高分子合成材料成型加工 第一章

高分子材料成型加工原理ThePrincipleofPolymerMoldingandProcessing东北石油大学舒静考核方式平时成绩：20%卷面成绩：80%成绩课时安排:0103041F-5130303041F-3140505061F-1142/53教材:《高分子加工原理与技术》王小妹，阮文红主编化学工业出版社，20063/53参考书:(1)《高分子材料成型加工原理》王贵恒主编,化学工业出版社，2004(2)《塑料成型工艺学》黄锐主编，轻工业出版社，1997(3)《高分子材料成型工艺》史玉升等编著，化学工业出版社，2006课程性质高分子材料与工程专业的专业课程核心课程章节介绍1.绪论2.高分子材料成型原理3.成型物料的配制4.挤出成型5.注射成型6.其他成型方法主要内容及要求4/53主要内容及要求学习重点重点:二、四、五章。第二章高分子材料成型原理，是指导制品生产的理论依据；第四章挤出成型和第五章注射成型是最重要的塑料成型方法，绝大多数塑料制品都是用这两种方法成型的。其次是第三章成型用的物料及其配制，涉及的是原料的配制。其他成型加工方法中，中空吹塑、泡沫塑料成型、压延成型和热成型也是常见的成型加工方法，了解。5/53主要内容及要求学习要求掌握各种成型方法的原理、特点、塑料在成型过程中所发生的物理与化学变化、各控制因素对制品性能的影响；掌握各种成型机械设备的工作原理、结构特点并进一步理解各种成型工艺所能适应的塑料品种及其优缺点。6/53第一章绪论1.1高分子材料的分类及性质1.1.1大材料概念1.1.2高分子材料1.1.3高分子材料的制造及工程特性1.2高分子材料成型加工及重要性1.2.1成型加工定义及基本任务1.2.2成型加工方法和实质1.2.3成型加工的重要性1.2.4成型加工的创新研究1.3高分子材料成型工业的回顾与展望7/53石器时代青铜器时代铁器时代钢铁时代高分子时代材料与时代的发展1.1高分子材料的分类和性质1.1.1大材料概念8/531.1高分子材料的分类和性质1.1.1大材料概念材料四要素使用性能制备/加工结构/成分性质工程9/53材料的通性组成形状加工性使用性经济性再生性固有的、必须具备的特点1.1高分子材料的分类和性质1.1.1大材料概念10/53高分子材料在大材料中的地位：（1）年轻学科，有生命力（2）最有发展前途（3）应用广泛大材料金属材料无机材料高分子材料1.1高分子材料的分类和性质1.1.1大材料概念11/531.1.2高分子材料三个概念聚合物（树脂、生胶）高分子材料（塑料、胶料）高分子材料制品（塑料制品、橡胶制品）12/53高分子材料的五个条件：（1）以聚合物为主体：主要视材料的性质如何例：钙塑材料（PP20%，CaCO380%）（2）属多相复合体系两组分以上，宏观均相，亚微观分相（3）具有可加工性例：PS、PVC（4）良好的使用性能和适当的寿命（5）具有工业化生产规模高聚物成千上万，400~500种可做材料，但工业化规模的不多通用塑料：PP、PE、PVC、PS、PMMA等工程塑料：PA、PBT、PET、PC、POM等13/5314/5315/531.1.2高分子材料三大合成材料塑料橡胶纤维16/53塑料是在玻璃态下使用的、具有可塑性的高分子材料。它以树脂为主要组分，加入各种添加剂，能在一定温度和压力下加工成形的各种材料的总称。1.1.2.1塑料17/53塑料的组成树脂:塑料的主要组分。填充剂:提高力学、电学性能或降低成本等。增塑剂:提高塑料的可塑性和柔软性。稳定剂:提高稳定性，延长使用寿命。增色剂:赋予塑料制品各种色彩。润滑剂:提高塑料在加工成形过程中的流动性和脱模能力，同时可使制品光亮美观。固化剂:与树脂发生交联反应，使受热可塑的线型结构变成热稳定好的体型结构。其他:发泡剂、催化剂、阻燃剂等。18/53塑料的分类1）按热性质热塑性塑料受热时软化或熔融、冷却后硬化，韧性好，可反复成形。它包括PE、PVC、PP、PA、PPO、PTFE等。热固性塑料加热、加压并经过一定时间后即固化为不溶、不熔的坚硬制品，不可再生。具有更好耐热性和抗蠕变能力。常用热固性塑料有酚醛树脂、环氧树脂、氨基树脂、有机硅树脂等。19/532）按功能和用途通用塑料产量大用途广价格低的塑料。主要包括PP、PVC、PS、PP、酚醛塑料、氨基塑料等，产量占塑料总产量的75%以上。工程塑料具有较高性能，能替代金属制造机械零件和工程构件的塑料。PA、ABS、POM、PFS、PTFE、PMMA、环氧树脂等。功能塑料导电塑料、导磁塑料、感光塑料等。20/53农渔业：编织袋、塑料温室、包装、农业机械及器具等。包装：各种容器．包装膜、编织袋、泡沫塑料等。交通运输：电气工业：电线、电缆、绝缘体、电器及各种通讯设备等。化学工业：塑料化工设备。仪器仪表：各种部件。建筑工业：各种建材材料航空工业：飞机用各种增强塑料，常规武器中各种零部件。国防和尖端工业：各种烧蚀材料、耐腐材料、增强材料等。家具：体育用具：各种健身用品。日用品：医疗：人工脏器、人体缺陷修复材料、医疗器械。主要应用领域21/53橡胶是以高分子化合物为基础的、具有良好高弹性的材料。以生胶为原料加入各种配合剂和增强材料而形成的高分子弹性体。1.1.2.2橡胶22/53橡胶的组成生胶配合剂天然橡胶合成橡胶硫化剂硫化促进剂活化剂填充剂增塑剂防老剂23/53常见橡胶天然橡胶具有较高的弹性、较好的力学性能、良好的电绝缘性及耐碱性。非极性橡胶，故耐油、耐溶剂性差。又因含大量不饱和双键，耐老化性差。主要用于制造轮胎、胶带、胶管等。由丁二烯和苯乙烯共聚而成的。其耐磨性、耐热性、耐油、抗老化性均比天然橡胶好。缺点是生胶强度低、粘接性差、成型困难、硫化速度慢。丁苯橡胶24/53由丁二烯聚合而成。其弹性、耐磨性、耐热性、耐寒性均优于天然橡胶，是制造轮胎的优良材料。缺点是强度较低，加工性能差、抗撕性差。顺丁橡胶由乙烯和丙烯的共聚物。由于主链不含双链，分子链十分柔软。它具有优异的耐老化和耐高、低温特性。用于制作一般橡胶制品及内外轮胎等。乙丙橡胶25/53由丁二烯与丙烯睛聚合而成。其耐油性好，耐热、耐燃烧、耐磨、耐碱、耐有机溶剂。缺点是耐寒性差，其脆化温度为-10℃～-20℃。丁腈橡胶由氯丁二烯聚合而成。具有天然橡胶和一般通用橡胶所没有的优良性能。故有“万能橡胶”之称。缺点是耐寒性差，密度大，生胶稳定性差。用于制造矿井的运输管、胶管、电缆、高速带、垫圈等。氯丁橡胶26/53以碳原子为主链，含有氟原子的聚合物。其化学稳定性高、耐蚀性能居各类橡胶之首，耐蚀性好，最高使用温度为300℃。主要用于国防和高技术中的密封件。氟橡胶由二甲基硅氧烷与其它有机硅单体共聚而成。具有耐热性和耐寒性，抗老化能力强、绝缘性好。缺点是强度低、耐磨性、耐酸性差，价格较贵。硅橡胶27/53苯乙烯和丁二烯的三嵌段共聚物。分子链的两端是柔性较小的聚苯乙烯段，中间是柔性很好的聚丁二烯。兼有硫化橡胶和热塑性橡胶的优点。强度高，弹性好，可反复回收利用。SBS热塑弹体28/53凡能保持长度比本身直径大100倍的均匀条状或丝状的高分子材料均称纤维。1.1.2.3纤维纤维天然纤维：蚕丝、棉花、羊毛等化学纤维人造纤维：人造丝，人造棉等合成纤维：聚酯、尼龙、聚丙烯腈29/53高分子材料及制品生产高分子化合物制造1.1.3高分子材料的制造及工程特性成型加工(添加剂、混合、成型）聚合反应高分子反应复合化合金填充30/53影响高分子材料制造的因素：（1）高分子化合物的性质（化学结构、物理结构）（与高分子化合物的制造有关——高分子材料学）（2）成型加工过程：添加剂的作用混合过程成型过程1.1.3高分子材料的制造及工程特性31/53高分子材料结构上的特殊性性能上的可变性成型加工方法具有多样性随加工过程而变1.1.3高分子材料的制造及工程特性32/53材料性能材料本身成型加工中产生的附加性质有目的产生加工中自发产生不利：分解、烧焦有利结晶取向、交联塑料降解结论：材料不同性能要求不同加工方法不同33/531.2成型加工及重要性高分子材料成型加工工艺实用材料或制品（1）如何实现——方法（2）方法不同，产品性能不同（3）材料不同，方法不同（4）方法不同，设备不同1.2.1成型加工定义及基本任务（配料，混合，粒化，粉化）（定型，后加工）（塑化，一次，二次成型）34/531.2.1成型加工定义及基本任务（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。基本任务35/531.2.2成型加工方法和实质高分子材料成型加工是一个复杂的物理-化学变化过程聚合物可塑性状态流动与变形成形样硬化定形制品方法方法工艺条件36/53流动—赋型—硬化成型加工中发生的物理-化学变化（1）物理变化为主：热塑性塑料材料加热流动冷却凝固（2）化学变化为主：浇注成型单体或预聚体加热或引发剂聚合/交联成型（3）物理—化学变化兼有：热固性塑料、橡胶加热流动交联（硫化）凝固材料37/53关键步骤A.如何使高分子材料产生流动与变形？加热熔体加溶剂溶液加增塑剂或其它悬浮液38/53关键步骤B.如何硬化定型？热固性材料：交联反应固化定型。热塑性材料熔体冷却溶液硬化定型悬浮体硬化定型加热溶剂挥发加热颗粒熔合冷却硬化定型39/531.2.2成型加工方法和实质加工技术从形变出发：（1）高聚物熔体——塑性形变：Tf（m）~Td，多用于一次成型（2）高聚物类橡胶态——弹性形变（残余形变）：Tg~Tf，多用于二次成型（3）高聚物溶液态：薄膜流涎制取、油漆、涂料、粘合剂（4）高聚物悬浮体：乳胶制品、涂料、粘合剂、搪塑（5）低分子聚合物或预聚物——化学加工：浇铸制件（6）高聚物机械加工——后加工40/53成型加工过程中聚合物发生的转变：（1）形状满足使用要求而进行，通过流动与变形而实现。（2）结构满足成品内在质量的要求而进行的。通过配方设计、原材料混合、不同的加工方法和成型条件来实现。组成：非纯聚合物组成方式：层压材料，增强材料，复合材料宏观结构：如多孔泡沫，蜂窝状，复合结构微观结构：结晶度，结晶形态，分子取向等（3）性质材料本身或有意进行：交联，硫化，生胶塑炼降解等方法条件不当引起：高温引起的分解、交联或烧焦等1.2.2成型加工方法和实质41/53成型加工是将各种形态的高分子材料制成所需形样的制品或坯件的过程，在整个过程中最为重要，是一切制品或型材生产的必经过程。其它过程，如机械加工、修饰、装配等通常都是根据制品的要求来取舍的，也就是说，不是每种制品都须完整地经过这些过程。后三种过程有时统称为二次加工或后加工。对比来说，二次加工过程常居于次要地位。1.2.3成型加工的重要性42/53高分子材料成型加工工业是一个新兴的工业领域，又是一个发展迅速的领域。高分子材料巳进入所有工业领域以及人们的日常生活。由于高分子材料的独特性而广泛应用，显示出巨大的优越性和发展潜力。当今世界把一个国家高分子材料的消耗量和成型加工的工业水平，作为衡量一个国家工业发展水平的重要标志之一。随着工业产品塑料化趋势的增强及塑料制品的广泛应用与不断发展，更新换代速度快，对成型工艺技术的发展以及加工设备方面都提出了更新更高的技术标准和质量指标，要求该领域的工程技术人员掌握更多专业知识和提高设计能力。1.2.3成型加工的重要性43/53成型加工技术要适应化学结构不断变化的各种新型高分子材料的出现，要通过成型加工，在材料制品中实现甚至优化体现材料性能的分子聚集架构。发展成型加工的新技术，如在工程学层次上操纵分子链进行高分子材料成型加工，在材料表面引入分子、纳米粒子的超临界流体溶胀技术；制备分子链有序排列的大面积高分子光电功能薄膜或纳米纤维的外场辅助制膜成纤技术；适用于超分子体系制备的成型加工技术，以及计算模拟技术在成型加工中的应用等技术等。这些新技术的研究合发展具有