘度越小,液體的流動(dòng)性越好,而粘度越大,則流動(dòng)性越差。
剪切流動(dòng)中所描述的粘度是剪切粘度,在數(shù)值上等于液體流動(dòng)時(shí)所施加的剪切應(yīng)力和當(dāng)時(shí)所發(fā)生的剪切速率的比值。不同的流體,粘度變化有不同的規(guī)律,一般可以分為兩類,一類是牛頓流體,其粘度變化僅依賴于物料的分子結(jié)構(gòu)和當(dāng)時(shí)所處的溫度,而與剪切應(yīng)力和剪切速率的大小無關(guān),也就是說,在一定的溫度條件下,其粘度值為常數(shù),剪切應(yīng)力與剪切速率成正比關(guān)系,此類液體的粘度稱牛頓粘度。另一類是非牛頓流體,其特征是粘度變化除了與液體本身的化學(xué)本性以及溫度變化有關(guān)外,還隨剪切應(yīng)力和剪切速率的變化而變化,非牛頓流體的粘度成為非牛頓粘度或表觀粘度。
注塑加工流動(dòng)性表征的是,在一定的溫度及壓力作用下熔體的流動(dòng)性能。在描述熔體流動(dòng)性能時(shí),剪切應(yīng)力、剪切速率及粘度是應(yīng)用很廣泛的術(shù)語。流體在壓力作用下產(chǎn)生流動(dòng),流體流動(dòng)時(shí),如果流體內(nèi)部各層的流速不等,則相鄰的液層接觸面上就會(huì)產(chǎn)生阻礙運(yùn)動(dòng)的摩擦力。這種出現(xiàn)在流體內(nèi)部的內(nèi)摩擦力,通常以單位面積上的力來表示,在力學(xué)上稱之為剪切應(yīng)力。
聚合物是高分子量化合物,其熔體自然具有不同于普通低分子材料的流動(dòng)特征。熔體粘度比較大,一般在50-10000Pa.s之間,作為對(duì)比,粘度特別大的一些聚合物,如聚四氟乙烯、超高分子量聚乙烯,會(huì)給加工造成相當(dāng)大的困難,往往也成為應(yīng)用受到限制的重要原因。流體流動(dòng)過程中,除了有不可恢復(fù)的粘性形變外,還包含有一部分可恢復(fù)的彈性形變。
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