聚合物熔化和弹性效果

当聚合物在加工操作中受到剪切时,它们中的长分子链就会发生扭曲。由于这样的剪切,分子趋向于拉直(方向)。如果这些分子仍然处于熔融状态,那么当剪切过程结束时,它们就会再次卷起来。

聚合物

当剪切后有快速冷却时,重新卷取(有时称为松弛)可能不完全。这种开卷/再卷的过程导致多种现象,通常称为弹性效应。挤压膨胀、鲨皮、熔体断裂、向下拉伸和冻结方向是一些重要的弹性效应。

挤出物(“死”)膨胀

当聚合物熔体从模具中出现时,挤出物可能会膨胀,因此挤出物的横截面大于离开模具后的模孔。

术语

对于毛细管模具,模具膨胀比、膨胀比、挤出膨胀或膨胀比是挤出物直径与模具直径的比值。对于狭缝模具,适当的比例是挤压厚度和狭缝高度。

链扭曲

之所以会发生膨胀,是因为当熔体通过模具时,分子会扩展;最大的扩展发生在模壁附近。从模具中出来后,分子趋向于卷起来(重新卷起来),在流动方向收缩,并在横向流动方向扩张。

当挤压件在模面上被切割并且挤压件的前缘是凸的时候,在流动方向上最大的收缩是靠近剪切最大的壁面。

影响挤出物膨胀的因素

实验工作表明:

  1. 膨胀随挤压速率(剪切速率)的增加而增加,达到临界剪切速率
  2. 肿胀随着给定的挤出速率或剪切速率的温度增加而降低
  3. 在给定的切应力下,温度对模具膨胀的影响很小
  4. 由于给定剪切速率,模具的增加随着模具的增加而减小
  5. 挤出物膨胀通过毛细管模头略微小于通过狭缝模具;通过狭缝模具膨胀的挤出物也随着剪切速率的增加而迅速增加
  6. 挤出物膨胀将随着比率储层直径/毛细管直径的增加而增加(尽管在10:1以上的比例下影响很小)。

标题为“挤出物膨胀的测量”的部分提供了测量挤出物膨胀的方法。

挤出物膨胀的来源

挤出物膨胀的来源

通过绘制来补偿模具膨胀

拉伸,或拉下挤出物是常见的技术,以补偿固体挤出物的模具膨胀,使挤出物可以只是通过一个尺寸模具。尽管在这种技术中,没有必要使两者完全平衡,但应该注意的是,向下拉伸会导致分子方向。

这导致在流动方向上强度增强,在垂直于流动方向上强度降低,这可能是也可能不是必要的。如果固体挤出物有不同的厚度,向下拉伸的效果会有些有限。这是因为剪切速率,因此,模具膨胀在较薄的部分较高。以确保挤压速度在整个横截面上不改变,较薄的部分也可以具有较短的模长,以进一步增加挤出物膨胀。

补偿挤出膨胀与管道和管道

在管材和管材的挤压过程中,情况更加复杂,因为挤压物经常根据尺寸模具的尺寸进行膨胀。在这种情况下,假设壁厚将扩大到适当的模具膨胀的剪切额定采用后,挤出机模具出现。

然而,壁厚的减少将与膨胀成正比,其中膨胀是尺寸模具直径与挤压模具外径的比率。

熔体破裂

通常可以观察到,当以高速率挤压时,会发生挤压变形。

术语

观察到的变形可能是由熔体断裂或弹性湍流现象(在某些情况下是竹节)或一种称为鲨鱼皮形成的效应引起的。这些现象还没有被完全理解,而且似乎有不同的起源。

临界剪切率

当剪切速率超过某一特定温度下聚合物熔体的临界剪切速率时,熔体就会断裂。存在相应的临界剪应力。临界点是这些在剪切率-剪切应力图(流动曲线)上定义的点。

据认为,熔体断裂起源于模具进入区域,当材料从模具储层漏斗进入毛细管。在挤出机中,这对应于熔体移动到模具平行部分的点。其他复杂的效果也发生在模壁。

形式的畸变

变形通常是螺旋性的,尽管其形式可以在聚合物类型之间变化。螺纹型失真可能出现在诸如聚丙烯和聚乙烯的材料中。欧洲杯足球竞彩挤出物可以在聚苯乙烯中形成螺旋,而涟漪或竹状的重复扭结可以形成为其他熔体。螺旋性质被严重和随机扭曲的所有熔体遮住,在临界点远远超过临界点。

发生

当小直径挤出物以高速率挤出时,最容易发生熔体骨折,在线涂层期间发生最值得注意的情况。

熔体断裂影响因素

熔体骨折已被广泛研究,因为它可以在实验室中容易地观察到。实验表明:

  1. 熔体断裂的临界剪切速率随温度的升高而增加。
  2. 产品τcw是常数(τc为临界剪切应力,Mw是重均分子量)。熔体骨折在较低的剪切应力和速率下开始,并且在高分子量树脂中比用低分子量聚合物进行。
  3. 当两种聚合物具有相似的熔体粘度但分支水平不同时,它们将具有相似的临界点。
  4. 通过逐渐变细,挤出物质将有显着改善。这允许在高于临界点的速率下获得外部未变异的挤出物。(但是,可能存在一些内部变形。)当所谓的平行平行锥度(高达10º)时,临界点可能显着增加。
  5. 临界剪切速率也随模具长径比的增大而增大。

所有这些影响熔体断裂的因素都是众所周知的,并且已经应用了好几年,因此,许多操作,如高速丝包覆和涉及高剪切速率的操作,都没有太多的麻烦进行熔体断裂效应。

熔体破裂

熔体破裂

鲨鱼天

与熔化骨折相比,鲨鱼素的现象尚未得到广泛研究,但它可能代表工业挤出中的更大问题。

融化撕裂

这里的畸变不是螺旋畸变,而是横向脊的畸变。当聚合物从模具中渗出时,熔化撕裂造成变形。在模具内部,靠近壁面的熔体移动非常缓慢(在靠近壁面的一层中,没有移动)。当熔体出现时,挤出物以恒定的速度从模面移开,导致外层突然被拉伸,可能撕裂。

Sharkskin的发病率

实验表明,鲨鱼皮发生的临界剪切速率(γc)与管芯半径(r)成反比(即产品,γcr是一个常数)。在直径较大的模具的情况下,临界剪切速率要低得多。尽管小模(类似于典型实验室流变仪中使用的那些)熔体骨折在下面的剪切速率下进行,但是鲨鱼皮的开始,可能会用满量程的工业模具观察到逆转。

临界线性挤压速率

可以看出,无论模具大小,鲨鱼皮都可以发生在临界以上线性挤出速率。换句话说,对于给定的聚合物熔体,鲨鱼皮可能以特定的挤压速率发生,而模具的大小对挤出没有影响。

条件支持鲨鱼皮

当熔体有部分弹性时,鲨鱼皮似乎是最严重的,具有易碎奶酪的稠度。如果熔体温度降低,结果可能会改善,当熔体从模具中出来时,会变得更有弹性。

还可以通过在出口点加热模具来获得改进的结果,以确保熔体的表面层更流体,撕裂效果较少。Sharkskin的严重程度可能会大幅变化。

在某些情况下,脊和相邻槽之间的距离可能是挤出截面的三分之一。在其他情况下,这种效果不容易被肉眼看到,但可能表现为哑光,或当指甲在表面上划过时可以感觉到。在吹塑成型中,鲨鱼皮是由一个粗糙的表面在瓶子的内部,因为外部通常是扁平的对着吹塑模具的墙壁。

分子的因素

分子量分布(MWD)是聚合物类型中唯一对鲨鱼皮有影响的分子特性。宽MMD通常可以减少产生鲨鱼皮效应的倾向。

冻结在取向

当聚合物分子处于熔融状态时,在没有外部应力的情况下,它们有卷起的趋势;它们通常以随机线圈的形式存在。

外部压力应用

分子从它们的随机卷曲状态扭曲,并在施加外部应力时定向(如在成型、挤压和其他成型方法中发生的)。在大多数加工操作中,最好是在聚合物成型后不久将其冻结(或“凝固”),例如通过模具挤压后在水浴中冷却。

在这种情况下,在熔体冻结之前,聚合物分子没有足够的时间重新卷曲(放松)。这导致了固定的方向。

各向异性

由于冻结取向,塑料制品表现出各向异性的行为,在不同方向测量时其性能不同。例如,在方向上的拉伸强度比在垂直方向上的要大。冻融取向也影响冲击强度。

对于Izod冲击测试样品注射成型与门在一端,分子大致沿着样品轴对齐。因此,在标准的Izod测试中,打破样品需要在伸长的分子上断裂。这将导致更高的冲击强度比将测量的非定向样品。

相反,如果将重量落在平板上以测量冲击强度,则该值将较低,以更具取向的成型。这是因为骨折发生更容易平行于方向或取向,而不是横跨分子取向。

方向的类型

聚合物熔体在凝固前拉伸会增加产品的取向。单轴取向是纤维制造中的一个重要方面,即单向拉伸。同样地,在薄膜制造中,双轴方向包括同时向两个方向拉伸也是很重要的。为了提高管道、瓶子和其他中空容器等产品的抱箍强度和抗断裂性能,建立了双轴取向。

愿望或不愉快

根据环境的不同,锁定取向可能是可取的,也可能是不可取的。当对熔体施加高应力时,熔体的冻结取向最大,且熔体剪切和凝固之间的时间间隔缩短。当低冷却温度和低熔体温度(如低挤压冷却浴温度或低注射模具温度)存在时,这些条件是常见的。

绘制

在几个挤压过程中,包括薄膜的制造,挤出物在离开模具后可以受到广泛的拉伸。在冷轧辊铸膜等工艺中,避免挤压腹板拉伸时产生撕裂效应是至关重要的。

粘性行为

在熔体发生拉伸的过程中,粘性行为比弹性行为更重要。在这里,主要的要求是熔体分子流动的流动性,虽然熔体应该有一定的强度和弹性。

脖子

冷轧辊铸造中出现的“缩颈”现象与冷轧辊铸造有关,在冷轧辊铸造中,挤压腹板的边缘有向腹板中心向内收缩的趋势。这可能会导致边缘变得比薄膜的主体更厚。弹性越大的熔体越不容易出现颈缩,因为它们能够在挤压方向上保持张力。

舞会凹陷

弹性效果也可以影响型坯凹陷,在吹塑期间发生。当它离开时,由于其自​​身的重量,易碎的易变薄被称为型坯凹陷。由于弹性效果(链无损),可能引起凹凸部分的一部分;当分子互相滑移时,粘性流量也有助于凹陷。可以合理地假设抵抗凹陷的弹性元件升高为总数的比例:

  1. 分子量,因此粘度增加
  2. 熔体温度降低(粘度增加时)
  3. 由于在标准载荷下的弹性变形取决于被拉伸部件的长度,所以单位重量的层间长度增加了,而粘性流动则不增加(只要层间重量不变)。

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引用

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  • 美国心理学协会

    Dynisco。(2021年2月3日)。聚合物熔体与弹性效应。AZoM。于2021年9月08日从//www.wireless-io.com/article.aspx?ArticleID=13578检索。

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    Dynisco。聚合物熔体与弹性效应。AZoM.2021年9月08年。< //www.wireless-io.com/article.aspx?ArticleID=13578 >。

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    Dynisco。聚合物熔体与弹性效应。AZoM。//www.wireless-io.com/article.aspx?ArticleID=13578。(2021年9月8日生效)。

  • 哈佛

    Dynisco》2021。聚合物熔化和弹性效果.viewed September 21, //www.wireless-io.com/article.aspx?ArticleID=13578。

评论

  1. Badriprasad r·古普塔 Badriprasad r·古普塔 印度 说:

    这种写作总结了聚合物的弹性效果,同时流过不同的通道以及引物如何受其弹性性质的影响。正常应力的出现和正常应力差的影响是不同扩散不规则性的主要原因。b r gupta.

这里表达的意见是作者的观点,并不一定反映Azom.com的观点和意见。

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