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高分子材料成型加工原理主讲：匡唐清华东交通大学材料成型教研室2020/2/15高分子材料成型加工原理匡唐清返回第二篇塑料的成型加工第五章成型物料的配置第六章塑料的一次成型第七章塑料的二次成型高分子材料成型加工原理匡唐清返回第五章成型物料的配制第一节物料的组成和添加剂的作用第二节物料的混合和分散机理第三节配料工艺简介高分子材料成型加工原理匡唐清返回第一节物料的组成和添加剂的作用聚合物增塑剂防老剂填料润滑剂着色剂固化剂塑料高分子材料成型加工原理匡唐清返回聚合物聚合物粉(粒)状塑料中的主要组分．赋予制品必要的物理机械性能；具有可塑性；有热固性和热塑性之分。聚合物或树脂本身的性能，对加工性能和产品性能影响很大；聚合物(树脂)品种不同，生产方法不同，牌号不同，批号不同，加工性能和用途都有差异。高分子材料成型加工原理匡唐清返回聚合物分子量的影响高分子材料成型加工原理匡唐清返回聚合物分子量分布的影响分子量分布直接影响制品的性能随分子量分布增宽，材料大多数力学性能、热性能降低；分子量分布也影响配料过程和材料加工性能。由于分子量不同的聚合物，对温度有不同的敏感性，对增塑剂或其它液体添加剂，显示出不同的溶胀和吸收能力，因而在配料和成型过程中会表现出不同的行为。通常要求聚合物的分子量发布不能过大分子量分布一般用重均分子量Mw与数均分子量Mn的比值Mw／Mn表示，比值≤5时分布窄，5时分布宽。高分子材料成型加工原理匡唐清返回聚合物补充重均分子量：指对高分子聚合物中不同分子量进行个数和重量加权平均后得到的聚合物分子量的表征值。如由10个分子量为100和5个分子量为1000的混合物的重均分子量为：[（10*100）*100+（5*1000）*1000]/[（10*100）+（5*1000）]=850数均分子量：又称加权算术平均分子量，是指对高分子聚合物中不同分子量的个数进行加权平均后得到的聚合物分子量的表征值。如由10个分子量为100和5个分子量为1000的混合物的数均分子量为：(10*100+5*1000)/(10+5)=400高分子材料成型加工原理匡唐清返回聚合物颗粒结构的影响颗粒表面与结构颗粒表面毛糙、不规则断面结构疏松、多孔颗粒表面光滑，规则断面结构实心、无孔增塑剂的吸收易吸收不易吸收配料所需温度较低时间较短所需温度高时间较长影响生产效率高分子材料成型加工原理匡唐清返回聚合物粒度的影响影响混合均匀性聚合物粒度增大，更不易混合均匀（颗粒数和总表面积减小，与其它添加剂接触机会少）。影响塑化相同的辊压时间内，颗粒大者不易塑化或塑化不完全影响计量与操作环境过细粒子易造成粉尘飞扬和容积计量的困难水分及挥发物含量、结晶度、密度等的影响对粉(粒)料的配制和制品性能有着较大影响，应很好的加以控制高分子材料成型加工原理匡唐清返回增塑剂概念作用作用机理性质要求选用原则使用现状高分子材料成型加工原理匡唐清返回增塑剂增塑剂增塑剂是指增加塑料的可塑性，改善在成型加工时树脂的流动性，并使制品具有柔韧性的有机物质。它通常是一些高沸、难以挥发的粘稠液体或低熔点的固体，一般不与塑料发生化学反应。高分子材料成型加工原理匡唐清返回增塑剂作用使塑料粘度减小，流动性增加，改善在成型加工时树脂的可塑性。降低塑料的玻璃转化温度、熔点、软化温度或流动温度，使硬而刚性的塑料变得软且柔韧，增加耐寒性。降低了塑料的抗张强度、硬度、模量等，提高了塑料的伸长率和抗冲击性能。高分子材料成型加工原理匡唐清返回增塑剂作用机理外增塑（物理增塑）通过低分子填充阻隔或极性消耗作用降低大分子间的作用力。有：非极性增塑剂（填充阻隔）极性增塑剂（极性消耗）内增塑（化学增塑）用化学方法，在分子链上引入其它取代基，或在分子链上或分子链中引入短的链段，从而降低了大分子间的吸引力．也可达到使刚性分子链变软和易于活动的目的。高分子材料成型加工原理匡唐清返回增塑剂作用机理非极性增塑剂通过聚合物-增塑剂间的溶剂化作用，增大分子间距离，从而削弱它们之间的作用力。Tg降低的数值与增塑剂的用量成正比。由于增塑剂是小分子，其活动比大分子容易，分子链在其中作热运动也较容易，故聚合物的粘度降低，柔韧性等增加。高分子材料成型加工原理匡唐清返回增塑剂作用机理非极性增塑剂高分子材料成型加工原理匡唐清返回增塑剂作用机理极性增塑剂增塑剂的极性基团与聚合物分子的极性基团相互作用，代替了聚合物极性分子间的作用(减少了联结点)，从而削弱了分子间的作用力；增塑效率与增塑剂的克分子数成正比，而不是与其用量成正比。Tg降低的数值直接与增塑剂的克分子数n成正比；高分子材料成型加工原理匡唐清返回增塑剂作用机理极性增塑剂高分子材料成型加工原理匡唐清返回增塑剂性质要求首先要与树脂具有良好的相容性，相容性越好，其增塑效果也越好。（增塑过程可看作是聚合物和低分子物互相“溶解”的过程，但增塑剂要求长期留在聚合物中，不能挥发）一般还要求增塑剂无色、无毒、无臭、耐光、耐热、耐寒、挥发性和迁移性小，不燃且化学稳定性好，廉价易得。实际上，一种增塑剂不可能满足以上的所有要求。生产上常根据需要使用混合增塑剂。高分子材料成型加工原理匡唐清返回增塑剂选用原则按需使用不是每种塑料都需加入增塑剂聚酰胺，聚苯乙烯，聚乙烯和聚丙烯等不需增塑硝酸纤维索、醋酸纤维素、聚氧乙烯等用常需增塑．不同的聚合物使用不同的增塑剂硝化纤维素常以樟脑作增塑剂；醋酸纤维素常以苯二甲酸的甲醋和乙醇为增塑剂搭配使用各种增塑剂的性能不一样，为了取长补短，混合使用。为降低成本和解决主增塑剂供不应求以及弥补其某些缺陷等．常采用辅助增塑剂、增量剂适量使用过多，则会在成型和使用过程中慢慢离析出来，影响产品性能高分子材料成型加工原理匡唐清返回增塑剂使用现状：在所有塑料助剂中用量最大。我国总产能约为100万吨，增塑剂以综合性能佳、价格优的邻苯二甲酸酯为主，世界四大生产和消费国家和地区——美国、西欧、日本、中国的消费量占70％～90％。常用的增塑剂有邻苯二甲酸二丁酯（DBP），邻苯二甲酸二辛酯（DOP），环氧大豆油，磷酸三甲苯酯，磷酸三苯酯，癸二酸二辛酯，氯化石蜡等。使用增塑剂最多的是聚氯乙烯（PVC），主要以邻苯二甲酸酯类、己二酸和癸二酸的二辛酯类，以及磷酸酯类等为增塑剂。添加了增塑剂的PVC的主要应用领域为电线、电缆、地板及墙壁贴面、建材、汽车及包装材料。通常是在一定温度下用强制性的机械混合法分散在聚合物中高分子材料成型加工原理匡唐清返回防老剂防老剂：为防止或抑制聚合物在成型加工过程或长期使用和贮存过程中所发生的降解或交联，保证聚合物性能长期的稳定、延长制品使用寿命而加入的物质称防老剂；它主要包括稳定剂、抗氧剂、光稳定剂等。主要作用有抑制聚合物的降解作用（稳定剂）抑制聚合物的氧化作用（抗氧剂）抑制聚合物的光降解作用（光稳定剂）消除聚合物杂质的催化作用（整合剂）消除生物和微生物的侵蚀作用（驱避剂）高分子材料成型加工原理匡唐清返回防老剂抑制聚合物的降解作用（稳定剂）去除聚合物原来的或发生降解后产生的活性中心，以抑制聚合物的进一步降解。稳定剂还能以稳定的化学基团置换分子中不稳定的原子，增加分子的稳定性，抑制其降解稳定剂及其分解物能对双键起加成作用，防止聚合物继续降解及颜色改变。高分子材料成型加工原理匡唐清返回防老剂抑制聚合物的氧化作用（抗氧剂）许多聚合物如聚烯烃、聚苯乙烯、聚甲醛、聚氯乙烯、聚苯醚、ABS树脂等，制造和使用过程中都会因氧化而加速降解，从而使其性能变坏；为此，加入抗氧剂代替易受氧化分解的聚合物与氧反应，防止或推迟聚合物在正常或较高温度下的氧化过程。高分子材料成型加工原理匡唐清返回防老剂抑制聚合物的光降解作用（光稳定剂）能吸收光和射线或移出聚合物吸收的光能，放出没有破坏性的光能(长波的)或热能，从而防止了聚合物的老化降解．目前常用的光稳定剂有四类，即紫外线吸收剂、淬灭剂、先驱型紫外线吸收剂、光屏蔽剂高分子材料成型加工原理匡唐清返回防老剂消除聚合物杂质的催化作用（整合剂）在工业生产中，对聚合物降解具有催化作用的主要物质是金属离子，催化作用的强弱随重金属离子的性质而异，消除这些重金属离子催化作用的方法是加入适量的整合剂。一般认为这类物质与重金属盐形成了络合物，消除了重金属离子的催化作用。消除生物和微生物的侵蚀作用（驱避剂）高分子材料成型加工原理匡唐清返回防老剂防老剂的选用与用量：选用时，主要应考虑成型加工和制品使用过程的稳定性，光稳定性、相溶性、透明性、耐水性，耐油性、化学稳定性、毒性等；目前还未发现同时完全具有上述作用及条件齐全的防老剂。应视具体情况(目的、加工条件等)加以合理选择；如果用二种防老剂的效果比单独一种要强得多时(协同效应)，可使用二种防老剂。如果所含的两种防老剂出现彼此削弱效果(对抗效应)时，则不应同时采用。防老剂的用量一般为聚合物0.3％一0.5％，少数大于2％或更高的。高分子材料成型加工原理匡唐清返回填料目的：为了改善塑料的成型加工性能，提高制品的某些技术指标，赋予塑料制品某些新的性能，或为了降低成本和聚合物单耗而加入分类：按来源分：有机填料和无机填料；按形式分：粉状、纤维状和片状填料。粉状填料常用木粉、石棉粉、滑石粉、陶土、硅藻土、云母粉、石墨粉、炭黑粉；纤维状填料常用石棉、玻璃纤维等；片状填料常用纸、棉布、玻璃布、玻璃毡(或带)等。用量：用量超过一定范围时会使塑料的强度降低；填料的用量通常为塑料组成的40％以下。高分子材料成型加工原理匡唐清返回填料粉状填料作用机理与影响：填料与聚合物之间存有次价力，紧密结合（目前已采用偶联剂来增加塑料与填料间的结合）熔于一体，改变了聚合物分子的构象平衡和松弛时间；降低了聚合物的结晶倾向和溶解度，同时常会使聚合物熔体粘度增大、聚合物的Tg和硬度变化等。有的填料能显著改善塑料的耐磨性和自润滑性；增强塑料抗老化能力，降低塑料的线膨胀系数和制品成型收缩率，提高塑料的耐热性能和阻燃性以及强度，使塑料能在较宽温度下工作；制品中同时体现出填料的部分性能，使塑料的性能更加多样化，扩大塑料的应用范围。纤维和片状填料能在较大的范围内提高塑料的强度高分子材料成型加工原理匡唐清返回润滑剂润滑剂：为改进塑料熔体的流动性能，减少或避免对设备的粘附，最终提高制品表面光洁度，提高制品表观质量等而加到塑料中的一类添加剂；按作用机理分为内润滑剂外润滑剂脱模剂：为了避免对塑料金属设备的粘附和便于脱模，而在成型时涂于与塑料接触的模具表面的物质。用量适量，通常小于l％；过多，易由成型表面析出(常称起霜)，从而影响外观等；用量过少不足以起润滑作用；高分子材料成型加工原理匡唐清返回润滑剂润滑剂分类：内润滑剂外润滑剂相溶性与聚合物相溶性的较大与聚合物的相溶性很小作用机理减少聚合物分子间的内聚能，降低其熔体粘度，从而削弱聚合物间的内摩擦，改进塑料熔体的流动性能易从内部析至表面而粘附于设备的接触表面(或涂于设备的表面上)，形成一润滑剂层，降低了熔体和接触表面间的摩擦，防止塑料熔体对设备的粘接种类硬脂酸及其盐类、硬脂酸丁酯、硬脂酰胺，油酰胺等硬脂酸、石蜡、矿物油及硅油等“内润滑”与“外润滑”是相对的，取决于润滑剂与聚合物之间的相溶性；大多既有外润滑性质，又有内润滑性质，仅少数具有单一性质。高分子材料成型加工原理匡唐清返回润滑剂润滑剂加入的影响：能降低聚合物的流动温度，增加其流动性；过多的加入，在高的剪切作用条件下会缩短聚合物在设备中的停留时间，以致产生不均匀熔融物料，同时对材料的玻璃化温度、热变形温度、机械强度和伸长率等都会有影响；所以使用润滑剂时应先研究其对熔化的影响，然后再考虑它们的润滑性能。高分子材料成型加工原理匡唐清返回着色剂着色剂是为使制品获得各种鲜艳夺目的颜色，增进美观而加入的一种物质；着色剂常为油溶性的有机染料和无