塑料的熱力學(xué)性能 |
| 發(fā)布時間：2016-10-07 10:25:43點擊率： |
| 塑料的物理、力學(xué)性能與溫度密切相關(guān)，溫度變化時塑料的受力行為發(fā)生變化，呈現(xiàn)出不同的物理狀態(tài)，表現(xiàn)出分階段的力學(xué)性能特點。塑料在受熱時的物理狀態(tài)和力學(xué)性能對塑料的成型加工有著非常重要的意義。 塑料在不同的溫度下所表現(xiàn)出來的分子熱運動特征稱為聚合物的物理狀態(tài)。 熱塑性塑料的物理狀態(tài)分為玻璃態(tài)（結(jié)晶型聚合物亦稱結(jié)晶態(tài)）、高彈態(tài)和粘流態(tài)。 （1） 線型無定形聚合物在受熱時的物理狀態(tài)
1） 玻璃態(tài) 塑料在溫度1以下的狀態(tài)是堅硬的固體，稱之處于玻璃態(tài)，它是大多數(shù)塑件的使用狀態(tài)。處于此狀態(tài)的塑料，在外力作用下分子鏈只能發(fā)生很小的彈性變形并且彈性變形服從胡克定律。 1稱為玻璃化溫度，是聚合物從玻璃態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)楦邚棏B(tài)（或高彈態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)椴ＡB(tài)）的臨界溫度，是多數(shù)塑料使用的上限溫度，也是合理選擇塑料的重要參數(shù)。 聚合物在1以下還存在一個脆化溫度1，聚合物在此溫度下受力很容易斷裂，所以1是塑料使用的下限溫度。1~2的范圍越寬，表明塑料的使用溫度范圍越寬廣。 2） 高彈態(tài) 當(dāng)塑料受熱溫度超過3時，由于聚合物的鏈段運動，塑料進入高彈態(tài)。處于這一狀態(tài)的塑料類似橡膠狀態(tài)的彈性體，其形變能力顯著增大，但仍具有可逆的形變性質(zhì)。 3） 粘流態(tài) 當(dāng)塑料受熱溫度超過1時，由于分子鏈的整體運動，塑料開始有明顯的流動，塑料開始進入粘流態(tài)變成粘流液體，通常也稱之為熔體。在這種狀態(tài)下，塑料熔體在不太大的外力作用下就能引起宏觀流動，此時形變主要是不可逆的塑性形變，一經(jīng)成型和冷卻后，其形變會永遠保持下來。 （2）線型結(jié)晶型聚合物在受熱時的物理狀態(tài) 對于線型結(jié)晶型聚合物，它與上述的無定形聚合物在熱力學(xué)曲線上的主要區(qū)別有兩點：一是和1對應(yīng)的溫度叫熔點1，是結(jié)晶型聚合物熔融和凝固之間的臨界溫度；二是從曲線2可看到，；線型結(jié)晶型聚合物在1~1之間無明顯的高彈態(tài)，稱之為結(jié)晶態(tài)。但結(jié)晶型聚合物一般不可能完全結(jié)晶，都含有非結(jié)晶的部分，所以它們在高彈態(tài)溫度階段仍能產(chǎn)生一定程度的變形，只不過比較小而已。 （3）熱固性塑料在受熱時的物理狀態(tài)
熱固性塑料在受熱時伴隨著化學(xué)反應(yīng)，它的物理狀態(tài)變化與熱塑性塑料明顯不同。開始加熱時，由于樹脂是線型結(jié)構(gòu)，和熱塑性塑料相似，加熱到一定溫度時樹脂分子鏈運動的結(jié)果使之很快由固態(tài)變成粘流態(tài)，這使它具有成型的性能。 但這種流動狀態(tài)存在的時間很短，很快由于化學(xué)反應(yīng)的作用，分子結(jié)構(gòu)變成網(wǎng)狀，塑料硬化變成堅硬的固體。再加熱分子運動仍不能恢復(fù)，化學(xué)反應(yīng)繼續(xù)進行，分子結(jié)構(gòu)變成體型，塑料還是堅硬的固體。當(dāng)溫度升到一定值時，塑料開始分解，即遇熱不熔，高溫時則分解。 2、塑料的加工工藝性 塑料在受熱時的物理狀態(tài)決定了塑料的成型加工性能。
如前所述，處于玻璃態(tài)（或結(jié)晶態(tài)）的塑料是堅硬的固體，在這種狀態(tài)下不宜進行大變形量的加工，但可以進行車、銑、鉆、刨、鋸、銼等切削加工。 高彈態(tài)的塑料是類似橡膠狀態(tài)的彈性體，在這種狀態(tài)下可進行氣動成型、壓延成型、沖壓、鍛造等加工。進行上述成型加工時，必須充分考慮到它的可逆性，為了得到所需形狀和尺寸的塑料制件，必須把成型后的制件迅速冷卻到 粘流態(tài)的塑料是粘性流體，通常把這種液體狀態(tài)的聚合物稱為熔體。在這種狀態(tài)下，可進行注射、擠出、吹塑等成型加工。 不同狀態(tài)下熱塑性塑料的物理性能與加工工藝性能見表1-1。 表1-1 熱塑性塑料在不同狀態(tài)下的物理、工藝性能
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