1.4 聚合物的加工性

1.4.1 聚合物加工流程

为什么聚合物的发展如此之快？用量如此巨大？一个重要的因素就是聚合物的易加工性。相比钢铁、水泥等材料的加工来讲，聚合物的加工要容易得多，而且耗能少，批量大，可加工成各种形状的精密部件，总体来讲，聚合物的加工成本最低。

塑料的成型加工通常是使固体状态（粉状或粒状）、糊状或溶液状态的高分子化合物熔融或变形，经过模具形成所需的形状，并保持其已经取得的形状，最终得到制品的工艺过程，其流程如图1-5所示。

在图1-5中，流程A和B采用粒料等混合料经一次加工或一次、二次加工并用于生产制品，这两种流程占制品生产的90%以上。流程C和D是以单体或低聚物生产制品的特种成型方法，如反应挤出（REX）、反应注射（RIM）、单体浇铸（MC）等。

对一个特定的塑料来说，其成型加工性能是极为重要的特性。高分子化合物在成型加工过程中所表现出来的性质和行为主要是由其本身决定的。所谓成型加工性能是指可挤压性、可模塑性、可延展性和可纺性等。

1.4.2 聚合物的可挤压性

聚合物的可挤压性是指聚合物通过挤压作用形变时获得形状和保持形状的能力。MI（熔体流动速率，熔融指数）的测定是判断聚烯烃等多数聚合物可挤压性的一种简单、实用的方法，如图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温度和压力作用下形变并在模具中成型的能力。除了测定聚合物的流变性能之外，判断聚合物可模塑性的最常用的方法就是螺旋流动试验，如图1-7所示，可模塑的最佳区域如图1-8所示。

1.4.4 聚合物的可纺性

可纺性是指聚合物材料通过加工形成连续的细的固态纤维的能力。它主要取决于塑料的流变性质、熔体黏度、熔体强度等。首先要满足熔体从喷丝板毛细孔流出后能形成稳定细流，这通常与熔体从喷丝板的流出速度υ、熔体黏度η和表面张力γp等有关，在很多情况下，形成熔体细流稳定性可简单表示为：

式中，Lmax为熔体细流最大稳定长度；d为喷丝板毛细孔直径。

可以看出，增大纺丝速度（相应于熔体细流直径减小）有利于提高细流的稳定性。由于聚合物的熔体黏度较大（一般在103Pa·s左右），表面张力较小（一般约0.025 N/m），故η/γp很大，这是聚合物具有可纺性的重要条件。纺丝过程由于拉伸和冷却的作用都使熔体黏度增大，也有利于提高纺丝细流的稳定性。具有可纺性的聚合物必须具有高的熔体强度，对于大多数聚合物，熔体强度随熔体黏度增大而增大，但其本质是与材料的凝聚能密度有关。

1.4.5 聚合物的可延性

可延性是指无定型或半结晶固体聚合物在一个或两个方向上受到压延或拉伸时变形的能力。聚合物材料的可延性可在小型拉伸试验机上进行，其拉伸曲线如图1-9所示。

线性聚合物的可延性来自于大分子的长链结构及其柔性。当塑料材料在Tg～Tm（Tf）温度区间受到大于屈服强度的压力作用时，就产生宏观的塑性延伸形变，在形变过程中，在拉伸的同时变细、变薄或变窄。如图1-9所示，直线O-a段说明材料初期的形变为普弹形变，扬氏模量高，延伸形变值很小。ab处的弯曲说明材料抵抗形变能力开始下降，形变加大，由普弹形变开始转为高弹形变。b称为屈服点，对应于b 点的应力称为屈服应力或屈服强度，从b点开始，形变迅速加大，形变的性质也由弹性形变转变为以大分子链的解缠结和滑移为主的塑性形变，并出现“细颈”现象，就是材料的截面形状突然变细，这是一个很短的过程（b点到c点），是由于材料在外力作用下将外力转换为热能，从而使材料温度升高，致使形变突然加速，出现“细颈”。在“细颈”前材料是未拉伸的，而在“细颈”后材料是拉伸的（cd段），因此使材料的强度升高，最后断裂（e 点），此时的应力称为断裂应力或断裂强度，对应的应变称为断裂伸长率。