第二章 塑料成型基础

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第二章 塑料成型基础第一节 聚合物的分子结构与热力学性能 第二节 聚合物流变方程与分析 第三节 聚合物在成型过程中的流动状态 第四节 聚合物在成型过程中的物理和化学 变化 第五节 塑料的组成及工艺特性 第六节常用塑料

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第一节 聚合物的分子结构与热力学性能

一、聚合物的分子结构(-)树脂与塑料 (二)高分子与低分子 (三)聚合物的分子结构 (四)聚合物的聚集态结构及其性能

二、聚合物的热力学性能与加工工艺性(一)聚合物的热力学性能 (二)聚合物的加工工艺性

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(-)树脂与塑料塑料的主要成分是树脂。 天然树脂，其特点是无明显的熔点，受热后 逐渐软化，可溶解于有机溶剂，而不溶解于水 等。 人们根据天然树脂的分子结构和特性，应用 人工方法制造出了合成树脂。 合成树脂具有优良的成型工艺性，有些合 成树脂也可以直接作塑料用(如聚乙烯、聚苯 乙烯、尼龙等),但有些合成树脂必须在其中 加入一些添加剂，才能作为塑料使用(如酚醛 树脂、氨基树脂、聚氯乙烯等)。

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(二)高分子与低分子无论是天然树脂还是合成树脂，它们都属于高分子聚合物，简称高聚 物。 塑料的许多优异性能都与聚合物的分子结构密切相关。 一个聚合物分子中含有成千上万、甚至几十万个原子。例如，尼龙分 子中大约含有4千个原子，天然橡胶分子中大约含有5万到6万个原子，纤 维素(木材中含有此成分)分子中大约含有10万到20万个原子。低分子 化合物，其相对分子质量只有几十或几百；而高分子化合物(简称高分 子)的相对分子质量比低分子化合物的高得多，一般从几万至上千万。 再从分子长度来看，低分子乙烯的长度约为0.0005μm,而高分子聚乙烯 的长度为6.8μm,后者是前者的13600倍。 高分子是含有原子数很多、相对分子质量很高、分子很长的巨型分 子。正是由于高分子与低分子存在着如此悬殊的差异，才使聚合物具有 许多与低分子化合物很不相同的特性。

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(三)聚合物的分子结构如果聚合物的分子链呈不规则的线状(或者团状),聚合物是一根根 的分子链组成的，则称为线型聚合物；如果在大分子的链之间还有一些 短链把它们相互交联起来，成为立体结构，则称为体型聚合物，此外， 还有一些聚合物的大分子主链上带有一些或长或短的小支链，整个分子 链呈枝状，称为带有支链的线型聚合物。图2-1 聚合物的分子结构不同，其性质也不同。线型聚合物的物理特性是具 有弹性和塑性，在适当的溶剂中可溶胀或溶解，升高温度时则软化至熔 化状态而流动，且这种特性在聚合物成型前后都存在，因

而可以反复成 型，习惯上称这种材料具有热塑性。体型聚合物的物理特性是脆性大、 弹性较高和塑性很低，成型前是可溶与可熔的，而一经成型硬化后，就 成为既不溶解也不熔融的固体，所以不能再次成型。因此，又称这种材 料具有热固性。

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(四)聚合物的聚集态结构及其性能聚合物由于分子特别大且分子间力也较大，容易聚 集为液态或固态，而不形成气态。固体聚合物的结构按 照分子排列的几何特点，可分为结晶型和无定型两种。 结晶型聚合物由“晶区”(分子作有规则紧密排列 的区域)和“非晶区”(分子处于无序状态的区域)所 组成，图2-2。晶区所占的重量百分数称为结晶度。例 如低压聚乙烯在室温时的结晶度为85%~90%。 通常聚合物的分子结构简单，主链上带有的侧基体 积小，对称性高，分子间作用力大时，有利于结晶；反 之，对结晶不利或不能形成结晶区。结晶只发生在线型 聚合物和含交联链不多的体型聚合物中。

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结晶对聚合物的性能影响重大，由于结晶 造成了分子的紧密集聚状态，增强了分子间的 作用力，所以使聚合物的强度、硬度、刚度及 熔点、耐热性和耐化学性等性能都有所提高。 而与链运动有关的性能，如弹性、伸长率和冲 击强度等则降低。 对无定形聚合物的结构，过去一直认为其 分子排列是杂乱无章、相互穿插交缠的。但用 电子显微镜观察，发现无定型聚合物的质点排 列不是完全无序的，而是大距离范围内无序， 小距离范围内有序，即：“远程无序，近程有 序”。体型聚合物由于分子链间存在大量交联， 分子链难以作有序排列，所以都具有无定形结 构。

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(一)聚合物的热力学性能

聚合物的物理、力学性能与温度密切相关， 温度变化时，聚合物的受力行为发生变化， 呈现出不同的力学状态，表现出分阶段的 力学性能特点。图2-3中曲线1为线型无定 形聚合物受恒应力作用时变形程度与温度 的关系曲线，也叫热力学曲线。此曲线明 显分为三个阶段，即线型无定形聚合物常 存在的三种物理状态：玻璃态、高弹态和 粘流态。

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在温度较低时(低于θg温度-玻璃化温度),曲线基本是水 平的，变形程度小，而且是可逆的；但弹性模量较高，聚合 物处于刚性状态，表现为玻璃态。此时，物体受力的变形符 合虎克定律，应变与应力成正比，并在瞬时达到平衡；当温 度上升时(在θg至θf-粘流温度间),曲线开始急剧变化，但 很快稳定趋于水平。聚合物的体积膨胀 …… 此处隐藏：1298字，全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……