聚合物作為材料使用時(shí),對(duì)它性質(zhì)的要求最重要的還是力學(xué)性質(zhì)。
比如作為纖維要經(jīng)得起拉力;作為塑料制品要經(jīng)得起敲擊;作為橡膠要富有彈性和耐磨損等等。聚合物的力學(xué)性質(zhì),主要是研究其在受力作用下的形變,即應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系。
7.3.1應(yīng)力-應(yīng)變曲線 7.3.1.1什么是應(yīng)力和應(yīng)變 當(dāng)材料在外力作用下,而材料不能產(chǎn)生位移時(shí),它的幾何形狀和尺寸將發(fā)生變化,這種形變稱為應(yīng)變。材料發(fā)生形變時(shí)內(nèi)部產(chǎn)生了大小相等但方向相反的反作用力抵抗外力,定義單位面積上的這種反作用力為應(yīng)力。
材料受力方式不同,形變方式也不同。常見的應(yīng)力和應(yīng)變有: (1)張應(yīng)力、張應(yīng)變和拉伸模量 材料受簡單拉伸時(shí)(圖7-34),張應(yīng)力: 張應(yīng)變(又稱伸長率): 拉伸模量(又稱楊氏模量): (2)(剪)切應(yīng)力、(剪)切應(yīng)變和剪切模量 應(yīng)力方向平行于受力平面,如圖7-35所示。
切應(yīng)力 切應(yīng)變 剪切模量 還有一個(gè)材料常數(shù)稱泊松(Poisson)比,定義為在拉伸試驗(yàn)中,材料橫向單位寬度的減小與縱向單位長度的增加的比值 (注:加負(fù)號(hào)是因?yàn)棣為負(fù)值) 可以證明沒有體積變化時(shí),υ=0.5,橡膠拉伸時(shí)就是這種情況。其他材料拉伸時(shí),υ 因?yàn)?G,即拉伸比剪切困難,這是因?yàn)樵诶鞎r(shí)高分子鏈要斷鍵,需要較大的力;剪切時(shí)是層間錯(cuò)動(dòng),較容易實(shí)現(xiàn)。
7.3.1.2強(qiáng)度 極限強(qiáng)度是材料抵抗外力破壞能力的量度,不同形式的破環(huán)力對(duì)應(yīng)于不同意義的強(qiáng)度指標(biāo)。極限強(qiáng)度在實(shí)用中有重要意義。
(1)抗張強(qiáng)度 在規(guī)定的試驗(yàn)溫度、濕度和試驗(yàn)速度下,在標(biāo)準(zhǔn)試樣(通常為啞鈴形,見圖7-36)上沿軸向施加載荷直至拉斷為止??箯垙?qiáng)度定義為斷裂前試樣承受的最大載荷P與試樣的寬度b和厚度d的乘積的比值。
抗張強(qiáng)度 (2)沖擊強(qiáng)度 是衡量材料韌性的一種強(qiáng)度指標(biāo)。定義為試樣受沖擊載荷而折斷時(shí)單位截面積所吸收的能量。
沖擊強(qiáng)度 式中:W為沖斷試樣所消耗的功;b為試樣寬度;d為試樣厚度。有簡支梁(Charpy)和懸臂梁(Izod)兩種沖擊方式。
前者試樣兩端支承,擺錘沖擊試樣的中部(圖7-37);后者試樣一端固定,擺錘沖擊自由端。試樣可用帶缺口和不帶缺口兩種,帶缺口試樣更易沖斷,其厚度d指缺口處剩余厚度(圖7-37上部)。
根據(jù)材料的室溫(20℃)沖擊強(qiáng)度,可以將聚合物分為三類: 脆性:聚苯乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯; 缺口脆性:聚丙烯、聚氯乙烯(硬)、尼龍(干)、高密度聚乙烯、聚苯醚、聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯、聚砜、聚甲醛、纖維素酯、ABS(某些)、聚碳酸酯(某些); 韌性:低密度聚乙烯、聚四氟乙烯、尼龍(濕)、ABS(某些)、聚碳酸酯(某些)。 (3)硬度 硬度是材料抵抗機(jī)械壓力的一項(xiàng)指標(biāo)。
硬度實(shí)驗(yàn)方法很多,采用的壓入頭及方式不同,計(jì)算公式也不同。布氏硬度是常用的一種(圖7-38),將鋼球壓入試樣表面并保持規(guī)定時(shí)間。
計(jì)算公式為: 布氏硬度= 式中:f為載荷(Kg);D為鋼球直徑(mm);h為壓痕深度(mm);d為壓痕直徑(mm)。 7.3.1.3玻璃態(tài)聚合物拉伸時(shí)的應(yīng)力-應(yīng)變曲線 玻璃態(tài)聚合物在拉伸時(shí)典型的應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系示于圖7-39。
應(yīng)力-應(yīng)變曲線可以分為五個(gè)階段。 (1)彈性形變 在Y點(diǎn)之前應(yīng)力隨應(yīng)變正比地增加,從直線的斜率可以求出楊氏模量E。
從分子機(jī)理看來,這一階段的普彈性行為主要是由于高分子的鍵長鍵角變化引起的。 (2)屈服應(yīng)力 應(yīng)力在Y點(diǎn)達(dá)到極大值,這一點(diǎn)叫屈服點(diǎn),其應(yīng)力σy為屈服應(yīng)力。
(3)強(qiáng)迫高彈形變(又稱大形變) 過了Y點(diǎn)應(yīng)力反而降低,這是由于此時(shí)在大的外力幫助下,玻璃態(tài)聚合物本來被凍結(jié)的鏈段開始運(yùn)動(dòng),高分子鏈的伸展提供了材料的大的形變。這種運(yùn)動(dòng)本質(zhì)上與橡膠的高彈形變一樣,只不過是在外力作用下發(fā)生的,為了與普通的高彈形變相區(qū)別,通常稱為強(qiáng)迫高彈形變。
這一階段加熱可以恢復(fù)。 (4)應(yīng)變硬化 繼續(xù)拉伸時(shí),由于分子鏈取向排列,使硬度提高,從而需要更大的力才能形變。
(5)斷裂 達(dá)到B點(diǎn)時(shí)材料斷裂,斷裂時(shí)的應(yīng)力σb即是抗張強(qiáng)度σt;斷裂時(shí)的應(yīng)變?chǔ)舃又稱為斷裂伸長率。直至斷裂,整條曲線所包圍的面積S相當(dāng)于斷裂功。
因而從應(yīng)力-應(yīng)變曲線上可以得到以下重要力學(xué)指標(biāo)。E越大,說明材料越硬,相反則越軟;σb或σy越大,說材料越強(qiáng),相反則越弱;εb或S越大,說明材料越韌,相反則越脆。
實(shí)際聚合物材料,通常只是上述應(yīng)力-應(yīng)變曲線的一部分或其變異,圖7-40示出五類典型的聚合物應(yīng)力-應(yīng)變曲線,他們的特點(diǎn)分別是:軟而弱、硬而脆、硬而強(qiáng)、軟而韌和硬而韌。其代表性聚合物是: 軟而弱――聚合物凝膠 硬而脆――聚苯乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯、酚醛塑料 硬而強(qiáng)――硬聚氯乙稀 軟而韌――橡膠、增塑聚氯乙稀、聚乙烯、聚四氟乙烯 硬而韌――尼龍、聚碳酸酯、聚丙烯、醋酸纖維素 7.3.1.4結(jié)晶態(tài)聚合物拉伸時(shí)的應(yīng)力-應(yīng)變曲線 圖7-41為晶態(tài)聚合物拉伸時(shí)的應(yīng)力-應(yīng)變曲線,也同樣經(jīng)歷了五個(gè)階段。
除了E和σt都較大外,其主要特點(diǎn)是細(xì)頸化和冷拉。所謂“細(xì)頸化”是指試樣在一處或幾處薄弱環(huán)節(jié)首先變細(xì),此后細(xì)頸部分不斷擴(kuò)展,非細(xì)頸部分逐漸縮短,直至整個(gè)試樣變細(xì)為止。
這一階段應(yīng)力不變,應(yīng)變可達(dá)500%以上。由于是在較低溫度下出現(xiàn)的不均勻拉伸(注:玻璃態(tài)聚合物。
常見的機(jī)械加工方法是強(qiáng)制進(jìn)給方式和壓力進(jìn)給方式。
1、強(qiáng)制進(jìn)給方式:在普通機(jī)磨床上進(jìn)行加工,根據(jù)機(jī)床的動(dòng)態(tài)精度決定吃刀深度及工件的精度。
2、壓力進(jìn)給方式:磨具在工件表面突起部分進(jìn)行選擇性加工,從而提高精度。
最引人注目的是激光機(jī)械加工技術(shù)。在切割硼-環(huán)氧、石墨-環(huán)氧、聚芳酰胺等難以加工的復(fù)合材料方面發(fā)揮巨大的威力,也可用于切割鈦、鈦合金、鉻合金、高強(qiáng)度鋼等宇航材料,還用于切割石英玻璃以及陶瓷,其切割效率比金剛石砂輪高得多,是一種較為理想的加工方法。
擴(kuò)展資料
以上兩種加工方式的特點(diǎn)為:
1、強(qiáng)制進(jìn)給方式,其特點(diǎn)是形狀精確,效率高。
2、壓力進(jìn)給方式:其特點(diǎn)是加工平面、球、圓筒等比較簡單的形狀時(shí),如果注意磨具的形狀、精度就能使加工精度優(yōu)于機(jī)床加工精度。其缺點(diǎn)是缺乏形狀賦予性,加工時(shí)間長。
參考資料來源:百度百科-機(jī)械加工方法
聚合物作為材料使用時(shí),對(duì)它性質(zhì)的要求最重要的還是力學(xué)性質(zhì)。
比如作為纖維要經(jīng)得起拉力;作為塑料制品要經(jīng)得起敲擊;作為橡膠要富有彈性和耐磨損等等。聚合物的力學(xué)性質(zhì),主要是研究其在受力作用下的形變,即應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系。
7.3.1應(yīng)力-應(yīng)變曲線7.3.1.1什么是應(yīng)力和應(yīng)變當(dāng)材料在外力作用下,而材料不能產(chǎn)生位移時(shí),它的幾何形狀和尺寸將發(fā)生變化,這種形變稱為應(yīng)變。材料發(fā)生形變時(shí)內(nèi)部產(chǎn)生了大小相等但方向相反的反作用力抵抗外力,定義單位面積上的這種反作用力為應(yīng)力。
材料受力方式不同,形變方式也不同。常見的應(yīng)力和應(yīng)變有:(1)張應(yīng)力、張應(yīng)變和拉伸模量材料受簡單拉伸時(shí)(圖7-34),張應(yīng)力: 張應(yīng)變(又稱伸長率): 拉伸模量(又稱楊氏模量): (2)(剪)切應(yīng)力、(剪)切應(yīng)變和剪切模量應(yīng)力方向平行于受力平面,如圖7-35所示。
切應(yīng)力 切應(yīng)變 剪切模量 還有一個(gè)材料常數(shù)稱泊松(Poisson)比,定義為在拉伸試驗(yàn)中,材料橫向單位寬度的減小與縱向單位長度的增加的比值 (注:加負(fù)號(hào)是因?yàn)棣為負(fù)值)可以證明沒有體積變化時(shí),υ=0.5,橡膠拉伸時(shí)就是這種情況。其他材料拉伸時(shí),υ<0.5.υ與E和G之間有如下關(guān)系式: 因?yàn)?<υ≤0.5,所以2G<E≤3G。
也就是說E>G,即拉伸比剪切困難,這是因?yàn)樵诶鞎r(shí)高分子鏈要斷鍵,需要較大的力;剪切時(shí)是層間錯(cuò)動(dòng),較容易實(shí)現(xiàn)。7.3.1.2強(qiáng)度極限強(qiáng)度是材料抵抗外力破壞能力的量度,不同形式的破環(huán)力對(duì)應(yīng)于不同意義的強(qiáng)度指標(biāo)。
極限強(qiáng)度在實(shí)用中有重要意義。(1)抗張強(qiáng)度在規(guī)定的試驗(yàn)溫度、濕度和試驗(yàn)速度下,在標(biāo)準(zhǔn)試樣(通常為啞鈴形,見圖7-36)上沿軸向施加載荷直至拉斷為止。
抗張強(qiáng)度定義為斷裂前試樣承受的最大載荷P與試樣的寬度b和厚度d的乘積的比值。抗張強(qiáng)度 (2)沖擊強(qiáng)度是衡量材料韌性的一種強(qiáng)度指標(biāo)。
定義為試樣受沖擊載荷而折斷時(shí)單位截面積所吸收的能量。沖擊強(qiáng)度 式中:W為沖斷試樣所消耗的功;b為試樣寬度;d為試樣厚度。
有簡支梁(Charpy)和懸臂梁(Izod)兩種沖擊方式。前者試樣兩端支承,擺錘沖擊試樣的中部(圖7-37);后者試樣一端固定,擺錘沖擊自由端。
試樣可用帶缺口和不帶缺口兩種,帶缺口試樣更易沖斷,其厚度d指缺口處剩余厚度(圖7-37上部)。根據(jù)材料的室溫(20℃)沖擊強(qiáng)度,可以將聚合物分為三類:脆性:聚苯乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯;缺口脆性:聚丙烯、聚氯乙烯(硬)、尼龍(干)、高密度聚乙烯、聚苯醚、聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯、聚砜、聚甲醛、纖維素酯、ABS(某些)、聚碳酸酯(某些);韌性:低密度聚乙烯、聚四氟乙烯、尼龍(濕)、ABS(某些)、聚碳酸酯(某些)。
(3)硬度硬度是材料抵抗機(jī)械壓力的一項(xiàng)指標(biāo)。硬度實(shí)驗(yàn)方法很多,采用的壓入頭及方式不同,計(jì)算公式也不同。
布氏硬度是常用的一種(圖7-38),將鋼球壓入試樣表面并保持規(guī)定時(shí)間。計(jì)算公式為:布氏硬度= 式中:f為載荷(Kg);D為鋼球直徑(mm);h為壓痕深度(mm);d為壓痕直徑(mm)。
7.3.1.3玻璃態(tài)聚合物拉伸時(shí)的應(yīng)力-應(yīng)變曲線玻璃態(tài)聚合物在拉伸時(shí)典型的應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系示于圖7-39。應(yīng)力-應(yīng)變曲線可以分為五個(gè)階段。
(1)彈性形變 在Y點(diǎn)之前應(yīng)力隨應(yīng)變正比地增加,從直線的斜率可以求出楊氏模量E。從分子機(jī)理看來,這一階段的普彈性行為主要是由于高分子的鍵長鍵角變化引起的。
(2)屈服應(yīng)力 應(yīng)力在Y點(diǎn)達(dá)到極大值,這一點(diǎn)叫屈服點(diǎn),其應(yīng)力σy為屈服應(yīng)力。(3)強(qiáng)迫高彈形變(又稱大形變) 過了Y點(diǎn)應(yīng)力反而降低,這是由于此時(shí)在大的外力幫助下,玻璃態(tài)聚合物本來被凍結(jié)的鏈段開始運(yùn)動(dòng),高分子鏈的伸展提供了材料的大的形變。
這種運(yùn)動(dòng)本質(zhì)上與橡膠的高彈形變一樣,只不過是在外力作用下發(fā)生的,為了與普通的高彈形變相區(qū)別,通常稱為強(qiáng)迫高彈形變。這一階段加熱可以恢復(fù)。
(4)應(yīng)變硬化 繼續(xù)拉伸時(shí),由于分子鏈取向排列,使硬度提高,從而需要更大的力才能形變。(5)斷裂 達(dá)到B點(diǎn)時(shí)材料斷裂,斷裂時(shí)的應(yīng)力σb即是抗張強(qiáng)度σt;斷裂時(shí)的應(yīng)變?chǔ)舃又稱為斷裂伸長率。
直至斷裂,整條曲線所包圍的面積S相當(dāng)于斷裂功。因而從應(yīng)力-應(yīng)變曲線上可以得到以下重要力學(xué)指標(biāo)。
E越大,說明材料越硬,相反則越軟;σb或σy越大,說材料越強(qiáng),相反則越弱;εb或S越大,說明材料越韌,相反則越脆。實(shí)際聚合物材料,通常只是上述應(yīng)力-應(yīng)變曲線的一部分或其變異,圖7-40示出五類典型的聚合物應(yīng)力-應(yīng)變曲線,他們的特點(diǎn)分別是:軟而弱、硬而脆、硬而強(qiáng)、軟而韌和硬而韌。
其代表性聚合物是:軟而弱――聚合物凝膠硬而脆――聚苯乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯、酚醛塑料硬而強(qiáng)――硬聚氯乙稀軟而韌――橡膠、增塑聚氯乙稀、聚乙烯、聚四氟乙烯硬而韌――尼龍、聚碳酸酯、聚丙烯、醋酸纖維素7.3.1.4結(jié)晶態(tài)聚合物拉伸時(shí)的應(yīng)力-應(yīng)變曲線圖7-41為晶態(tài)聚合物拉伸時(shí)的應(yīng)力-應(yīng)變曲線,也同樣經(jīng)歷了五個(gè)階段。除了E和σt都較大外,其主要特點(diǎn)是細(xì)頸化和冷拉。
所謂“細(xì)頸化”是指試樣在一處或幾處薄弱環(huán)節(jié)首先變細(xì),此后細(xì)頸部分不斷擴(kuò)展,非細(xì)頸部分逐漸縮短,直至整個(gè)試樣變細(xì)為止。這一階段應(yīng)力不變,應(yīng)變可達(dá)500%以上。
1、吸塑: 真空成型稱為吸塑,是一種塑料加工工藝,主要原理是將平展的塑料硬片材加熱變軟后,采用真空吸附于模具表面,冷卻后成型。主要分為厚片吸塑薄片吸塑兩大類。廣泛用于汽車附件、燈飾、廣告、裝飾、大型機(jī)械外殼、展示類、行空類、大家電、衛(wèi)浴類等行業(yè)。
2、注塑:即熱塑性塑料注塑成型,這種方法即是將塑料材料熔融,然后將其注入膜腔。熔融的塑料一旦進(jìn)入模具中,它就受冷依模腔樣成型成一定形狀。常見的產(chǎn)品主要有:電腦機(jī)箱外殼,連接器,手機(jī)外殼,鍵盤,鼠標(biāo),音響等。
3、吹塑:也稱中空吹塑,一種發(fā)展迅速的塑料加工方法。熱塑性樹脂經(jīng)擠出或注射成型得到的管狀塑料型坯,趁熱(或加熱到軟化狀態(tài)),置于對(duì)開模中,閉模后立即在型坯內(nèi)通入壓縮空氣,使塑料型坯吹脹而緊貼在模具內(nèi)壁上,經(jīng)冷卻脫模,即得到各種中空制品。生活中常見的瓶、桶、罐、箱以及所有包裝食品、飲料、化妝品、藥品和日常用品的容器等用的塑料加工工藝都是吹塑。
4、擠出:擠出成型在塑料加工中又稱為擠塑,在橡膠加工中又稱壓出。是指物料通過擠出機(jī)料筒和螺桿間的作用,邊受熱塑化,邊被螺桿向前推送,連續(xù)通過機(jī)頭而制成各種截面制品或半制品的一種加工方法。擠出的制品都是連續(xù)的型材,如管、棒、絲、板、薄膜、電線電纜包覆層等。其中最常用的就是PS,PE,PP,TPE,TPE,TPU等。加工完成后出現(xiàn)在我們生活中的就有像什么LED燈罩,排水管,超市價(jià)格牌等。
由鄭州大學(xué)等單位完成leimiao_hit(站內(nèi)聯(lián)系TA)該項(xiàng)目針對(duì)主要的成型加工方式,在實(shí)驗(yàn)研究和理論分析的基礎(chǔ)上,發(fā)展和完善了高聚物成型如注塑、擠出、發(fā)泡成型等過程的物理和數(shù)學(xué)模型leimiao_hit(站內(nèi)聯(lián)系TA)構(gòu)造了有效的數(shù)值計(jì)算方法,采用數(shù)值模擬和物理模擬兩種方法,通過各種物理場的耦合及兩種模擬結(jié)果的對(duì)比驗(yàn)證,建立材料成型過程中各種物理場的定量關(guān)系,形成了一套包括控制方程、材料模型、物性參數(shù)和數(shù)值求解方法在內(nèi)的較為系統(tǒng)、實(shí)用的成型過程宏觀模擬理論,開發(fā)出實(shí)用的成型模擬及模具優(yōu)化設(shè)計(jì)軟件,實(shí)現(xiàn)成型過程的動(dòng)態(tài)仿真分析,使高聚物成型加工過程在流場、力場、熱場等作用下所出現(xiàn)的各種物理現(xiàn)象和化學(xué)變化的描述更加數(shù)學(xué)化和定量化,進(jìn)而優(yōu)化成型過程和模具設(shè)計(jì)。
通過研究并構(gòu)造橡塑制品成型過程的模型化理論和計(jì)算方法,對(duì)成型過程中的各個(gè)環(huán)節(jié)進(jìn)行定量計(jì)算和數(shù)值模擬分析,使高聚物成型加工及模具設(shè)計(jì)建立在科學(xué)定量的基礎(chǔ)上,為優(yōu)化模具設(shè)計(jì)和控制產(chǎn)品成型過程以獲得高性能的高聚物制品提供科學(xué)依據(jù)和設(shè)計(jì)分析手段。臭水溝(站內(nèi)聯(lián)系TA)肯定用ASPEN軟件呀~~ 功能很強(qiáng)大,是專門模塊來模擬聚合過程模擬的!panpase(站內(nèi)聯(lián)系TA)擠出機(jī)內(nèi)的模擬有ansys和polyflow。
panpase(站內(nèi)聯(lián)系TA)模具里的模擬有moldflow、c-mold等。panpase(站內(nèi)聯(lián)系TA)這些模擬軟件大都基于經(jīng)典的擠出理論,做了很多假設(shè),得到的結(jié)果只能作為一種參照。
panpase(站內(nèi)聯(lián)系TA)我們國家在上世紀(jì)80年代,幾個(gè)高校聯(lián)合做了一個(gè)這方面的攻關(guān),結(jié)果以出書的方式失敗而告終,而后這幾個(gè)學(xué)校獨(dú)自研究,有了北化的caxa,華中的快速成型,鄭大的模擬。
(想不全了)panpase(站內(nèi)聯(lián)系TA)對(duì)了,少說了一個(gè)軟件,加拿大某公司出了一款注塑成型塑化過程模擬軟件,叫做:injection molding plastification。
國內(nèi)貌似就一兩個(gè)高校的課題組有。
本體聚合 苯乙烯連續(xù)本體聚合 有機(jī)玻璃間歇本體聚合 氯乙烯間歇本體沉聚合
乙烯高壓連續(xù)氣相本體聚合
溶液聚合 丙烯腈連續(xù)溶液聚合 醋酸乙烯脂溶液聚合 丙烯酸酯類溶液聚合
離子型溶液聚合 超臨界CO2中的溶液聚合
懸浮聚合 氯乙烯懸浮聚合 苯乙烯懸浮聚合 微懸浮聚合
乳液聚合 種子乳液聚合 核殼乳液聚合 無皂乳液聚合 微乳液聚合
反相乳液聚合 分散聚合
個(gè)人比較欣賞懸浮聚合~
一個(gè)大大的反應(yīng)釜~要可以散熱 可以攪拌 可以加料 可以出料~~~~~~
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