第六章成型加工中共混物的形態(tài)發(fā)展與結(jié)構(gòu)變化ppt課件

1、第六章 成型加工中共混物的形狀開展與構(gòu)造變化 6.1 概述 化學(xué)構(gòu)造性能-構(gòu)造- 物理構(gòu)造-外界條件(溫度場、力場及其變化加工形狀學(xué)的研討內(nèi)容及研討意義：內(nèi)容：1、研討受力剪切、拉伸、壓力流動條件下聚合物熔體流體相構(gòu)造形狀的構(gòu)成、演化規(guī)律，即研討聚合物資料在加工過程中外場作用下形狀構(gòu)成、演化、調(diào)控及最終“定構(gòu) ； 2、掌握構(gòu)造形狀的變化和控制規(guī)律及其對性能的影響關(guān)系。研討意義：對實現(xiàn)有目的地成型加工設(shè)計、掌握聚合物凝聚態(tài)構(gòu)造、充分發(fā)揚資料應(yīng)有的潛在物理性能以及對開展高分子成型加工根底實際，開發(fā)高性能化、復(fù)合化、多功能化、低本錢化及清潔化高分子資料都有著重要意義。.第六章 成型加工中共混物的形狀

2、開展與構(gòu)造變化 成型加工形狀學(xué)的開展歷史年代研 究 內(nèi) 容國 際國 內(nèi)6070主要研究單一聚合物在常規(guī)加工過程中的形態(tài)控制7080主要研究常用聚合物共混物相形態(tài)形成和演變規(guī)律以及單一聚合物材料在特殊加工條件下形態(tài)控制90控制聚合物形態(tài)規(guī)律的基礎(chǔ)上，研究新型聚合物、新型加工過程中聚合物形態(tài)形成、發(fā)展及調(diào)控，通過新型形態(tài)及特殊形態(tài)的形成，獲得性能獨特的單一或多相聚合物材料。主要研究內(nèi)容涉及高分子材料加工過程中形態(tài)控制的科學(xué)問題，包括高分子在復(fù)雜溫度、外力等各種外場作用下聚合物形態(tài)結(jié)構(gòu)演化、形成規(guī)律以及在溫度、壓力等各種極端狀態(tài)下高分子聚集態(tài)結(jié)構(gòu)的特點。.第六章 成型加工中共混物的形狀開展與構(gòu)造變化

3、 成型加工形狀學(xué)目前的研討重點： 1、根底實際研討方面-包括剪切對相容性的影響，以及共混體系的流變學(xué)根底研討等多個領(lǐng)域的內(nèi)容； 2、聚合物共混體系在成型中的形狀演化的唯象描畫； 3、聚合物共混物在成型加工過程中形狀控制的詳細方法和工藝研討。 .第六章 成型加工中共混物的形狀開展與構(gòu)造變化 6.2. 剪切作用對聚合物共混體系相容性的影響 聚合物成型過程是在外力和溫度作用下，在有限時間內(nèi)完成的一個非平衡態(tài)過程。 前期任務(wù)：多集中于加工流變學(xué)這一范疇，由于高分子熔體在流動中表現(xiàn)出來的宏觀物性粘度比在流動中微觀層次上的相態(tài)圖樣變化在實驗上更易于丈量和延續(xù)跟蹤。 在高聚物微觀相態(tài)的構(gòu)成和規(guī)律的實踐研討任

4、務(wù)中，常用分析最后產(chǎn)品內(nèi)部微觀構(gòu)造的方法，或迅速冷凍加工中的試樣，對其相態(tài)進展分析，由此推測成型條件與相構(gòu)造構(gòu)成之間關(guān)系如傳統(tǒng)的形狀法、熒光法等。 缺乏：這些“間接方法無法獲得延續(xù)、完好的力場、溫度與聚合物相態(tài)之間關(guān)系的認識，做到對聚合物加工的最終相構(gòu)造進展預(yù)測和設(shè)計、控制，研討任務(wù)沒有跳出“依賴閱歷判別的框架局限。 .第六章 成型加工中共混物的形狀開展與構(gòu)造變化 目前開展：1、建立科學(xué)合理的實驗方法 實時檢測-能捕獲到前期任務(wù)中被掩蓋的瞬態(tài)效應(yīng)，突破靜態(tài)測試中的“黑箱效應(yīng) 。 傳統(tǒng)的實驗方法：粘溫轉(zhuǎn)變法，濁度法等。 先進的實驗方法：流變光學(xué)技術(shù)-小角X-ray散射法，小角中子散射法，小角激光

5、散射法等； 剪切流動下高分子相構(gòu)造的研討-經(jīng)過在實踐成型加工安裝上 引入特殊安裝，實現(xiàn)對受力流動中聚合物微觀相構(gòu)造進展實時檢測跟蹤。.第六章 成型加工中共混物的形狀開展與構(gòu)造變化 2、工藝條件的拓寬： 第一 提高對試樣的剪切速率，更加接近聚合物加工的實踐情況。 第二 新型實際的提出。 第三 實驗體系更趨廣泛，目前已從二元體系開展到三元體系。 第四 試樣受力類型多樣化：從單一的剪切應(yīng)力開展到拉伸應(yīng)力。 .第六章 成型加工中共混物的形狀開展與構(gòu)造變化 6.2.1 實際研討 1、概述 由于處于流動中的共混體系可以儲存能量，所以流動能改動體系的熱力學(xué)形狀并擾亂共混物的相平衡。 因此，在預(yù)測剪切場中聚合

6、物共混物的相行為時，通常是在平衡熱力學(xué)框架內(nèi)，經(jīng)過在靜態(tài)熱力學(xué)共混自在能中參與一項由剪切作用引起的過剩彈性儲能(excess elastic stored energy)，并思索到在彈性儲能構(gòu)成中聚合物的纏結(jié)。 剪切對聚合物共混物相行為的影響效應(yīng)： 1、使均相區(qū)域擴展，即剪切誘導(dǎo)混合shear induced mixing，SIM； 2、使異相區(qū)域擴展，即剪切誘導(dǎo)去混合shear induced demixing，SID。 .第六章 成型加工中共混物的形狀開展與構(gòu)造變化 經(jīng)典實際： 聚合物的鏈纏結(jié)構(gòu)造特點，使相行為的變化可由鏈纏結(jié)模型得到很好的解釋- 高溫下大分子松弛時間短，在整個組成范圍內(nèi)為

7、牛頓流體，剪切粘度隨組成變化單調(diào)添加，且二階導(dǎo)數(shù)大于零，表現(xiàn)出促進體系相容的效應(yīng)。 隨著溫度的降低，大分子的松弛時間增大，體系的非牛頓性增大，解纏結(jié)首先發(fā)生在分子量大的組分中。此時流體中1個組分為牛頓型而另1組分為非牛頓型，剪切粘度隨組成變化的二階導(dǎo)數(shù)小于零，導(dǎo)致體系相分別。當2組分均為非牛頓型流體時，剪切粘度隨組成變化的二階導(dǎo)數(shù)大于零，又出現(xiàn)剪切導(dǎo)致相容的情況。缺乏：將剪切時假設(shè)體系為熱力學(xué)平衡態(tài)，因此其存在局限性。突出的缺陷是不能解釋剪切作用下的各向異性以及只思索了簡單剪切場的作用。 .第六章 成型加工中共混物的形狀開展與構(gòu)造變化 6.2.1.2 熱力學(xué)實際 分子構(gòu)型模型：未思索粒子破裂，

8、并假設(shè)界面張力為零，只解釋流動致不相容景象。 界面張力模型：以為流動使得分子相尺寸破裂，到達單個聚合物線團尺寸，使體系均化，但該模型未思索分子構(gòu)型變化，只能解釋流動致相容景象。 新實際：貯藏彈性能引入、濃度動搖以及焓和熵的奉獻的思索.第六章 成型加工中共混物的形狀開展與構(gòu)造變化 6.2.2 實驗方法一、粘溫轉(zhuǎn)變法 根據(jù)粘度溫度曲線的斜率突變點來確定剪切流動中共混物的相轉(zhuǎn)變溫度。 特點：實驗儀器較為簡單，試樣制備容易，可對眾多的體系進展測試。.第六章 成型加工中共混物的形狀開展與構(gòu)造變化 二、形狀法 把熔融的共混物擠出或注射到模具中或冷凝介質(zhì)如液氮等中驟冷定型，再利用電鏡和DSC等手段對所得試樣

9、進展察看和測試，根據(jù)電鏡照片中各相形狀和界面情況，以及DSC曲線來分析斷定共混物相行為的變化情況。 實驗中，剪切過程由一定的安裝完成。 測試中，運用電鏡察看試樣的微觀形狀和兩相界面及構(gòu)造隨剪切速率、溫度及組分含量等要素的變化情況。 在電鏡照片中，經(jīng)過察看兩相界面的模糊程度來判別共混物的相容程度如何；經(jīng)過察看分散相的顆粒大小、外形及與延續(xù)相的互包情況等得到不同剪切速率和溫度下相分別的信息。 觀測到的共混物的微觀構(gòu)造尺寸為： TEM為 ；SEM為 。 特點：直觀、簡單易行；剪切速率大 ；干擾要素多，剪切速率及溫度不易得到準確的控制，察看到的微觀構(gòu)造尺寸較大，察看到的形狀變化不延續(xù)。.第六章 成型加

10、工中共混物的形狀開展與構(gòu)造變化 三、濁度法 利用試樣光學(xué)透明性的變化作為相轉(zhuǎn)變的證據(jù)。 實驗中，剪切流動普通由流變機械測試儀控制。 觀測對象的構(gòu)造尺寸在 。 優(yōu)點是實驗儀器和實驗過程較為簡單。 在機理上也存在著一定的缺陷，即假設(shè)出現(xiàn)以下情況，即使共混物中各相分別，其試樣也是光學(xué)透明的：1共混物中各相的折光指數(shù)相近；2共混物中各相的粒子尺寸遠小于可見光的波長；3試樣太??；4共混物的分散相的含量太小。 人的視覺差別等要素也會影響測試結(jié)果。.第六章 成型加工中共混物的形狀開展與構(gòu)造變化 四、熒光法本方法是根據(jù)參與共混物體系的熒光物質(zhì)的熒光強度的變化來斷定共混物相分別情況。根據(jù)檢測的方式不同，分為傳統(tǒng)

11、測試法和實時測試法。1、傳統(tǒng)熒光測試法 實驗中，在共混物中，參與熒光物質(zhì)標志的某一組分，采用剪切-流動-混合-驟冷的方法制成樣品。 對樣品進展熒光測試，檢測在不同剪切速率部位的熒光強度。 2、熒光實時測試法 實時測試的根本原理與傳統(tǒng)熒光測試法一樣，但安裝有較大變化。 在實驗安裝中添加特殊的儀器和附件，使溫度實現(xiàn)準確控制和實時的熒光檢測。 可丈量了不同比例的試樣在不同溫度、不同升溫速率及不同剪切速率下的入射光和反射光光強的數(shù)據(jù)。 測試的微觀構(gòu)造尺寸在 以上。 .第六章 成型加工中共混物的形狀開展與構(gòu)造變化 熒光法的特點：與粘溫轉(zhuǎn)變法、濁度法及形狀法相比，熒光法運用于檢測共混物的相容性，能探測更微

12、觀構(gòu)造的信息；但實驗中必需引入適當?shù)臒晒忾W爍體作為觀測和跟蹤的根據(jù)，實驗體系方面遭到很大的限制。 傳統(tǒng)測試法：設(shè)備構(gòu)造單一，簡單易行；操作不便，易引入人為的干擾要素，引起較大的實驗誤差，測得的數(shù)據(jù)有限，實驗周期較長。 實時測試：設(shè)備復(fù)雜、準確，一次性投入較大，但操作簡單，搜集的信息量大，能更全面、準確地反映出剪切流動過程中試樣的相行為變化和規(guī)律。 .第六章 成型加工中共混物的形狀開展與構(gòu)造變化 五、小角Xray散射法 根本原理：利用Xray經(jīng)過正在剪切流動中的試樣分子時，發(fā)生散射的景象來調(diào)查剪切流動對共混物相轉(zhuǎn)變的影響。 小角Xray散射法得到的微觀構(gòu)造尺寸為 。 小角Xray散射法的設(shè)備復(fù)雜

13、、投資較大，目前還沒有得到廣泛運用。.第六章 成型加工中共混物的形狀開展與構(gòu)造變化 六、小角中子散射法 任務(wù)原理與小角Xray散射法一樣。 小角中子散射丈量的微觀構(gòu)造的尺寸為 。 小角中子散射法存在設(shè)備復(fù)雜、投資較大的缺陷。 .第六章 成型加工中共混物的形狀開展與構(gòu)造變化 七、小角激光散射法 根本原理：利用激光光子經(jīng)過正在剪切流動中的試樣分子時，發(fā)生散射的景象來調(diào)查剪切流動對共混物相轉(zhuǎn)變的影響。 特點：能得到共混物在剪切流動中關(guān)于相行為的信息，包括濃度動搖、定向動搖所對應(yīng)的構(gòu)造及根本的剪切流動下的超分子構(gòu)造，剪切和檢測安裝比小角Xray散射法及小角中子散射法簡單、投資較小。1、實驗安裝 主要包

14、括光路部分、動力部分、剪切部分、溫控部分及附件。.第六章 成型加工中共混物的形狀開展與構(gòu)造變化 2、處置方式 對結(jié)果的處置方式主要有三種：散射圖樣分析；圖表分析；顯微圖象的數(shù)字化處置技術(shù)Digital Image Analysis, DIA。 散射圖樣分析：經(jīng)過照相或攝影方法得到動態(tài)變化的散射圖樣，對這些圖樣進展對比、分析，從圖樣的外形和相對的明暗程度的變化來描畫剪切流動中共混物的相行為變化。 這種方法簡單直觀，但遭到一定局限，不便丈量散射光的強度等數(shù)據(jù)，需做一些輔助性試樣，加以驗證。 圖表分析：將所測相關(guān)的散射數(shù)據(jù)直接或經(jīng)過計算后的數(shù)據(jù)作成圖表，以其曲線的走勢及規(guī)律得出剪切對相行為的影響。

15、顯微圖象的數(shù)字化處置技術(shù)：3、測試的尺寸范圍在 之間。 .第六章 成型加工中共混物的形狀開展與構(gòu)造變化 6.2.3 剪切場中聚合物共混體系相行為的實際預(yù)測和驗證6.2.4 剪切場中影響相行為的要素 影響剪切場中聚合物共混物相行為的要素很多，如剪切速率、剪切應(yīng)力、第一法向應(yīng)力、拉伸速率、拉伸應(yīng)變等外加要素，以及分子量及其分布、共混比及共聚比等構(gòu)造要素。 6.2.5 進一步研討需求思索和處理的問題 1實際方面：目前對聚合物共混體系相行為的研討更多的集中在體系的相圖、相分別機理及取向等方面。 2實驗體系：目前剪切場中相行為研討的體系非常少。 3流動場下相行為影響要素眾多且很復(fù)雜，目前尚有許多要素未被

16、。 4對過程缺乏完好性研討。 5試樣受力類型單一。 .第六章 成型加工中共混物的形狀開展與構(gòu)造變化 6.3共混體系的流變學(xué)根底研討 6.3.1流變學(xué)與聚合物加工的關(guān)系研討方法：采用實際方法或者半閱歷的方法建立流變模型。.第六章 成型加工中共混物的形狀開展與構(gòu)造變化 6.3.3聚合物共混體系的動態(tài)流變特性 聚合物流變性能的測試方法按施力方式不同，可分為靜態(tài)測試和動態(tài)測試。 靜態(tài)測試是在一定應(yīng)力或應(yīng)變下的穩(wěn)態(tài)剪切流方法。 特點：在靜態(tài)流變測試下，延續(xù)形變常會呵斥高分子，特別是多組分的高分子形狀構(gòu)造的變化甚至破壞，主要反映熔體的流動才干。 動態(tài)測試是在周期應(yīng)力或應(yīng)變條件下的振蕩剪切流方法。 特點：動

17、態(tài)方法在小應(yīng)變條件下丈量，測試過程對資料本身構(gòu)造影響很小，主要反映熔體的變形才干。 .第六章 成型加工中共混物的形狀開展與構(gòu)造變化 影響聚合物共混體系的動態(tài)流變性能的要素： 1、 共混物之間的相互作用 2、分子形狀 3、接枝 4、聚合物分子量的多分散性 5、不相容體系中分散相形狀 .第六章 成型加工中共混物的形狀開展與構(gòu)造變化 6.4 聚合物共混物成型加工中的形狀演化 據(jù)實驗結(jié)果提出了在共混初期形狀構(gòu)造的開展方式： 分散相顆粒首先形變生成片狀物或帶狀物，隨即在片狀物或帶狀物上有小孔生成，這些小孔被延續(xù)相基質(zhì)所填充。當小孔的尺寸和數(shù)量開展到足夠大時，生成易破裂的不穩(wěn)定的網(wǎng)絡(luò)。在剪切應(yīng)力作用下，該

18、網(wǎng)絡(luò)破裂構(gòu)成不規(guī)那么小碎塊，小碎塊繼續(xù)分裂，構(gòu)成近乎球狀的粒子。在以后的共混過程中，球狀粒子的粒徑只需較小的變化。.第六章 成型加工中共混物的形狀開展與構(gòu)造變化 從實驗分析得出，雙螺桿擠出過程中共混物相態(tài)開展包括如下過程： 分散相片狀構(gòu)造的構(gòu)成和破碎； 分散相纖維狀構(gòu)造的變形和破碎； 球形分散相顆粒的變形和破碎； 球形分散相顆粒的聚集。 發(fā)生的位置：在雙螺桿的熔融段主要發(fā)生聚合物共混物的相疇尺寸的降低，從初始為毫米級宏觀聚合物顆粒很快下降到熔融段終了時的幾十微米。雙螺桿的混合段和計量段，分散相的相疇尺寸進一步減小，從幾十微米到最終幾微米。 .第六章 成型加工中共混物的形狀開展與構(gòu)造變化 圖6.

19、25 熔體保送段分散相亞微形狀變化過程.第六章 成型加工中共混物的形狀開展與構(gòu)造變化 聚合物共混物兩組分比對共混物最終形狀構(gòu)造的影響： 實驗結(jié)果闡明：隨著共混物中分散相濃度的添加，分散相將轉(zhuǎn)變?yōu)檠永m(xù)相，進入相反轉(zhuǎn)區(qū)域。 在相反轉(zhuǎn)點組成附近，兩相構(gòu)成共延續(xù)相構(gòu)造。 哪一組分最終構(gòu)成延續(xù)相主要取決于體積分數(shù)和組分粘度。 普通體積分數(shù)大而本體粘度小的組分構(gòu)成延續(xù)相。 .第六章 成型加工中共混物的形狀開展與構(gòu)造變化 相反轉(zhuǎn)方式-四階段方式： 1首先，橡膠粒子軟化構(gòu)成延續(xù)相并嚴密包裹住塑料粒子； 2當溫度升高到達塑料的轉(zhuǎn)變溫度時，塑料粒子的外表開場軟化變形，并一層一層剝落分散在橡膠相中，在這個階段轉(zhuǎn)矩陡

20、然上升； 3在轉(zhuǎn)矩達最大值附近區(qū)域，相反轉(zhuǎn)忽然發(fā)生，最終塑料相轉(zhuǎn)變?yōu)檠永m(xù)相而橡膠相變?yōu)榉稚⑾?，轉(zhuǎn)矩達最大值后穩(wěn)定地下降； 4最后構(gòu)成熔融的粘彈性流體，橡膠分散相的粒徑很小，轉(zhuǎn)矩值維持在很低的程度。 相反轉(zhuǎn)開場是忽然的，相反轉(zhuǎn)過程是漫長的，最終在橡膠相中殘留少量的塑料粒子。 .第六章 成型加工中共混物的形狀開展與構(gòu)造變化 制約分散相粒徑的要素： 主要有兩相界面張力、分散相體積分率、分散相熔體強度、兩相粘度及粘度比、剪切作用力大小及作用速率等。 .第六章 成型加工中共混物的形狀開展與構(gòu)造變化 6.5 成型加工中聚合物共混物形狀控制的典型方法6.5.1 振動加工技術(shù) 含義：將振動剪切場物理場直接作用于聚合物的成型加工過程，即為振動成型技術(shù)。 優(yōu)勢：可以有效地防止制件中縮孔、疏松與外表沉陷的構(gòu)成；減小甚至消除剩余應(yīng)力；能使聚合物制件的強度和斷裂伸長率大大提高；可以對聚合物共混體系的形狀構(gòu)造進展控制。.第六章 成型加工中共混物的形狀開展與構(gòu)造變化 振動加工技術(shù)在聚合物共混物形狀控制中的運用 1、HDPE/PP共混物在振動加工中的形狀控制 圖6.33 動態(tài)保壓注射成型安裝表示圖l-注射機；2，10-流道；3，9-活塞