1.4 聚合物的加工性

1.4.1 聚合物加工流程

為什么聚合物的發展如此之快？用量如此巨大？一個重要的因素就是聚合物的易加工性。相比鋼鐵、水泥等材料的加工來講，聚合物的加工要容易得多，而且耗能少，批量大，可加工成各種形狀的精密部件，總體來講，聚合物的加工成本最低。

塑料的成型加工通常是使固體狀態（粉狀或粒狀）、糊狀或溶液狀態的高分子化合物熔融或變形，經過模具形成所需的形狀，并保持其已經取得的形狀，最終得到制品的工藝過程，其流程如圖1-5所示。

在圖1-5中，流程A和B采用粒料等混合料經一次加工或一次、二次加工并用于生產制品，這兩種流程占制品生產的90%以上。流程C和D是以單體或低聚物生產制品的特種成型方法，如反應擠出（REX）、反應注射（RIM）、單體澆鑄（MC）等。

對一個特定的塑料來說，其成型加工性能是極為重要的特性。高分子化合物在成型加工過程中所表現出來的性質和行為主要是由其本身決定的。所謂成型加工性能是指可擠壓性、可模塑性、可延展性和可紡性等。

1.4.2 聚合物的可擠壓性

聚合物的可擠壓性是指聚合物通過擠壓作用形變時獲得形狀和保持形狀的能力。MI（熔體流動速率，熔融指數）的測定是判斷聚烯烴等多數聚合物可擠壓性的一種簡單、實用的方法，如圖1-6所示。

1.4.3 聚合物的可模塑性

聚合物的可模塑性是指材料在溫度和壓力作用下形變并在模具中成型的能力。除了測定聚合物的流變性能之外，判斷聚合物可模塑性的最常用的方法就是螺旋流動試驗，如圖1-7所示，可模塑的最佳區域如圖1-8所示。

1.4.4 聚合物的可紡性

可紡性是指聚合物材料通過加工形成連續的細的固態纖維的能力。它主要取決于塑料的流變性質、熔體黏度、熔體強度等。首先要滿足熔體從噴絲板毛細孔流出后能形成穩定細流，這通常與熔體從噴絲板的流出速度υ、熔體黏度η和表面張力γp等有關，在很多情況下，形成熔體細流穩定性可簡單表示為：

式中，Lmax為熔體細流最大穩定長度；d為噴絲板毛細孔直徑。

可以看出，增大紡絲速度（相應于熔體細流直徑減?。┯欣谔岣呒毩鞯姆€定性。由于聚合物的熔體黏度較大（一般在103Pa·s左右），表面張力較?。ㄒ话慵s0.025 N/m），故η/γp很大，這是聚合物具有可紡性的重要條件。紡絲過程由于拉伸和冷卻的作用都使熔體黏度增大，也有利于提高紡絲細流的穩定性。具有可紡性的聚合物必須具有高的熔體強度，對于大多數聚合物，熔體強度隨熔體黏度增大而增大，但其本質是與材料的凝聚能密度有關。

1.4.5 聚合物的可延性

可延性是指無定型或半結晶固體聚合物在一個或兩個方向上受到壓延或拉伸時變形的能力。聚合物材料的可延性可在小型拉伸試驗機上進行，其拉伸曲線如圖1-9所示。

線性聚合物的可延性來自于大分子的長鏈結構及其柔性。當塑料材料在Tg～Tm（Tf）溫度區間受到大于屈服強度的壓力作用時，就產生宏觀的塑性延伸形變，在形變過程中，在拉伸的同時變細、變薄或變窄。如圖1-9所示，直線O-a段說明材料初期的形變為普彈形變，揚氏模量高，延伸形變值很小。ab處的彎曲說明材料抵抗形變能力開始下降，形變加大，由普彈形變開始轉為高彈形變。b稱為屈服點，對應于b 點的應力稱為屈服應力或屈服強度，從b點開始，形變迅速加大，形變的性質也由彈性形變轉變為以大分子鏈的解纏結和滑移為主的塑性形變，并出現“細頸”現象，就是材料的截面形狀突然變細，這是一個很短的過程（b點到c點），是由于材料在外力作用下將外力轉換為熱能，從而使材料溫度升高，致使形變突然加速，出現“細頸”。在“細頸”前材料是未拉伸的，而在“細頸”后材料是拉伸的（cd段），因此使材料的強度升高，最后斷裂（e 點），此時的應力稱為斷裂應力或斷裂強度，對應的應變稱為斷裂伸長率。