玻璃钢电缆支架-作为基体的热塑性塑料的工艺

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玻璃钢电缆支架-作为基体的热塑性塑料的工艺
发布时间:2014-03-24 10:26:07  来源:本站  作者:畅元玻璃钢

 玻璃钢电缆支架-作为基体的热塑性塑料的工艺性能

  热塑性复合材料的制造工艺基本上和热塑性塑料相似,但加入纤维后工艺性稍有变化,如粘度增大,流动性降低。因此,热塑性塑料的工艺性能是热塑性复合材料工艺性能的基础。为了了解热塑性复合材料的工艺性能,本节首先介绍热塑性塑料的工艺性能。

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  一、热塑性塑料的状态与温度的关系

  在高分子物理学中,我们已经知道热塑性高聚物在恒定压力下由于温度不同而存在玻璃态、高弹态和粘流态三种物理状态,各种状态是以它的形变特点区分的(见图6-I)。以非结晶型热塑性塑料为例,常温时它具有一定的刚性,称为玻璃态(A)。当温度上升到玻璃化温度Z,时,它变为具有橡胶一样的弹性,在较小的外力作用下便可产生很大的形变,外力解除后仍能恢复原状,但这时的变形和恢复都不是瞬时完成的,需要经历一定的时间,此时称为高弹态(C)。从玻璃态(A)到高弹态(a)中间有一温度与形变状态的过渡区(B)。当温度继续上升到超过粘流温度z,时,塑料便可自由流动,称为粘流态D.当温度上升到分解温度za时,塑料开始分解破坏。当温度低于T。时,在外力作用下,大分子链容易断裂,T。称为脆化温度。高于分解温度和低于脆化温度时,材料都将失去使用价值。具有加工性能和使用性能的状态应是玻璃态、高弹态和粘流态。

作为基体的热塑性塑料的工艺性能

  三种状态塑料的分子形态和加工性能见表6—2所示。热塑性复合材料的成型是在T,~za温度范围内进行的。如果z,低,且T~Ta范围宽,则加工性愈好。粘流温度F,是塑料成型要求的最低温度,也就是高分子链开始可以自由运动的最低温度。粘流温度不仅与高分子结构有关,而且与分子量大小有关。分子量增加,分子之间的相互作用也随之增加,需要较高的温度分子才能自由运动,因此z,增高。分子量低的高聚物T,虽低,即加工性较好,但强度不高。因此并不是粘流温度愈低愈好。

  玻璃钢电缆支架通常高聚物是不同分子量的混合物,平常报道的分子量是指各种分子量的平均值,实际上高聚物的分子量分布在一个范围内,这就使它的T一和z,也不是固定的某个温度值,而是一个温度范围。由于采用的测量方法不同,对同一种材料所报导的Z,和T,值不一定完全相同。表6-3按资料报道列出了常用热塑性塑料的z扒Z,和Zd值。

  了解塑料状态与温度的关系,对确定成型温度范围有重要的意义。

  二、 流变性

  塑料粘流状态的粘度与剪切速率的关系以及在温度和压力作用下塑料表观粘度的变化,统称塑料的流变性。本节仅就塑料加工中的流变行为进行粗略分析。热塑性高聚物在一定的温度和压力下达到粘流状态,其粘度和流动特性的变化情形见图6—2。图中表示在温度和压力一定时,粘度和流动性不苒随时间而变 化。温度、压力、时间变化对热塑性塑料流动性能的影响不同于热固性塑料。图6-3分别表示当上述三个因素中有两个取固定值时流动性随另一因素的变化。由图可见,影响热塑性聚合物流变行为的主要因素是温度和压力。

作为基体的热塑性塑料的工艺性能

  1.温度对粘度的影响

  对热塑性聚合物流变行为的讨论,应以聚合物处于粘流状态而又未发生降解为前提,即T,≤z≤Za.在T,^vTa温度范围内,高聚物熔体的粘度随着温度升高呈指数函数规律下降。这是由于温度升高能使聚合物大分子及链段的活动加剧,并使分子问距离加大,从而使分子间相互作用减小,其宏观表现就是聚合物流动时的粘性阻力减小。

  粘度对温度的依赖关系可用Andradc公式表示:

作为基体的热塑性塑料的工艺性能

  式中 A——粘度常数,

  冗——气体常数(8.314J/克分子·℃),

  刀。——聚合物的粘流活化能(kJ/克分子);

  T——热力学温度(。K)。

  在给定的条件下,由于A、R、EN均为常数,故η仅与l/T有关。如以lnη对1/T(或T)作图,得到一条微弯的曲线,在不宽的温度范围内可视为直线,由此直线的斜率即可确定粘流活化能En,Em。的大小反映聚合物粘度对温度的依赖关系,En愈大则熔体粘度对温度愈敏感,图6-4表示了几种聚合物的η一1/T(或T)关系。可以看出,1、2、3、5(即PS、PC、PMMA和CA)比4、6、7(即PE、PP和POM)等对温度更为敏感。例如HDPE的刀。约为29kJ/克分子,而PS的刀。则为94kJ/克分子,当两种聚合物的温度都同时从200℃升到210。C时,PS的流度(粘度的倒数)提高了66%,而HDPE只提高了17%.因此,对曰。高的聚合物,提高加工温度可以明显地增大流动性,但不要超过其分解温度。以上讨论未考虑时间因素,实际上所有聚合物在加工温度下长期受热都会有不同程度的降解,并引起粘度下降。

  1~聚苯乙烯(PS),2一聚碳酸酯(PC)4MPaJ 3一聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA);4一聚丙烯(PP);5一醋酸纤维(CA);6~高密度聚乙烯(1-IDPE)4MPa J 7一聚甲醛(POM), 一聚酰胺(PA)iMPaI 9一聚对苯二甲酸乙二酯(PETD)

  2.压力对粘度的影响

  压力可以提高聚合物加工时物料的流动速度,缩短成型周期,但加大压力使聚合物粘度增大。这是由于聚合物在压力作用下自由体积减小,大分子间距离缩小,相互间作用加强,因而造成聚合物流动时粘度上升,粘滞阻力增大(参见图6—5)。图示曲线表明,当对聚乙烯所加压力由01MPa(大气压) 增加到100MPa(一般注射压力)时,其表观粘度增大了2.5倍。

  聚合物的压缩率不同,其粘度对压力的敏感性也不同。例如,在压力从13.5MPa升到17MPa时,高密度聚乙烯和聚丙烯的粘度增加4~7倍,而聚苯乙烯甚至可增加100倍。可见压力对粘度的影响是不容忽视的。一些聚合物粘度对压力的依赖关系示于图6-6中。可见单纯通过增大压力来提高物料的流速是不恰当的,过大的压力不仅使粘度增高,造成功率的过大消耗,并造成设备的更大磨损。

作为基体的热塑性塑料的工艺性能

  l~聚甲基丙烯酸甲脂;2一聚丙烯 1一聚丙烯酸酯(2100℃),2~高密度聚乙烯

  (210℃以上);3~低密度聚乙烯, (190℃),3一聚酰胺一6{260℃);4一醋

  4一聚酰胺-66;5一共聚甲醛 酸纤维素(190 6c)j;5一聚苯乙烯(204℃)

  事实上,一种聚合物在正常加工温度范围内,增加压力对粘度的影响和降低温度对粘度的影响具有等效性。对很多聚合物,压力增加到100MPa时,熔体粘度的变化相当于温度降低了30~50℃.

  三、粘度对剪切速率或剪应力的依赖性

  在通常的加工条件下,大多数聚合物熔体的流动性能都表现为非牛顿型,粘度与剪切速率有关。五种聚合物的熔体表现粘度随剪切速率的变化关系示于图6—7.可以看出虽然在于=102秒一-时,醋酸纤维素的粘度比聚酰胺一6大,但当于增大时,前者的粘度比后者下降快,说明醋酸纤维素的粘度对于更敏感。

  对加工过程来说,如果聚合物熔体的粘度在很宽的剪切速率范围内都是可用的,则宁可选择在粘度对哥较不敏感的剪切速率下操作更为合适,因为此时于的波动不会造成制品质量的显著差异。例如对图6—8中所示的聚合物,当于为100−400秒一1时,剪切速率小的波动会造成粘度的大幅度变化,使制品质量均一性难以保证。若选择于在400~600秒。1以上的剪切速率范围内进行加工,则因玻璃钢电缆支架粘度对剪切速率的敏感性降低,因而制品质量较易均匀。

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