搜索
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课程说明平时成绩＋期末作业考核方式48h学时数材料成型专业的专业基础课程课程性质《高分子材料成型加工原理》王贵恒主编化学工业出版社教材高分子材料及成型加工原理课程名称平时成绩＋期末作业考核方式48h学时数材料成型专业的专业基础课程课程性质《高分子材料成型加工原理》王贵恒主编化学工业出版社教材高分子材料及成型加工原理课程名称高分子材料成型加工原理匡唐清返回主要内容绪论第一篇聚合物加工的理论基础第二篇塑料的成型加工第三篇橡胶加工第四篇合成纤维的纺丝及加工第五篇高分子复合材料及共混物的加工成型高分子材料成型加工原理匡唐清返回第七章塑料的二次成型第一节二次成型的粘弹性原理第二节中空吹塑成型第三节热成型第四节拉幅薄膜的成型第五节冷成型高分子材料成型加工原理匡唐清返回第一节二次成型的粘弹性原理二次成型聚合物--类橡胶状---------不可逆形变无定形聚合物的类橡胶状Tg-Tf，取接近Tg部分结晶的聚合物的类橡胶状Tm以下，接近Tm△较大外力作用高分子材料成型加工原理匡唐清返回第一节二次成型的粘弹性原理二次成型在类橡胶状时聚合物表现出粘性和弹性适用于Tg比室温高得多的热塑性聚合物成型原理类橡胶状时形变、接近室温下冷却，冻结形变并定型高分子材料成型加工原理匡唐清返回第二节中空吹塑成型中空吹塑成型常用塑料聚乙烯PE、聚氯乙烯PVC、聚丙烯PP、聚苯乙烯PS、聚酰胺、纤维素、聚碳酸酯PC等工艺分类挤出-吹塑注射-吹塑双向拉伸-吹塑管坯/型坯挤塑/注塑压力气体模具类橡胶状中空制件高分子材料成型加工原理匡唐清返回第二节中空吹塑成型吹塑工艺挤出-吹塑管坯生产效率高，温度均匀，熔接缝少；制品强度高；设备简单，投资少；对制品形状、大小、壁厚允许范围大，适用性广。工业生产应用较多。注射-吹塑制品无飞边、口部无需修整；制品尺寸和壁厚精度较高，无需切断操作；型坯需重新加热，增大了能耗。油罐吹塑大瓶吹塑高分子材料成型加工原理匡唐清返回第二节中空吹塑成型吹塑工艺双向拉伸吹塑——注-拉-吹特点：制品物理机械性能得到改善；对型坯的冷却、尺寸精度、加热温度控制、容器底部融合、端部修整等要求较高，多采用注射法生产。高分子材料成型加工原理匡唐清返回第二节中空吹塑成型工艺过程影响因素型坯温度使成型粘度保证型坯吹胀前的移动，并保持一定形状，型坯具有较好的表面质量和均匀度。一般控制在Tg-Tf间，并偏向Tf。吹气压力和充气速度低压：低粘度、易变形塑料，厚壁、小容积；高压：高粘度、高模量，薄壁、大容积；压力大小以能获得清晰外形、花纹、文字为宜；充气速度大些，可缩短吹胀时间，利于获得均匀厚度和较好表面，但不宜过大。高分子材料成型加工原理匡唐清返回第二节中空吹塑成型工艺过程影响因素吹胀比吹胀比大，省料，壁薄，成型困难，强度刚度低；吹胀比小，耗料，壁厚，冷却时间长，成本高。一般2-4倍，根据材料性质，制件型坯形状尺寸等定模温和冷却时间模温过低、冷却过早，形变困难，轮廓模糊；模温过高、冷却过慢，周期变长；Tg高，模温可高，否则尽可能降低模温；冷却时间可占成型周期1/3-2/3，冷却充分，防止弹性回复而形变，具体视塑料品种和制品形状与壁厚而定。高分子材料成型加工原理匡唐清返回第三节热成型热成型特点：制品壁厚不大，表面积很大，半壳形，深度有一定限制生产效率高，方法简单，设备投资少，能成型大面积制品；原材成本高，制品后加工工序多材料：聚甲基丙烯酸甲酯、聚氯乙烯、聚乙烯、ABS及热塑性共聚物等片材挤/压延/浇注模具热压作用下贴合制件高分子材料成型加工原理匡唐清返回第三节热成型热成型工艺真空成型压力成型高分子材料成型加工原理匡唐清返回第三节热成型热成型工艺柱塞辅助成型排气成型对膜成型高分子材料成型加工原理匡唐清返回第三节热成型热成型的影响因素成型温度使材料既有较大伸长率，又要保证一定的抗张强度；既要缩短冷却时间、节省热耗，又要保证制件轮廓的清晰度和尺寸稳定性；由于存在工序周转间隙，加热时尽可能采用较高温度(分解温度以下)。成型速度成型温度低，应慢速成型，但不宜过慢，否则因冷却成型困难且周期长适当提高加热温度的同时快速成型高分子材料成型加工原理匡唐清返回第三节热成型热成型的影响因素成型压力成型压力随聚合物品种、片材厚度和成型温度而变化。分子刚性大、分子量高、存在极性基团的聚合物需较高成型压力。可成型性伸长率对温度敏感的材料(如PS,PE)适合较大压力缓慢成型，且在加热箱中加热模具中成型；伸长率对温度不敏感的材料（如PVC,PMMA）适合较小压力快速成型，夹持在模具中移动加热器加热；高分子材料成型加工原理匡唐清返回第四节拉幅薄膜的成型拉幅薄膜的成型特点（相对未拉伸薄膜）强度增至3-5倍，透明度和表面光泽好，对气体和水汽的渗透性降低，制品使用价值提高；厚度减少，面积增大，成本降低；耐热耐寒性改善，使用范围扩大。材料主要有聚对苯二甲酸乙二醇（PET）、聚丙烯、聚苯乙烯、聚氯乙烯、聚偏氯乙烯、聚乙烯、聚酰胺、聚乙烯醇等厚片/管坯（挤出）加热到Tg-Tm薄膜大幅度拉伸高分子材料成型加工原理匡唐清返回第四节拉幅薄膜的成型拉幅薄膜取向原理与方法薄膜拉伸取向平膜法管膜法单向拉伸双向拉伸逐向拉伸同时拉伸泡管法平板式拉伸法双向同时拉伸管膜法由于产品质量较差，多用来生产热收缩膜；平膜法薄膜质量较好，其中逐向拉伸平膜法应用最广，主要用来生产高强度薄膜。高分子材料成型加工原理匡唐清返回第四节拉幅薄膜的成型拉幅薄膜成型工艺要求：生产过程中形成适度结晶与取向结构。无定型聚合物结晶聚合物厚片/管坯（非晶）加热到Tg以上薄膜恒温/温梯拉伸张紧轮上热处理冷却拉幅薄膜结晶聚合物加热到Tm以上厚片挤出骤冷Tg下骤冷到Tg以下最大结晶速率温度（0.85Tm）短时热处理冷却拉幅薄膜加热到稍高于Tg快速拉伸薄膜Tg-Tf间热处理，只允许大分子链段松弛，保留其他取向形成均匀分布的微晶结构高强度、尺寸稳定、热收缩小、透明性好热收缩小消除结晶结构，利于后续均匀取向抑制结晶抑制解取向高分子材料成型加工原理匡唐清返回第四节拉幅薄膜的成型拉幅薄膜成型工艺平膜法逐向拉伸薄膜成型高分子材料成型加工原理匡唐清返回第四节拉幅薄膜的成型拉幅薄膜成型工艺管膜法拉幅薄膜的成型管坯成型拉伸热定型采用红外加热；薄膜厚度公差大；主要用于聚酯、聚苯乙烯、聚偏氯乙烯等高分子材料成型加工原理匡唐清返回第四节拉幅薄膜的成型拉幅薄膜成型影响因素拉伸温度升温会加快取向/解取向，取向温度控制在Tg-Tf间，取向后快冷拉伸速度由于松弛的滞后，拉伸速度大，延伸率和取向度减小拉伸倍数取向度随拉伸倍数而增加。为得到各方向均衡的性能，纵横拉伸多在3-4倍范围内热定型条件稳定取向。热定型温度无定型聚合物在Tg附近，结晶聚合物为最大结晶速率温度，形成微晶结构。在连续张紧的条件下进行。高分子材料成型加工原理匡唐清返回第四节拉幅薄膜的成型拉幅薄膜成型影响因素拉伸速度与拉伸倍数一定，拉伸温度（稍高于Tg）越低，取向度越高；在拉伸温度与拉伸速度一定，拉伸倍数越大，取向度越高；冷却速度越快，有效取向度越高；拉伸温度与拉伸倍数一定，拉伸速度越大取向度越大；拉伸温度升高，拉伸速度会加快，有效冷却时有效取向度提高。高分子材料成型加工原理匡唐清返回第五节冷成型冷成型源于金属加工方法，塑料在常温下（或Tg以下，玻璃态）成型特点：优点：无高温降解的危险；取向迅速；生产程序大简，周期大减；成本降低；可加工非常高分子量聚合物；无流动缺陷；缺点：制品尺寸形状和精密度差；分子取向明显，强度各向异性。工艺：锻造、橡皮垫成型、液压成型、冲压成型、滚轧成型高分子材料成型加工原理匡唐清返回第三篇橡胶加工橡胶加工生胶塑炼胶配合剂塑炼混炼成型硫化橡胶制品天然胶合成胶高分子材料成型加工原理匡唐清返回第三篇橡胶加工生胶塑炼胶混炼胶配合剂开炼机开炼机平板硫化机胶片标准拉伸试样高分子材料成型加工原理匡唐清返回第三篇橡胶加工第八章胶料的组成及配合第九章胶料的加工第十章硫化附：常见缺陷及纠正措施高分子材料成型加工原理匡唐清返回第八章胶料的组成及配合第一节橡胶第二节配合剂第三节配方设计基本概念生胶增塑剂防老剂填充剂硫化剂硫化促进剂橡胶配方高分子材料成型加工原理匡唐清返回第一节橡胶通俗定义橡胶是一种高弹性的高分子化合物（分子量一般在10万以上）,因而具有其它材料所没有的高弹性.因而也称为弹性体.橡胶的起源由热带美洲天然的哭泪树的乳液晒干凝固而成.发展硫化法的发明.具有较高的强度、韧性、良好的弹性和化学稳定性等高分子材料成型加工原理匡唐清返回第一节橡胶天然胶顾名思义,是由天然或人工种植的橡胶树经过割胶,过滤清洗.干燥等工序加工而成.天然橡胶的化学组成是聚异戊二烯：特点：无一定熔点，加热后逐渐软化；容易进行加成、取代、氧化、交联等化学反应；弹性卓越，具有较高的机械强度；耐屈挠性、透气性、电性能都较合成橡胶好；高分子材料成型加工原理匡唐清返回第一节橡胶合成胶将石油进行高温分解,再化学合成通用橡胶：满足一般要求，制造轮胎及其他常用橡胶制品如丁苯橡胶、顺丁橡胶、氯丁橡胶等。特种橡胶：能满足特殊要求，制造特定条件下使用的橡胶制品如耐热和耐酸碱的氟橡胶、耐高温和耐严寒的硅橡胶等某些性能强于天然胶，但综合性能不及天然胶硅橡胶高分子材料成型加工原理匡唐清返回第一节橡胶合成胶丁苯胶(SBR)丁二烯\苯乙烯最早合成出的橡胶.弹性比NR稍差,耐磨和耐老化比NR好,主要用于鞋底及轮胎等.异戊胶(IR)异戊二烯.因为结构与NR一样,所以也称为人造天然胶.性质与NR类似.顺丁胶(BR)丁二烯.其弹性和耐低温性是通用胶中最好的,用于轮胎,跳跳球等.高分子材料成型加工原理匡唐清返回第一节橡胶合成胶三元乙丙胶(EPDM)乙烯\丙烯\第三单体.综合性能优良,用途广泛.硅胶(SR或Q)使用温度范围最广,-120---+250℃,毒性最低.氟胶(FKM或FPM)防火.耐油.耐溶剂是所有胶中最好的.聚氨酯(PU):耐磨最好.其它:PS.ACM.ECO.CPE.CSM等等高分子材料成型加工原理匡唐清返回第二节配合剂硫化剂作用：使橡胶由线性长链分子转变为网状大分子（硫化）种类：硫磺（应用最广）：用量：在软质胶中1-4份、半硬质胶10份、硬质胶30-50份溶解度：随温度增加而增加。溶解度降低而析出（喷硫），应尽可能低温短时混炼，使硫在胶料中均匀分散。过氧化物（硅橡胶）金属氧化物等高分子材料成型加工原理匡唐清返回第二节配合剂硫化促进剂作用：促进橡胶的硫化，降低硫化所需温度，缩短硫化时间，改善硫化胶的物理机械性能。种类：有机类（如：促进剂M,DM,TMTD,TT等）基本要求：较高活性——缩短正硫化时间（达到最佳物理机械性能短）硫化平坦线长——正硫化阶段长硫化临界温度较高——防止胶料早期硫化对橡胶的老化及其物理机械性能无恶化作用高分子材料成型加工原理匡唐清返回第二节配合剂防老剂作用：抑制橡胶老化现象的发生。老化：橡胶受氧化，分子量断裂、支化或进一步交联，使橡胶发粘变硬、物理机械性能变化种类：物理防老剂隔离臭氧、氧主要有：石蜡、微晶腊等化学防老剂中止橡胶的自催化性游离基断链反应主要有：酚类、胺类要求：防老化效果好，不干扰硫化体系，无污染无毒高分子材料成型加工原理匡唐清返回第二节配合剂增塑剂作用：软化生胶；增加可塑性；润湿配合剂，易分散；缩短混炼时间，提高混炼效果；增加制品柔软性和耐寒性；种类：物理增塑剂使橡胶溶涨，增大分子间距化学增塑剂加速橡胶分子在塑炼时的断链作用基本要求相溶