高分子材料成型加工

聚合物加工工程,主講人：白繪宇,聚合物加工工程,授課說明,授課內(nèi)容授課順序考核及要求教材和參考書,教材,周達(dá)飛唐頌超主編中國輕工業(yè)出版社上海普通高校“九五”重點教材,專業(yè)：高分子材料學(xué)時數(shù)：48學(xué)時內(nèi)容：塑料、橡膠和合成纖維三者的共性和各自的特性主要講授：加工工藝以及與工藝相關(guān)的設(shè)備,課程性質(zhì)：,高分子材料與工程專業(yè)的專業(yè)課程核心課程,授課方式：,授課內(nèi)容與考核：,主要講授的章節(jié),部分了解的章節(jié),考核方式,緒論、第一章、第五章、第六章、第七章、第八章、第九章、第十章、第十一章,第二章、第三章、第四章、第十二章、第十三章,習(xí)題、讀書報告、期終考試,作者：潘祖仁浙江大學(xué)教授1980年7月由潘祖仁先生和孫經(jīng)武（天津大學(xué)）合編高分子化學(xué)，為文化革命后我國第一部正式的高校教材。1986年由潘祖仁先生為主編，對全書進(jìn)行了較大修改后再次出版。其后十余年間一直是各校的主要教材，1992年被評為全國優(yōu)秀教材。1996年，潘祖仁先生再次對全書進(jìn)行修定，補(bǔ)充一些新內(nèi)容后由化工出版社出版。特點：主要參考G.Odian的PrinciplesofPolymerization，對一些經(jīng)典理論給予了系統(tǒng)的論述，對聚合方法和典型產(chǎn)品制備進(jìn)行了介紹，適合工科學(xué)生使用。不足之處是對最新進(jìn)展介紹的不夠。,教學(xué)參考書,復(fù)旦大學(xué)高分子科學(xué)系集體編寫1995年7月由復(fù)旦大學(xué)出版社出版特點：對各種理論問題講的較深，且包含有許多近年發(fā)現(xiàn)的新理論，為一本適合理科學(xué)生使用的書。各章中以“小專欄”的形式插入相關(guān)的課外知識，使教材生動活潑。不足之處是對聚合方法和典型產(chǎn)品介紹不多，工科學(xué)生需補(bǔ)充相關(guān)知識。,教學(xué)參考書,教學(xué)參考書,學(xué)習(xí)方法,高分子材料成型加工主要內(nèi)容：（1）高分子材料；（2）成型加工工藝；（3）材料制品性能。,聚合物助劑、配方設(shè)計、加工機(jī)械和模具是獨立課程，故不做詳細(xì)介紹,所需要的基本知識：,熱力學(xué)、力學(xué),物理化學(xué)、有機(jī)化學(xué),質(zhì)量和能量的傳遞,高分子化學(xué)、高分子物理,粘彈性流體力學(xué)（流變學(xué)）,（1）始終圍繞一條主線“高分子材料成型加工性能”；（2）掌握高分子材料成型加工的三基：基本原理，基本方法，基本規(guī)律；（3）結(jié)合高分子材料工程實驗、模具設(shè)計、高聚物助劑和配方和高聚物流變學(xué)等的學(xué)習(xí)，加深對課程要求的理論、技術(shù)與應(yīng)用的系統(tǒng)掌握和理解；（4）通過參加課外興趣小組，加深對課程中某一內(nèi)容的深入而廣泛的學(xué)習(xí)，同時理解成型加工的最新科研信息；（5）加強(qiáng)同學(xué)之間的交流，加強(qiáng)與教師的討論。,緒論,高分子科學(xué),研究高分子化合物合成、改性，高分子及其聚集態(tài)的結(jié)構(gòu)、性能，聚合物的成型加工等內(nèi)容的一門綜合性學(xué)科。包括高分子化學(xué)、高分子物理、高分子工程幾個領(lǐng)域。,高分子科學(xué),1、高分子材料的定義2、高分子材料的成型加工3、高分子材料的制造4、高分子材料的工程特征,第一節(jié)高分子材料,人類的文明史=材料的發(fā)展史,金屬材料,有機(jī)高分子材料,非金屬無機(jī)材料,改性,合金材料,復(fù)合材料,金屬合金,高分子合金,材料的三大領(lǐng)域,材料四要素,材料的通性,高分子材料在材料中的地位,（1）組成（2）加工性（3）形狀（4）使用性（5）經(jīng)濟(jì)性（6）再生性,1、年輕學(xué)科、有生命力2、最有發(fā)展前途3、應(yīng)用廣泛,石油天然氣煤,加工,C3、C4、C5等碳?xì)浠衔?有機(jī)合成,乙烯丙烯苯乙烯氯乙烯,聚合反應(yīng),高聚物,成型加工,制品,高分子化學(xué)聚合反應(yīng)工程高分子合成工藝生產(chǎn)過程及設(shè)備反應(yīng)機(jī)理,高分子物理,加工工藝機(jī)械模具改性應(yīng)用,高分子化工,高分子材料,高分子材料科學(xué)與工程體系,高分子材料學(xué)科在化工學(xué)科中的位置,高分子化學(xué),有機(jī)化學(xué),物理化學(xué),化學(xué)工程.,聚合反應(yīng)工程,高分子物理,小分子化合物,高分子化合物,制品,聚合物成型加工,材料力學(xué)流體力學(xué).,分子結(jié)構(gòu),形態(tài)形狀,使用性能,無機(jī)化學(xué),分析化學(xué),物理,循環(huán)利用,石油天燃?xì)饷浩渌?高分子科學(xué),高分子工程,高分子材料涉及的學(xué)科,高分子材料是一定配合的高分子化合物(由主要成分樹脂或橡膠和次要成分添加劑組成)在成型設(shè)備中，受一定溫度和壓力的作用熔融塑化，然后通過模塑制成一定形狀，冷卻后在常溫下能保持既定形狀的材料制品。,1、高分子材料的定義,高分子材料,成型加工工藝,實用的材料或制品,（聚合物+助劑）,這一過程的工程技術(shù),1如何實現(xiàn)方法(擠出、注射、壓制等),2方法不同，產(chǎn)品性能不同,3材料不同，方法不同,4方法不同，設(shè)備不同,2、高分子材料的成型加工,3、高分子材料的制造,高分子材料及制品生產(chǎn),高分子化合物制造,成型加工,聚合反應(yīng),高分子反應(yīng),復(fù)合化,合金,填充,表0-5,表0-6,表0-7,（添加劑、混合、成型）,圖0-5,影響高分子材料制造的因素：高分子化合物的性質(zhì)（化學(xué)結(jié)構(gòu)、物理結(jié)構(gòu)）（與高分子化合物的制造有關(guān)高分子材料學(xué)）成型加工過程:添加劑的作用混合過程成型過程（添加劑、混合、各成型工藝章節(jié)）,1熔融紡絲2注射成型3薄膜成型4擠出成型5壓延成型6中空成型7真空和壓力成型8薄膜和纖維熱拉伸9薄膜和纖維冷拉伸,高聚物的狀態(tài)變化與成型加工的關(guān)系,三種物理狀態(tài)：玻璃態(tài)：Tg高彈態(tài)：TgTf（Tm）粘流態(tài)：Tf（Tm）Td,影響聚合物的狀態(tài)變化的因素：聚合物的分子結(jié)構(gòu)聚合物體系的組成聚合物所受應(yīng)力環(huán)境溫度,當(dāng)聚合物和組成一定時，在一定外力作用下，聚合物聚集態(tài)的轉(zhuǎn)變主要與溫度有關(guān)：,聚合物聚集態(tài)不同,性能不同,內(nèi)聚能不同,主價鍵,次價鍵,聚合物對加工技術(shù)的適用性不同,成型加工方法和實質(zhì),高分子材料成型加工是一個復(fù)雜的物理化學(xué)變化過程，其中，流動性是必要條件。,成型加工過程中發(fā)生的物理化學(xué)變化,（1）物理變化為主：熱塑性塑料,（2）化學(xué)變化為主：澆鑄成型,（3）物理變化化學(xué)變化兼有：熱固性塑料、橡膠,加工技術(shù)從形變出發(fā)：（1）高聚物熔體塑性形變：Tf(m)Td多用于一次成型（2）高聚物類橡膠態(tài)彈性形變（殘余形變）：TgTf，多用于二次成型（3）高聚物溶液態(tài)：用于浸漬、濕法或干法紡絲（4）高聚物分散體（懸浮體、溶液、膠乳）：搪塑（5）高聚物單體或預(yù)聚體直接成型化學(xué)加工：澆注（6）高聚物機(jī)械加工后處理,制品的性能,內(nèi)在性質(zhì)：通過選擇合適材料容易解決,附加性質(zhì)對制品性能影響,（1）形狀上的變化：使用上的要求,（3）性質(zhì)上的變化：反應(yīng)出制品宏觀性能改變,4、高分子材料的工程特征,高分子材料的分類,三大合成材料,塑料,橡膠,纖維,(意義、分類：P2P4),區(qū)分三個概念,聚合物,高分子材料,高分子材料制品,（樹脂、生膠）,（塑料、膠料）,（塑料制品、橡膠制品）,輪胎,天然橡膠和布粘合鼠標(biāo)墊,PMMA,滌綸,PU,高分子材料的消耗率,生活中的塑料塑料已成為當(dāng)今家庭、辦公室，以及產(chǎn)業(yè)中不可缺少的存在。用圖片介紹塑料在各種場所的應(yīng)用。,客廳,廚房,浴室,Problems：,1、高分子材料為何具有獨特性能？如何劃分三大合成材料：moleculeweightsofrubber（幾十萬）、fibre（5萬左右）、plastic（介于二者之間）,2、一種聚合物應(yīng)用的多樣性：e.g：PE、PET等,3、高分子材料的環(huán)境適應(yīng)性：,4、高分子材料的改性,塑料的發(fā)現(xiàn),1869年31歲的印刷工人約翰海阿特發(fā)明賽璐珞,1909年貝克蘭發(fā)明酚醛樹脂,現(xiàn)代生活中的高分子材料塑料,現(xiàn)代生活中的高分子材料工程塑料,橡膠的發(fā)展,橡樹之淚,丑卻受寵的合成橡膠,現(xiàn)代生活中的高分子材料橡膠,1855年瑞士人奧蒂瑪斯把纖維素放在硝酸中得到硝化纖維素溶液，制得第一根人造纖維；1884年查唐納脫把硝化纖維素放在酒精和乙醚中得到溶液，得到人造絲；,纖維的發(fā)展,功能高分子材料的發(fā)展,功能高分子材料于20世紀(jì)60年代末開始得到發(fā)展。功能高分子是指具有化學(xué)反應(yīng)活性、催化性、光敏性、導(dǎo)電性、磁性、生物相容性、藥理性、選擇分離性，或具有轉(zhuǎn)換或貯存物質(zhì)、能量和信息作用等功能的高分子及其復(fù)合材料。目前已達(dá)到實用化的功能高分子有：離子交換樹脂、分離功能膜、光刻膠、感光樹脂、高分子緩釋藥物、人工臟器等等。高分子敏感元件、高導(dǎo)電高分子、高分辨能力分離膜、高感光性高分子、高分子太陽能電池等功能高分子材料，即將達(dá)到實用化階段。,功能高分子材料高吸水性樹脂,高吸水性樹脂就是一種功能高分子材料，它具有優(yōu)異的吸水、保水功能，可吸收自身重量幾百倍、上千倍，被冠予“超級吸附劑”的桂冠。主要類型有聚丙烯酸酯類、聚乙烯醇類、醋酸乙烯共聚物類、聚氨酯類、淀粉接校共聚物類等。聚丙烯酸酯類以丙烯酸和燒堿為主要原料，采用逆向聚合法而制得?？梢宰龀蓩胗變杭埬虿家约凹埐徒淼?，此外還可用作室內(nèi)空氣芳香劑，蔬菜、水果的保鮮劑、防霉劑、阻燃劑、防潮劑以及吸水后體積膨脹的兒童玩具等。目前，全世界總生產(chǎn)能力已經(jīng)超過130萬噸/年，其中日本觸媒化學(xué)公司是目前世界上最大的生產(chǎn)公司，生產(chǎn)能力達(dá)到25萬噸/年。,高分子膜是指那些由具有特殊分離功能的高分子材料制成的薄膜，能有選擇地分離物質(zhì)。目前應(yīng)用于海水淡化、反滲透、膜萃取、膜蒸餾等技術(shù)領(lǐng)域。,高分子分離膜,建于沙特阿拉伯的基塔自來水廠，是世界上最大的海水淡化廠，日供應(yīng)淡水12000噸，主要使用醋酸纖維素分離膜裝置。,光敏高分子材料以光敏樹脂為代表，主要用于照相、印刷制版、印刷集成電路等。印刷工業(yè)應(yīng)用聚乙烯醇酸酯，光照時交聯(lián)而不溶而保留下來，得到凸版。光解性的光刻膠，重氮醌接到酚醛樹脂上，光作用下重氮醌分解，圖像被保留，分辨率達(dá)10納米。,光敏高分子材料,1950年人們逐漸開始配戴材質(zhì)是聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）的隱形眼鏡，具有優(yōu)越的光學(xué)特性，又能矯正角膜性散光。1960年捷克學(xué)者利用十年的時間發(fā)明了軟性隱形眼鏡的材料，就是一直延用至今的聚甲基丙烯酸羥乙酯（HEMA）。,功能高分子材料隱形眼鏡,在塑料中加入蓄光型發(fā)光材料經(jīng)加工就可制成發(fā)光塑料。發(fā)光塑料是近年來興起的一種高附加值新型功能材料。其產(chǎn)品如：交通領(lǐng)域通道標(biāo)識、樓梯標(biāo)識、標(biāo)志線；發(fā)光涂料、發(fā)光開光、發(fā)光壁紙、工藝品、玩具、體育休閑用品。,功能高分子材料發(fā)光材料,導(dǎo)電高分子自發(fā)現(xiàn)之日起就成為材料科學(xué)的研究熱點。目前，它已成為一門新型的多學(xué)科交叉的研究領(lǐng)域，并在世界范圍內(nèi)吸引了一大批材料設(shè)計專家。,功能高分子材料導(dǎo)電高分子材料,液晶高分子作為一類新型的高性能材料，極大地引起了科學(xué)界和工業(yè)界的關(guān)注，得到了廣泛的應(yīng)用，并發(fā)展為高分子科學(xué)中最活躍的領(lǐng)域之一。,液晶高分子,竹子地板地毯則可以選擇耐久的羊毛制品或者PET地毯主要采用水性涂料、粉末涂料和輻射固化涂料等用于戶外美化環(huán)境的產(chǎn)品：可以回收的塑料做成長椅、桌子和交通標(biāo)志牌。,綠色建材,生物降解高分子材料,目前自然界的污染存在“白色”（塑料）和“黑色”（橡膠）垃圾。發(fā)展可生物降解的產(chǎn)品是必要而且急需的，但許多具體問題不能解決。1、可降解塑料袋承重能力低；2、可降解塑料袋色澤暗淡發(fā)黃，透明度低；3、是價格偏高，成本難以接受。,一次性醫(yī)療用品如輸液管、藥品瓶、醫(yī)用膠粘劑等。診斷儀器如聽診器、內(nèi)窺鏡及各種其他診斷儀器。體外裝置如人工假肢、血液透析或灌注裝置等。人體器官如心臟導(dǎo)管、心臟補(bǔ)片、人工心臟泵材料、氣管導(dǎo)管、人工膀胱、人工腦膜、動脈補(bǔ)片、人工血管及人工關(guān)節(jié)等。整形外科手術(shù)材料如面部整形植入物等。生物降解材料是指那些可由體液、酶或微生物的作用而引起分解的材料，用于縫線、人體植入、控釋藥物等。,醫(yī)用高分子材料的種類,人造心臟,生物材料,人造關(guān)節(jié),人工腎,別具特色的復(fù)合材料,碳纖維復(fù)合材料玻璃鋼復(fù)合材料,高分子材料的五個條件,1以聚合物為主體：配混時聚合物量50%特例鈣塑材料（PP20%,CaCO380%）,2屬多相復(fù)合體系：兩組分以上宏觀均相，微觀分相,3具有可加工性：,4良好的使用性能和適當(dāng)?shù)膲勖?5能夠工業(yè)化規(guī)模生產(chǎn)：聚合物成千上萬，能工業(yè)化生產(chǎn)的不多,例如：PS、PVC,通用塑料：PP、PE、PVC、PS、PMMA工程塑料：PC、PBT、PA、POM,高分子材料加工技術(shù)程序,圖0-6,衡量聚合物加工性質(zhì)的幾個術(shù)語：,（1）可擠壓性（2）可模塑性（3）可延展性（4）可紡性,預(yù)處理,后加工,（2）包括：配合、預(yù)混合、再混合(塑煉）、?；⒎刍?（3）包括：預(yù)處理成型后處理修飾裝配,（干燥、預(yù)熱）,（機(jī)械加工）,塑料流程,原料,生膠制造,生膠,單體,塑煉,塑煉膠,混煉,混煉膠,半成品（配料）,硫化,橡膠制品,原料,生膠制造,生膠,塑煉,塑煉膠,混煉,混煉膠,原料,生膠制造,生膠,混煉膠,配料,塑煉,混煉,成型,硫化,基本工藝過程：,橡膠流程,研究設(shè)計方法,聚合物,配合劑,配方設(shè)計,試樣制備,性能測試,生產(chǎn)工藝制定