高分子成型加工工艺与设备

高分子成型加工工艺与设备课程介绍高分子化学：单体→聚合物（反应、反应速率）高分子物理：结构→性能（分子链运动、粘弹性、流变性）高分子加工：原料→材料、产品（转变方法、工艺参数）工艺、设备、模具高分子科学塑料产品塑料产品汽车防尘罩汽车密封条空气软管高压阻尼线挡泥板车灯橡胶件定义：将聚合物（有时加入各种添加剂、助剂或改性材料）转变为制品或实用材料的一种工程技术。基本任务：1.研究各种成型加工方法和技术；2.研究产品质量与各种因素之间的关系；因素包括：a.聚合物本身的性质；b.各种加工条件参数；c.设备和模具的结构尺寸；d.各种添加剂、助剂；3.研究提高产量和降低消耗的途径。高分子成型加工参考书：《高分子材料成型加工》周达飞轻工版《高分子材料加工原理》沈新元纺织出版社《聚合物成型工艺学》黄锐轻工版教材：《高分子材料成型加工原理》王贵恒化学工业出版社内容简介第一篇聚合物加工的理论基础16学时流变性质、聚合物流动第二篇塑料的成型加工24学时挤出、注射、压制、压延、吹塑等第三篇高分子复合材料成型12学时原料、成型设备、方法第四篇实践课4学时常用高分子及复合材料制品设计课程要求★闭卷考试，参考平时成绩（考勤、提问、作业、工艺设计）。★结合实验课、生产实践，加深认识理解。★理解聚合物加工的理论基础。★基本掌握聚合物材料的成型加工方法（以塑料为主）。绪论一、聚合物加工过程首先，使原材料产生变形或流动取得所需要的形状；然后，设法保持取得的形状（即硬化）。流动－硬化是加工过程的基本程序。聚合物可塑性状态流动与变形硬化定形制品方法方法工艺条件二、聚合物加工形式★聚合物熔体的加工—挤出、注射、压延、模压★类橡胶状聚合物的加工—吹塑、拉幅薄膜★聚合物溶液的加工—流涎薄膜、湿或干法纺丝★低分子聚合物或预聚物的加工—浇铸★聚合物悬浮体的加工—胶乳、搪塑★聚合物的机械加工—车、铣、刨三、成型加工方法分类根据聚合物在加工过程有否物理或化学变化，分为三类：1.主要发生物理变化的：热塑性聚合物的挤出、注射、压延等升温→流动→冷却→硬化2.只发生化学变化的：铸塑3.兼有物理和化学变化的：热固性聚合物的模压、注射、传递模塑等按阶段分一次成型挤出、注射二次成型吹塑、热成型二次加工（后加工）按操作方式连续成型管、棒等的生产间歇成型课后了解内容：高分子材料成型工业的发展我国的高分子材料工业第一篇聚合物加工的理论基础聚合物具有一些特有的加工性质，如可挤压性、可模塑性、可纺性和可延性，为聚合物提供了适于多种多样加工技术的可能性，也是聚合物得到广泛应用的重要原因。第一章材料的加工性质第一节聚合物材料的加工性一、聚合物的可挤压性★定义：聚合物通过挤压作用形变时获得形状和保持形状的能力。粘流态才能挤压变形，受到剪切作用。可挤压性与粘度、设备结构、压力有关。★衡量指标：熔融指数[MI]——给定剪切应力、定温下10分钟内聚合物从出料孔挤出的重量（克）。[MI]表征流动度的大小，是粘度的倒数。二、聚合物的可模塑性★定义：聚合物在温度和压力作用下形变和在模具中模制成型的能力。可模塑性取决于聚合物的流变性、热性质，模塑条件和模具的结构。★表征方法：螺旋流动试验dTHPdCHTPdCdL22三、聚合物的可纺性★定义：聚合物材料通过加工形成连续的固态纤维的能力。可纺性取决于熔体的粘度、强度以及热和化学稳定性。FvdL36max熔体细流的稳定性表示为：熔体强度与纺丝速度的稳定性和材料的内聚能密度有关。★衡量指标：能形成稳定细流，且有较高的熔体强度。四、聚合物的可延性★定义：无定型或半结晶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。长径比很大的产品，如纤维、薄膜。可延性来自大分子的长链结构和柔性。★衡量指标：塑性形变的能力和应变硬化形变能力与聚合物结构、温度有关，有冷拉伸和热拉伸。应变硬化与取向程度有关。第二节聚合物在加工过程中的粘弹行为一、聚合物的聚集态及其加工性聚合物可划分为玻璃态（结晶态）、高弹态和粘流态等聚集态。聚合物聚集态的多样性导致其成型加工的多样性。Tg玻璃化温度Tf粘流温度TD分解温度Tg玻璃态键长键角微小变化很小的普弹形变（与时间无关、可逆）只能进行车、铣、削、刨等机械加工Tg～Tf高弹态链段的形变和位移大的高弹形变（时间依赖性、可逆）可进行加压、弯曲、中空或真空成型Tf粘流态大分子链解缠和滑移粘性形变（时间依赖性、不可逆）常进行纺丝、注射、挤出、吹塑、贴合等成型加工二、聚合物的粘弹形变与加工条件的关系tteEEEVHE321221普弹形变E推迟高弹形变H粘性形变V1.与加工温度T的关系T↑η2↓η3↓γH↑γV↑，且γH增大趋势大于γV。当TTf（或Tm）时，以粘性形变为主，但不是纯粘性的，也表现一定的弹性。当TTf时，以高弹形变为主，粘性成分减小，有效形变值减小。2.与作用力、作用时间的关系当TTf时，σ↑t↑γV↑,可逆形变部分的转变为不可逆形变。塑性形变：固体聚合物在Tg~Tf范围，以较大的外力和较长的作用时间下产生的不可逆形变。其实质是高弹条件下大分子的强制性流动。★比较塑性形变和粘性形变的异同点。三、粘弹性形变的滞后效应★定义：在动态力作用下，聚合物分子链由于跟不上外力作用速度而造成的形变总是落后于应力作用速度的现象。★原因：由于聚合物的长链结构和大分子运动的逐步性，与应力相适应的任何形变不可能在瞬间完成，需要一个松弛过程。高弹性变的松弛时间：22*Et滞后效应在聚合物加工成型中是普遍存在的，影响制品的性能(变形、收缩、内应力)。★措施：在Tg~Tf范围对制品进行热处理。