塑料加工流變性能

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1、塑 料 加 工 流 變 性 能 1、 基 本 概 念2、 常 用 流 變 儀 的 分 類3、 轉(zhuǎn) 矩 流 變 儀 的 基 本 結 構 、 測 試 原 理 及 操 作4、 分 析 PVC塑 料 加 工 流 變 曲 線5、 影 響 流 變 性 能 測 試 結 果 的 因 素 流 變 性 當 高 聚 物 熔 體 和 溶 液 （ 簡 稱 流 體 ） 在 受 外 力 作 用時 ， 既 表 現(xiàn) 粘 性 流 動 ， 又 表 現(xiàn) 出 彈 性 形 變 ， 因 此稱 為 高 聚 物 流 體 的 流 變 性 或 流 變 行 為 。 高 分 子 的 流 動 不 是 簡 單 的 整 個 分 子 的 遷 移 ,而 是 各

2、個 鏈 段 分 段 運 動 的 總 結 果 ,在 外 力 作 用 下 ,高 分 子鏈 不 可 避 免 的 要 順 外 力 的 方 向 有 所 伸 展 ,即 高 聚 物進 行 粘 性 流 動 的 同 時 伴 隨 著 一 定 量 的 高 彈 形 變 ,外力 消 失 后 高 分 子 鏈 又 要 蜷 曲 ,形 變 要 恢 復 一 部 分 . 流 體 的 類 型（ 1） 牛 頓 流 體 : 低 分 子 流 體 在 流 動 時 流 速 越 大 ,流 動 阻 力 越 大 , 切應 力 與 切 變 速 率 成 正 比 . dyxy dx +dF F粘 度 是 流 體 內(nèi) 部 反 抗 這 種 流 動 的 內(nèi) 摩

3、 擦 阻 力 ,與 分 子 間 的 纏 繞 程 度 和 分 子 間 的 相 互 作 用 有 關 .單 位 : Nm/S2, Pas切 變 速 率粘 度切 應 力 . （ 2） 非 牛 頓 流 體 : 不 符 合 牛 頓 流 動 定 律 ,稱 為非 牛 頓 流 體 .通 常 可 以 用 流 動 曲 線 來 作 判 定 .DNSiB PB 切 變 速 率 各 類 流 體 的 流 動 曲 線y 圖 2 切 變 速 率各 類 流 體 的 粘 度 與 切 變 速 率 的 關 系圖 3N-牛 頓 流 體 ;D-切 力 增 稠 流 體 （ 脹 流 體 ） S-切 力 變 稀 流 體（ 假 塑 性 流 體 ）

4、 iB-理 想 的 賓 漢 流 體 ;PB-假 塑 性 賓 漢 體 1） 賓 漢 流 體 (塑 性 體 ): 剪 切 應 力 小 于 一 定 值 y,流 體 不 動 ,當 y時 ,才 產(chǎn) 生 牛 頓 流 動 . 如 牙 膏 ,涂 料 和 泥 漿 . y2） 假 塑 性 流 體 : 粘 度 隨 著 剪 切 速 率 的 增 加 而 變 小 ,切 力 變 稀(流 動 性 變 好 )。 如 大 多 數(shù) 的 聚 合 物 熔 體 . 3） 膨 脹 性 流 體 : 隨 著 剪 切 速 率 的 增 加 ,粘 度 變 大 ,切 力 變 稠 .如 分 散 體 系 ,聚 合 物 懸 浮 體 系 ,膠 乳 等 . 流

5、 凝 體 : 維 持 恒 定 的 切 變 速 率 ,粘 度 隨 著 時 間 的 增 加 而增 大 的 流 體 。 如 飽 和 聚 酯 等 觸 變 體 :維 持 恒 定 的 切 變 速 率 ,粘 度 隨 著 時 間 的 增 加 而 減 小的 流 體 .如 油 漆 等 絕 大 多 數(shù) 實 際 的 聚 合 物 的 流 動 行 為 遵 從 普 適 流 動 曲 線 .斜 率=1第一牛頓區(qū) 第二牛頓區(qū)斜 率=1 假 塑 區(qū) 0 2、 常 用 的 流 變 測 量 儀 器（ 1） 毛 細 管 型 流 變 儀 根 據(jù) 測 量 原 理 不 同 又 可 分 為 恒 速 型 （ 測 壓 力 ） 和恒 壓 力 型 （

6、測 流 速 ） 兩 種 。 （ 2） 轉(zhuǎn) 子 型 流 變 儀 根 據(jù) 轉(zhuǎn) 子 幾 何 構 造 的 不 同 又 分 為 錐 一 板 型 、 平 行板 型 （ 板 板 型 ） 、 同 軸 圓 筒 型 等 。 （ 3） 混 煉 機 型 轉(zhuǎn) 矩 流 變 儀（ 4） 振 蕩 型 流 變 儀 用 于 測 量 小 振 幅 下 的 動 態(tài) 力 學 性 能 ， 其 結 構 同 轉(zhuǎn)子 型 流 變 儀 。 3、 混 煉 機 型 轉(zhuǎn) 矩 流 變 儀 實 際 上 是 一 種 組 合 式 轉(zhuǎn) 矩 測量 儀 。 除 主 機 外 ， 帶 有 一 種小 型 密 煉 器 和 小 型 螺 桿 擠 出機 及 各 種 口 模 。 轉(zhuǎn)

7、矩 流 變 儀可 以 用 來 研 究 熱 塑 性 材 料 的熱 穩(wěn) 定 性 、 剪 切 穩(wěn) 定 性 、 流動 和 固 化 行 為 。 轉(zhuǎn) 矩 流 變 儀 的 基 本 結 構 圖 1-2 轉(zhuǎn) 矩 流 變 儀 示 意 圖1 壓 桿 ； 2 加 料 口 ； 3 密 煉 室 ； 4 漏 斗 ； 5 密 煉 機 ； 6 緊 急 制 動開 關 ； 7 手 動 面 板 ； 8 驅(qū) 動 及 扭 矩 傳 感 器 ； 9 開 關 ； 10 計 算 機 測 試 原 理 物 料 被 加 到 混 煉 室 中 ， 受 到 兩 個 轉(zhuǎn) 子 所 施加 的 作 用 力 ， 使 物 料 在 轉(zhuǎn) 子 與 室 壁 間 進 行混 煉

8、剪 切 ， 物 料 對 轉(zhuǎn) 子 凸 棱 施 加 反 作 用 力 ，這 個 力 由 測 力 傳 感 器 測 量 ， 在 經(jīng) 過 機 械 分級 的 杠 桿 力 臂 轉(zhuǎn) 換 成 轉(zhuǎn) 矩 值 的 單 位 牛 頓 .米（ N.m ） 讀 數(shù) 。 其 轉(zhuǎn) 矩 值 的 大 小 反 應 了 物料 黏 度 的 大 小 。 通 過 熱 電 偶 對 轉(zhuǎn) 子 溫 度 的控 制 ， 可 以 得 到 不 同 溫 度 下 物 料 的 黏 度 。 操 作 步 驟 與 注 意 事 項（ 1） 了 解 轉(zhuǎn) 矩 流 變 儀 的 工 作 原 理 、 技 術 規(guī) 格 和 安 裝 、 使 用 、 清理 的 有 關 規(guī) 定 。（ 2） 稱

9、 量 按 照 上 面 所 列 配 方 準 確 稱 量 ， 加 入 試 樣 的 質(zhì) 量 （ M）應 按 照 下 式 計 算 : W1=(V1-V0) 0 (6-1)式 中 W1-加 料 量 （ g） V1-混 合 器 容 量 （ cm3） V0-轉(zhuǎn) 子 體 積 （ cm3） -原 材 料 的 固 體 體 積 或 熔 體 密 度 （ g/cm3） -加 工 系 數(shù) ， 按 固 體 或 熔 體 密 度 計 算 為 0.655、 0.80。 為 便 于 對 試 樣 的 測 試 結 果 進 行 比 較 ， 每 次 應 稱 取 相 同 質(zhì) 量 的試 樣 。（ 3） 合 上 總 電 源 開 關 ， 打 開

10、扭 矩 流 變 儀 上 的 開 關 ， 開 啟 計 算 機 ； （ 4） 根 據(jù) 實 驗 要 求 設 定 溫 度 ， 當 達 到 實 驗 所設 定 的 溫 度 并 穩(wěn) 定 10min后 ， 開 始 進 行 實 驗 。先 對 轉(zhuǎn) 矩 進 行 校 正 ， 并 觀 察 轉(zhuǎn) 子 是 否 旋 轉(zhuǎn) ，轉(zhuǎn) 子 不 旋 轉(zhuǎn) 不 能 進 行 下 面 的 實 驗 ， 當 轉(zhuǎn) 子 旋轉(zhuǎn) 正 常 時 ， 才 可 進 行 下 一 步 實 驗 ； （ 5） 物 料 由 加 料 器 投 入 混 合 室 ， 放 下 壓 料 桿壓 實 物 料 ， 開 始 記 錄 ， 到 預 定 實 驗 時 間 停 止記 錄 。 實 驗 時 注

11、 意 仔 細 觀 察 轉(zhuǎn) 矩 和 熔 體 溫 度隨 時 間 的 變 化 ； （ 6） 當 實 驗 結 束 后 ， 加 入 少 量 潤 滑 劑 ， 然 后拆 卸 清 理 混 合 器 。 4、 PVC塑 料 加 工 流 變 曲 線 分 析圖 為 PVC的 典 型 轉(zhuǎn) 矩 時 間 流 變 曲 線 曲 線 上 有 三 個 峰 ， 第 一 個 峰 為 加 料 峰 ，第 二 個 峰 為 塑 化 峰 ， 第 三 個 峰 為 分 解 峰 ，分 別 表 示 物 料 的 加 入 、 塑 化 和 分 解 。 A點 的 高 低 與 轉(zhuǎn) 速 大 小 和 干 混 料 的 表 觀 密 度 有 關 ， 隨 料 溫 升 高逐

12、漸 接 近 混 煉 預 設 溫 度 ， 樹 脂 軟 化 ， 空 氣 被 排 除 轉(zhuǎn) 矩 減 小 到 B點 ， 由 于 熱 和 剪 切 作 用 ， 樹 脂 顆 粒 破 碎 ， 顆 粒 內(nèi) 的 物 料 從 表面 開 始 塑 化 ， 物 料 粘 度 逐 漸 增 加 ， 轉(zhuǎn) 矩 迅 速 升 高 到 C點 ， C點對 應 的 峰 為 塑 化 峰 ， 隨 著 塑 化 后 物 料 內(nèi) 部 殘 留 空 氣 排 除 ， 物料 中 各 處 溫 度 趨 于 一 體 ， 熔 體 結 構 逐 漸 均 勻 ， 轉(zhuǎn) 矩 逐 漸 降 低達 到 相 對 穩(wěn) 定 值 的 平 衡 轉(zhuǎn) 矩 D點 ， 經(jīng) 過 長 時 間 混 煉 ，

13、pvc熔 體中 穩(wěn) 定 劑 逐 漸 喪 失 作 用 時 ， 物 料 開 始 分 解 并 交 聯(lián) ， 顏 色 由 黃變 褐 ， 轉(zhuǎn) 矩 從 E點 迅 速 增 高 5、 影 響 塑 料 流 變 性 能 測 試 結 果 的 因 素（ 1） 加 料 量 混 合 室 內(nèi) 的 物 料 量 不 足 ，轉(zhuǎn) 子 難 以 接 觸 物 料 ， 達 不到 混 煉 塑 化 的 最 佳 效 果 。反 之 物 料 加 入 過 多 ， 部分 物 料 集 中 于 加 料 口 不 能進 入 混 合 室 混 煉 均 勻 或 出現(xiàn) 超 額 的 阻 力 轉(zhuǎn) 矩 ， 使 儀器 安 全 裝 置 發(fā) 生 作 用 ， 停止 運 轉(zhuǎn) 。 實 驗

14、 過 程 中 ， 去除 上 頂 栓 對 物 料 的 施 壓 作用 ， 儀 器 轉(zhuǎn) 矩 變 化 不 突 出 ，說 明 加 料 量 基 本 合 適 。 （ 2） 測 試 溫 度 選 擇 的 溫 度 過 低 會 導 致 超 額 轉(zhuǎn) 矩 使 安 全 裝置 發(fā) 生 作 用 ， 儀 器 停 轉(zhuǎn) 。 溫 度 過 高 時 ， 聚合 物 的 鏈 段 活 動 能 力 增 加 、 體 積 膨 脹 。 分子 間 作 用 減 小 ， 流 動 性 增 大 ， 粘 度 隨 溫 度升 高 而 降 低 。 （ 3） 轉(zhuǎn) 速 混 煉 室 中 轉(zhuǎn) 子 轉(zhuǎn)速 的 確 定 一 般 以加 工 所 需 要 的 條件 而 定 。 同 時 按照 物 料 粘 滯 阻 力的 大 小 、 測 試 溫度 的 高 低 、 儀 器靈 敏 度 的 大 小 等條 件 再 進 行 適 當調(diào) 整 。 （ 4） 加 料 速 度 物 料 加 入 混 煉 室 時 ，應 使 用 斜 槽 柱 塞 加 料器 ， 在 盡 可 能 短 的 時間 內(nèi) 把 物 料 壓 入 混 煉室 內(nèi) 。 其 原 因 是 如 果物 料 進 入 時 間 長 短 不同 ， 物 料 各 部 分 受 熱 、受 剪 切 的 時 間 就 不 同 ，造 成 結 果 波 動 ， 重 復性 差 。