螺杆设计的工艺及流变学基础VIP免费

螺杆设计的工艺及流变学基础1．影响注射成型塑化能力及塑化质量的因素注射制品的质量及生产速度主要由注射周期中的各个过程控制，其中预塑化过程中高聚物的塑化质量首先影响到制品的质量。而预塑过程的时间则影响到生产速度。螺杆是螺杆式注射机塑化过程实现的关键部件，螺杆在料筒中通过旋转和轴向移动实现对成型物料即高聚物的输送、压实、塑化和注射等动作，在塑化过程中，注射螺杆的工作状态是一边转动一边后退，塑化了的塑料熔体在螺杆的作用下沿螺槽向前输送，当螺杆后退至设定距离（即计量行程或注射行程）时，螺杆便停止转动。此时螺杆头部存料区的熔体体积即为注射量，这一过程螺杆的熔体输送能力即为注射螺杆的塑化能力，它表征单位时间内螺杆可能提供塑料熔体的最大能力。螺杆塑化能力的大小直接影响注射周期，也影响着注射机的生产效率。根据注射螺杆的工作特点，利用牛顿流体在注射螺杆的螺槽中作等温条件下的流动模型，而建立起来的注射螺杆的熔体输送理论，可以用来描述注射螺杆的塑化能力，它表征单位时间内注射螺杆可能提供塑料熔体的最大能力。即：式（1）表明，注射螺杆的塑化能力与螺杆几何尺寸、加工工艺条件及物料性能（如流动性）等参数有关。虽然通过（1）式我们可以得到在螺杆的设计过程中，注射螺杆直径越大，螺杆计量段螺槽深度增加，计量段长度越长，螺杆的塑化能力增加，这样的规律性结论，但由于我们的加工对象－高聚物的性能不同，针对不同的聚合物如何设计螺杆的几何形状和各段长度却仍是难于解决的问题，另外，加工工艺条件（背压、螺杆转速、温度及剪切速率等）的设定也与高分子聚合物性能密切相关。因此，要提高塑化能力和塑化质量，必须要提高螺杆的设计水平，而要提高螺杆的设计水平，则首先必须深入了解加工对象－高聚物的性能。2．高分子的聚集态结构2.1高聚物的层次结构所谓高聚物的结构，指组成高分子的不同尺度的结构单元在空间的相对排列，高分子结构层次分为链结构和聚集态结构，链结构表明一个分子链中原子或基团的几何排列情况，以及高分子的大小和和在空间存在的各种形状(构象)，即针对单个分子而言。聚集态是高分子依靠分子间的作用力聚集起来的物理状态，与低分子物质不同的是，高分子的聚集态只有固态和液态而没有气态。这是因为高分子的分子量很大，分于链之间的作用力比低分子间作用力大许多倍，要使高分子汽化所需要的热量，远远超过破坏分子中价键所需的能量，未等达到汽化就先行裂解了。聚集态结构则指高分子整体的内部站构，包括结晶态结构、非结晶结构，取向结构、液晶结构和织态结构。前四种描述高分子聚集体中分子之间是如何堆砌的，如互相交织的线团结构、由折叠链规整堆砌而成的晶体等。若高分子是按照三维有序的方式聚集在一起，就称为结晶结构；若分子链是杂乱无序地排列在一起，就称为非晶结构；有些高聚物在加工过程中，出现分子链一维或二维有序排列的结构，这种聚集态结构称为取向结构。有一些高聚物从分子的有序排列看是结晶态，但同时又是液态．这就是“液晶”。液晶既保持了晶态的有序性，同时又具有液态的连续性和流动性。织态结构为高层次结构，它是不同高分子间或者高分子与添加剂分子间的排列或堆砌结构。例如：高分子合金和复合材料的结构。高分子的链结构是高分子各种特性的决定因素，直接影响聚合物的某些特性，例如熔点、密度、溶解性、粘度、粘附性等。聚集态结构与聚合物制品使用性能则有着最直接的关系，同时，聚集态结构直接影响高聚物的加工性能，高分子的聚集态结构首先由链结构决定，其次，通过加工过程的改变，高聚物的聚集态结构是可以改变的。聚合物的结构层次关系见图1。图1高聚物的结构层次关系高分子链的聚集态的形成是高分子链之间相互作用的结果．高分子链间最重要的相互作用是范德华力，氢键在很多高分子材料中也常常起重要作用．对于交联高分子材料，分子链之间通过化学键(共价镀、离子键)联接在一起，形成最富有特征的三维网状结构．2.2高聚物分子间作用力如同小分子物一样，在高分子材料中分子间作用力强弱也可以用内聚能或内聚能密度来表示．内聚能定义是，为克服分子间作用力...