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。,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,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。,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,TgTf 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,1.与加工温度T的关系,T 2 3 H V，且H增大趋势大于V。 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， t V,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TgTf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。,