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塑料的应力松弛和热性能

2017-01-18 12:44:33

由玻璃态转变为高弹态的温度称为玻璃化转变温度。对结晶聚合物而言,由于实际上也存在一些无定形区,因此也有玻璃化转变温度,所不不同的是,他不存在明显的高弹态,它的链段运动较多受晶体结构的束缚,分子间作用力比较大。只有当塑料加工温度升高,达到晶体熔化温度,且晶体全部熔化才实现了相转变。
 
塑料的应力松弛在一些实际应用中应予以足够重视,例如塑料件压力装配和搭扣配合设计时在需要用螺旋对塑料件连接或紧固时,以及在垫片、旋盖、密封件之类的应用设计时,都需要取得有关的应力松弛数据。应力松弛数据可从材料供应商那里取得。使用这些数据,应注意使用时的应变值、温度和时间条件,应和数据的提供条件近乎一致。如果无法取得有关数据,就需要通过试验,即通过对试样施加一定的应变,在测量应力随时间增长而逐渐降低的值。根据使用情况,可采用拉伸应力、压缩应力、剪切应力和弯曲应力。
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粘流态是聚合物加工成型,通过模具获取所需形状的最佳状态。但是,在粘流台继续升高温度,分子运动进一步加剧,会造成链的断裂,化学结构破坏,此时的温度称为分解温度。无定形聚合物在粘流态过程中经历的三种状态,即玻璃态、高弹态和粘流态,以玻璃态最具实用意义,因为塑料通常是在玻璃态下使用的。
 
 
塑料在实际使用过程中的应力松弛行为比较复杂,因为通常情况下,不是单一表现出应力松弛行为,而是总会伴随有蠕变现象,如在垫片使用中,虽然主要表现为应力松弛,但蠕变也在发生。同蠕变一样,应力松弛也涉及到分子内部的重新排列,因此,应力松弛对温度是比较敏感的。
 
在塑料组分中添加刚性填料或用纤维增强,也有利于改进刚性,降低应力松弛的速度,此外应力的类型及部件的几何形状,对塑料的应力松弛行为也有很大的影响。一种材料能否适应工作环境的温度变化,主要取决于其热性能。塑料材料的热性能有其区别于其他材料的一些特殊性。
 
通常使用热机械曲线,即温度与材料力学性能的对应变化来研究塑料的热性为。在较低的温度下,在外力作用下形变很小,此时成为玻璃态,温度升高,链段活动逐渐加强,对无定形聚合物而言,进入了高弹态,其特征是聚合物在外力作用下有较大的形变,温度继续升高,聚合物逐渐软化,熔融呈流动状态,此时称为粘流态。
 
塑料的蠕变行为,描述的是一定时间范围内,塑料制品承受恒定外力作用的特性,而应力松弛描述的是塑料加工制品维持恒定应变所需要的应力随时间延长而慢慢松弛的现象。应力松弛和蠕变是塑料材料同一本质所反映出来的不同类型的力学行为,即依从的都是高分子材料所特有的粘弹性机理。
 
塑料材料对热比较敏感,材料的性能对温度变化有很大的依赖性,塑料的耐热性非常有限,通用塑料超过200℃就会软化直至熔融,这在许多场合限制了它的应用,塑料导热性比较低,不容易与外界进行充分的热交换,这既有有利的一面,塑料有较高的热膨胀性,在温度变化较大的情况下控制尺寸稳定性显得比较困难,最后,大部分塑料容易燃烧,并引发火灾。
 
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