高分子成型加工

1、高分子材料成型加工高分子材料成型加工十一五塑料制品行業(yè)增長(zhǎng)情況十一五塑料制品行業(yè)增長(zhǎng)情況 世界第一大塑料生產(chǎn)國(guó)，而且已成為世界第一大塑料消費(fèi)國(guó)世界第一大塑料生產(chǎn)國(guó)，而且已成為世界第一大塑料消費(fèi)國(guó) 。全行業(yè)共計(jì)有全行業(yè)共計(jì)有9.5萬(wàn)多家，從業(yè)人數(shù)約萬(wàn)多家，從業(yè)人數(shù)約380萬(wàn)。萬(wàn)。 銷(xiāo)售收入銷(xiāo)售收入500萬(wàn)元及以上非國(guó)有獨(dú)立核算企業(yè)（簡(jiǎn)稱(chēng)規(guī)模以上企業(yè)）萬(wàn)元及以上非國(guó)有獨(dú)立核算企業(yè)（簡(jiǎn)稱(chēng)規(guī)模以上企業(yè)） 項(xiàng)目項(xiàng)目200620072010塑料表觀消費(fèi)量塑料表觀消費(fèi)量(萬(wàn)噸萬(wàn)噸)4084.14578.06365.0塑料制品產(chǎn)量塑料制品產(chǎn)量(萬(wàn)噸萬(wàn)噸)2801.93302.35830.4/20.1%塑料制品

2、業(yè)總產(chǎn)值塑料制品業(yè)總產(chǎn)值(億元億元)6310.58018.1614200/20.06%規(guī)模以上企業(yè)個(gè)數(shù)規(guī)模以上企業(yè)個(gè)數(shù)1286014952207752007-2010年塑料制品業(yè)產(chǎn)量及增長(zhǎng)情況(萬(wàn)噸) 項(xiàng)目項(xiàng)目 2007 2008 2009 2010塑料制品塑料制品 3302.3/17.63713.79/10.10 4479.28/10.64 5830.4/30.2塑料薄膜塑料薄膜其中農(nóng)用薄膜其中農(nóng)用薄膜 605.1/14.596.1/11.5590.10/-3.6493.91/-5.66 690.43/12.06119.34/18.39 799.0/15.7157.2/31.8型材型材(含板

3、片材含板片材) 345.4/12.0塑料管材塑料管材(含棒材含棒材) 331.8/15.2459.34/28.18 580.37/18.92 816.3/40.6塑料絲及編織制品塑料絲及編織制品 404.2/34.2477.18/25.30 581.56/26.58 711.9/22.4人造革人造革105.0/25.0117.54/6.68 214.6合成革合成革62.5/18.465.96/10.29 泡沫塑料泡沫塑料 138.1/22.1170.83/23.7 187.05/9.5 233.2/24.7塑料包裝箱及容器塑料包裝箱及容器 166.3/11.8173.09/4.1 274.49

4、/58.6 343.1/25.0日用塑料制品日用塑料制品 371.0/22.9408.47/10.1 544.18/33.2 645.9/18.7其他塑料制品其他塑料制品 773.0/14.5894.37/15.7 955.74/6.9 1359.2/42.22010塑料制品產(chǎn)量結(jié)構(gòu)圖 近幾年中國(guó)塑料近幾年中國(guó)塑料10大熱點(diǎn)大熱點(diǎn) 1 塑料在防抗自然災(zāi)害中發(fā)揮重要作用塑料在防抗自然災(zāi)害中發(fā)揮重要作用 中國(guó)塑料加工工業(yè)協(xié)會(huì)接到國(guó)家民政部緊急調(diào)運(yùn)帳篷的指示后， 連夜通知相關(guān)專(zhuān)委會(huì)如薄膜、塑編、管型材、發(fā)泡材料薄膜、塑編、管型材、發(fā)泡材料等專(zhuān)委會(huì)， 動(dòng)員企業(yè)緊急搶運(yùn)救災(zāi)物資， 晝夜生產(chǎn)、加工蓬布、帳

5、篷和簡(jiǎn)易保溫房蓬布、帳篷和簡(jiǎn)易保溫房。2 奧運(yùn)會(huì)拉動(dòng)塑料制品應(yīng)用與創(chuàng)新奧運(yùn)會(huì)拉動(dòng)塑料制品應(yīng)用與創(chuàng)新PC板材：沈陽(yáng)、天津奧體中心的“水滴水滴”采用采用了了PC板智能化屋面系統(tǒng)板智能化屋面系統(tǒng)，具有重量輕、抗沖擊、隔熱、防結(jié)露、節(jié)能等特點(diǎn)，與相同厚度的傳統(tǒng)板材相比，可節(jié)約25的能源。聚氨酯隔熱保溫材料、聚氨酯外墻涂料：“水水立方立方”就是由就是由10多萬(wàn)平米聚四氟乙烯（多萬(wàn)平米聚四氟乙烯（ETFE）的膜構(gòu)成的的膜構(gòu)成的“魔方魔方”。世博與高分子材料 中國(guó)館使用阻燃電纜中國(guó)館使用阻燃電纜 含氟塑料（CMP），熔點(diǎn)高，不易被火焰燒軟化，即使軟化也不會(huì)輕易著火、不釋放有毒氣體，這就給建筑內(nèi)的人們留下逃生

6、的時(shí)間。阻燃電纜還能夠回收利用，更加環(huán)保。阻燃電纜目前在我國(guó)的市場(chǎng)價(jià)是普通電纜的普通電纜的5倍，但倍，但其成本僅為普通電纜的其成本僅為普通電纜的2倍倍。 聚碳酸酯板鑄就聚碳酸酯板鑄就“油立方油立方” 石油館采用了聚碳酸酯板，儼然一座“油立方”.石油館淺藍(lán)色的建筑外表皮來(lái)自石油衍生品聚碳酸酯，可回爐再利用，保溫隔熱，是極佳的遮陽(yáng)板，經(jīng)縱橫交錯(cuò)“編織”而成，富于時(shí)代感和行業(yè)特色。 世博會(huì)芬蘭館：塑料世博會(huì)芬蘭館：塑料“冰壺冰壺”蒸桑拿蒸桑拿 外墻由2.5萬(wàn)塊“冰”組成的“冰壺” , “冰壺”外墻的“冰”，實(shí)際上是一種生態(tài)型的創(chuàng)新材料-木塑料復(fù)合材料，它由廢紙和塑料制成，全部可回收，移動(dòng)或者拆卸也很

7、方便，拿在手上感覺(jué)表面十分堅(jiān)硬，其白色還永不褪色。走過(guò)一座小橋，人們便能進(jìn)入“冰壺”，一個(gè)遠(yuǎn)離喧囂城市的微型島嶼家園，感受素有“千湖之國(guó)”美譽(yù)的芬蘭的人文情懷。墨西哥館：回收塑料墨西哥館：回收塑料“風(fēng)箏林風(fēng)箏林” 墨西哥館占地4000平方米的展館最具特色之處是其第三層的斜坡式屋頂將豎立起135個(gè)赤橙黃白紫五色的高低不等的風(fēng)箏。豎立在墨西哥館頂上的“風(fēng)箏森林”將由135個(gè)4至8米寬的風(fēng)箏模型組成，最高的達(dá)13米，最矮的也有2米。 英國(guó)館的“蒲公英” 由6萬(wàn)只有機(jī)玻璃材質(zhì)的“觸須”分布在整個(gè)建筑外墻的表面，“種子圣殿”內(nèi)有6萬(wàn)顆種子呈現(xiàn)在參觀者面前，所有的種子都來(lái)自由英國(guó)皇家植物園和昆明植物研究所

8、合作的千年種子銀行項(xiàng)目。 n0.1高分子材料及其加工的概念高分子材料及其加工的概念n0.2 高分子材料的工程特征高分子材料的工程特征n0.3 高分子材料的加工程序和研究高分子材料的加工程序和研究方法方法n0.4 高分子材料成型加工的主要內(nèi)高分子材料成型加工的主要內(nèi)容和要求容和要求n0.5 發(fā)展史發(fā)展史 0.1 高分子材料及其加工的概念高分子材料及其加工的概念 0.1.1 大材料概念大材料概念 金屬材料金屬材料 大材料大材料 無(wú)機(jī)非金屬材料無(wú)機(jī)非金屬材料 有機(jī)高分子材料有機(jī)高分子材料材料四要素材料四要素使用性能使用性能合成合成/加工加工性質(zhì)性質(zhì)結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)/成分成分（工程）（工程）（化學(xué)）（化學(xué)）通

9、稱(chēng)為高通稱(chēng)為高分子材料分子材料指一定配合的高分子化合物指一定配合的高分子化合物在成型設(shè)備中，受一定溫度在成型設(shè)備中，受一定溫度和壓力作用熔融塑化，然后和壓力作用熔融塑化，然后通過(guò)模塑制成一定形狀，冷通過(guò)模塑制成一定形狀，冷卻后在常溫下能保持既定形卻后在常溫下能保持既定形狀的材料制品狀的材料制品 (1) 組成組成 ； (2) 加工性加工性 ；(3) 形狀；形狀； (4) 使用性；使用性；(5) 經(jīng)濟(jì)性；經(jīng)濟(jì)性； (6) 再生性。再生性。高分子材料在大材料中地位：高分子材料在大材料中地位：（1） 年輕學(xué)科，有生命力年輕學(xué)科，有生命力（2） 最有發(fā)展前途最有發(fā)展前途（3） 應(yīng)用廣泛應(yīng)用廣泛0.1.2

10、材料的通性材料的通性0.1.3高分子材料在化學(xué)工業(yè)學(xué)科中的地高分子材料在化學(xué)工業(yè)學(xué)科中的地位位石油石油煤煤天然氣天然氣C3、C4 C5等炭等炭氫化合物氫化合物 單體單體 乙烯、苯乙烯乙烯、苯乙烯 丙烯、氯乙烯丙烯、氯乙烯丁二烯等丁二烯等高聚物高聚物高分子材料制品高分子材料制品高分子化學(xué)高分子化學(xué)高分子合成工藝高分子合成工藝生產(chǎn)過(guò)程及設(shè)備生產(chǎn)過(guò)程及設(shè)備反應(yīng)機(jī)理反應(yīng)機(jī)理聚合反應(yīng)工程聚合反應(yīng)工程 加工工藝加工工藝 模具、機(jī)械模具、機(jī)械應(yīng)用、改性應(yīng)用、改性高分子化工高分子化工高分子材料高分子材料高分子物理高分子物理加工加工基本有機(jī)合成基本有機(jī)合成聚合反應(yīng)聚合反應(yīng)成型加工成型加工0.1.4 高分子成型加

11、工定義高分子成型加工定義 高分子材料高分子材料 成型加工工藝成型加工工藝 具有實(shí)用性的具有實(shí)用性的 材料或制品材料或制品（高分子化合物（高分子化合物 + 添加劑）添加劑）高分子成型加工高分子成型加工將聚合物及各種添加劑轉(zhuǎn)變成實(shí)用材料或制品將聚合物及各種添加劑轉(zhuǎn)變成實(shí)用材料或制品的一種工程技術(shù)。通常是在一定溫度下彈性固體、固體粉狀或粒的一種工程技術(shù)。通常是在一定溫度下彈性固體、固體粉狀或粒狀、糊狀或溶液狀態(tài)的聚合物變形或熔融，經(jīng)過(guò)模具得到所需狀、糊狀或溶液狀態(tài)的聚合物變形或熔融，經(jīng)過(guò)模具得到所需 形形狀，并在此過(guò)程中材料會(huì)發(fā)生一定的化學(xué)變化，最終得到能保持狀，并在此過(guò)程中材料會(huì)發(fā)生一定的化學(xué)變化

12、，最終得到能保持所得形狀制品的工藝過(guò)程。所得形狀制品的工藝過(guò)程。0.1.5 高分子材料的分類(lèi) 塑料塑料 三大合成材料三大合成材料 橡膠橡膠 纖維纖維 聚合物（樹(shù)脂、生膠）聚合物（樹(shù)脂、生膠） 區(qū)分三個(gè)概念區(qū)分三個(gè)概念 高分子材料（塑料、膠料）高分子材料（塑料、膠料） 高分子材料制品（塑料制品、橡膠制品）高分子材料制品（塑料制品、橡膠制品） 塑料塑料以合成樹(shù)脂為基體，添加一些具有特定作用的助劑，以合成樹(shù)脂為基體，添加一些具有特定作用的助劑，將基體和助劑混合、分散，再通過(guò)塑煉加工，并在加工過(guò)程將基體和助劑混合、分散，再通過(guò)塑煉加工，并在加工過(guò)程中顯示塑性且能流動(dòng)成型的材料。中顯示塑性且能流動(dòng)成型的

13、材料。 橡膠橡膠在適當(dāng)配合劑存在下在適當(dāng)配合劑存在下,在一定溫度和壓力下硫化在一定溫度和壓力下硫化(適度適度交聯(lián)交聯(lián))而制得的彈性體材料而制得的彈性體材料(橡膠制品橡膠制品),通常在室溫下具有粘通常在室溫下具有粘彈性。彈性。 纖維纖維長(zhǎng)徑比很大長(zhǎng)徑比很大,并具有一定柔韌性的纖細(xì)物質(zhì)并具有一定柔韌性的纖細(xì)物質(zhì),如錦綸如錦綸（尼龍（尼龍6） 、腈綸（聚丙烯睛）、丙綸（聚丙烯）等、腈綸（聚丙烯睛）、丙綸（聚丙烯）等 。高分子材料的五個(gè)形成條件高分子材料的五個(gè)形成條件 （1）以聚合物為主體：）以聚合物為主體：主要視材料的性質(zhì)如何主要視材料的性質(zhì)如何 例：鈣塑材料（PP 20%，CaCO380%） （2

14、）屬多相復(fù)合體系：）屬多相復(fù)合體系：兩組分以上，宏觀均相，亞微觀分相兩組分以上，宏觀均相，亞微觀分相 （3）具有可加工性）具有可加工性 例：例：PVC （4）良好的使用性能和適當(dāng)?shù)膲勖┝己玫氖褂眯阅芎瓦m當(dāng)?shù)膲勖?（5）具有工業(yè)化生產(chǎn)規(guī)模：）具有工業(yè)化生產(chǎn)規(guī)模：高聚物成千上萬(wàn)，高聚物成千上萬(wàn)，400500種種 可做材料，但工業(yè)化規(guī)模的不多 通用塑料：PP、PE、PVC、PS、PMMA等 工程塑料： 聚酰胺、聚酯、聚碳酸酯、聚甲醛等。0.1.6 高分子材料的制造高分子材料及制品生產(chǎn)高分子化合物制造高分子反應(yīng)聚合反應(yīng)復(fù)合化合金填充（添加劑、混合、成型)成型加工影響高分子材料制造的因素 （1）高分子

15、化合物的性質(zhì)）高分子化合物的性質(zhì)(化學(xué)結(jié)構(gòu)、物理結(jié)構(gòu)）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)（與高分子化合物的制造有關(guān)高分子材料學(xué)）高分子材料學(xué)） （2）成型加工過(guò)程：添加劑的作用）成型加工過(guò)程：添加劑的作用 混合過(guò)程混合過(guò)程 成型過(guò)程成型過(guò)程 0.2 高分子材料的工程特征高分子材料的工程特征 高分子材料高分子材料結(jié)構(gòu)上的特殊性結(jié)構(gòu)上的特殊性性能上的可變性性能上的可變性高分子材料成型加高分子材料成型加工方法具有多樣性工方法具有多樣性（隨加工過(guò)程而變）（隨加工過(guò)程而變）材料性能的影響因素材料性能材料性能材料本身材料本身成型加工中產(chǎn)成型加工中產(chǎn)生的附加性質(zhì)生的附加性質(zhì) 有目的產(chǎn)生有目的產(chǎn)

16、生加工中加工中自發(fā)產(chǎn)生自發(fā)產(chǎn)生有利有利不利不利:結(jié)晶結(jié)晶交聯(lián)交聯(lián)取向取向塑料降解塑料降解分解、燒焦分解、燒焦結(jié)論：結(jié)論：材料不同材料不同性能要求不同性能要求不同加工方法不同加工方法不同三種物理狀態(tài)：三種物理狀態(tài)： 玻璃態(tài)：玻璃態(tài)： Tf (Tm)0.2.1高聚物的狀態(tài)變化與成型加工的關(guān)系高聚物的狀態(tài)變化與成型加工的關(guān)系 聚合物從一種狀態(tài)聚合物從一種狀態(tài)另一種狀態(tài)的影響因素另一種狀態(tài)的影響因素:(1) 聚合物的分子結(jié)構(gòu)聚合物的分子結(jié)構(gòu)(2) 聚合物體系的組成聚合物體系的組成(3) 聚合物所受應(yīng)力聚合物所受應(yīng)力(4) 環(huán)境溫度環(huán)境溫度 當(dāng)聚合物及組成一定時(shí)，在一定外力作用下，聚當(dāng)聚合物及組成一定時(shí)

17、，在一定外力作用下，聚集態(tài)的轉(zhuǎn)變主要與溫度有關(guān)：集態(tài)的轉(zhuǎn)變主要與溫度有關(guān)：聚合物聚聚合物聚集態(tài)不同集態(tài)不同內(nèi)聚能內(nèi)聚能 不同不同性能性能不同不同聚合物對(duì)加工聚合物對(duì)加工技術(shù)的適用性技術(shù)的適用性不同不同 TTg玻璃態(tài)玻璃態(tài) 大分子鏈上僅鍵長(zhǎng)、鍵角發(fā)生形變，模量高、大分子鏈上僅鍵長(zhǎng)、鍵角發(fā)生形變，模量高、形變極小形變極小,不宜大形變加工不宜大形變加工只能進(jìn)行機(jī)械加工只能進(jìn)行機(jī)械加工T=TgTf高彈態(tài)高彈態(tài) 體積膨脹，大分子不能移動(dòng)，但鏈段有足夠體積膨脹，大分子不能移動(dòng)，但鏈段有足夠動(dòng)空間、能移動(dòng)，形變可逆動(dòng)空間、能移動(dòng)，形變可逆非晶聚合物：非晶聚合物：TgTf近近 Tf側(cè)，強(qiáng)力成型，形側(cè)，強(qiáng)力成型

18、，形變可逆，變可逆， Tg以下使用以下使用結(jié)晶聚合物：結(jié)晶聚合物：TgTm拉伸拉伸T=TfTd粘流態(tài)粘流態(tài) 整個(gè)大分子能移動(dòng)，呈塑性，模量降至最低，整個(gè)大分子能移動(dòng)，呈塑性，模量降至最低，較小外力能引起宏觀流動(dòng)，形變不可逆較小外力能引起宏觀流動(dòng)，形變不可逆大多數(shù)成型方法在此溫度范圍大多數(shù)成型方法在此溫度范圍0.2.2 成型加工方法和實(shí)質(zhì)成型加工方法和實(shí)質(zhì) 高分子材料成型加工是一個(gè)復(fù)雜的物理高分子材料成型加工是一個(gè)復(fù)雜的物理化學(xué)變化過(guò)程，其中，流動(dòng)性化學(xué)變化過(guò)程，其中，流動(dòng)性是必要條件。是必要條件。加工技術(shù)從形變出發(fā)：加工技術(shù)從形變出發(fā)：（1）高聚物熔體）高聚物熔體塑性形變：塑性形變：Tf(m)

19、 Td，多用于一次成型，多用于一次成型（2）高聚物類(lèi)橡膠態(tài)）高聚物類(lèi)橡膠態(tài)彈性形變（殘余形變）：彈性形變（殘余形變）： TgTf，多用于二次成型，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）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）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）高聚物單體或預(yù)聚體直接成型化學(xué)加工：澆注化學(xué)加工：澆注（6）高聚物機(jī)械加工）高聚物機(jī)械加工后處理。后處理。成型加工中發(fā)生的物理成型加工中發(fā)生的物理化學(xué)變化化學(xué)變化 （1）物理變化為主：）物理變化為主：熱塑性塑料熱塑性塑料 材料材料 加

20、熱加熱 流動(dòng)流動(dòng) 冷卻冷卻 凝固凝固 （2）化學(xué)變化為主：）化學(xué)變化為主：澆注成型澆注成型 單體或預(yù)聚體單體或預(yù)聚體 加熱或引發(fā)劑加熱或引發(fā)劑 聚合成型聚合成型 （3）物理變化）物理變化化學(xué)變化兼有：化學(xué)變化兼有：熱固性塑料、橡膠熱固性塑料、橡膠 材料材料 加熱加熱 流動(dòng)流動(dòng) 交聯(lián)交聯(lián)(硫化硫化) 成型成型0.2.3 制品的性能內(nèi)在性質(zhì)：通過(guò)選擇合適材料，容易解決內(nèi)在性質(zhì)：通過(guò)選擇合適材料，容易解決附加性質(zhì)：加工中使材料發(fā)生實(shí)質(zhì)性變化附加性質(zhì)：加工中使材料發(fā)生實(shí)質(zhì)性變化外觀性質(zhì)外觀性質(zhì)耐久性質(zhì)耐久性質(zhì)使用性質(zhì)使用性質(zhì)制品性能制品性能材料內(nèi)在性質(zhì)材料內(nèi)在性質(zhì)加工中產(chǎn)生的附加性質(zhì)加工中產(chǎn)生的附加性

21、質(zhì)對(duì)制品性能的影響極為重要對(duì)制品性能的影響極為重要附加性能對(duì)制品性能影響附加性能對(duì)制品性能影響(1) 形狀上的變化：使用上的要求形狀上的變化：使用上的要求(2) 結(jié)構(gòu)上的變化結(jié)構(gòu)上的變化 分子結(jié)構(gòu)上的變化：交聯(lián)、硫化分子結(jié)構(gòu)上的變化：交聯(lián)、硫化 聚集態(tài)結(jié)構(gòu)上的變化：微觀結(jié)晶、取向等聚集態(tài)結(jié)構(gòu)上的變化：微觀結(jié)晶、取向等(3) 性質(zhì)上的變化：反映出制品宏觀性能改變性質(zhì)上的變化：反映出制品宏觀性能改變 如：結(jié)晶如：結(jié)晶 剛性剛性 ,取向取向 各向異性各向異性,交聯(lián)交聯(lián) 彈性、強(qiáng)度彈性、強(qiáng)度 物理變化物理變化軟化、熔化、溶解、冷卻固化、溶劑揮發(fā)軟化、熔化、溶解、冷卻固化、溶劑揮發(fā)鹽析、結(jié)晶、取向（拉伸

22、強(qiáng)度）鹽析、結(jié)晶、取向（拉伸強(qiáng)度）化學(xué)變化化學(xué)變化接枝、嵌段、分解、降解、炭化、聚合接枝、嵌段、分解、降解、炭化、聚合交聯(lián)交聯(lián)0.3高分子材料的加工程序和研究方法0.3.1加工技術(shù)程序：加工技術(shù)程序：高分子材料制備高分子材料制備成型工藝成型工藝制品制品配料，混合配料，混合?；?、粉化?；?、粉化塑化塑化,一次一次 二次成型二次成型定型定型后加工后加工塑料流程塑料流程橡膠流程基本工藝過(guò)程：基本工藝過(guò)程： 配料配料 塑煉塑煉 混煉混煉 成型成型 硫化硫化原原料料單體單體生膠生膠制造制造生生膠膠切膠切膠烘膠烘膠塑塑煉煉塑煉塑煉膠膠混混煉煉混煉混煉膠膠成成型型壓延、壓出壓延、壓出模壓、注塑模壓、注塑半成品

23、半成品（胚料）（胚料）硫硫化化橡膠橡膠制品制品膠料的膠料的制造制造配合劑配合劑預(yù)加工預(yù)加工0.3.2 研究設(shè)計(jì)方法高聚物高聚物配合劑配合劑配方設(shè)計(jì)配方設(shè)計(jì)試樣制備試樣制備性能測(cè)試性能測(cè)試第一循環(huán)第一循環(huán)生產(chǎn)工藝制定生產(chǎn)工藝制定高分子材料制品高分子材料制品第二循環(huán)第二循環(huán)第一循環(huán)：第一循環(huán)：配方設(shè)計(jì)配方設(shè)計(jì)第二循環(huán)：第二循環(huán)：加工工藝制定、經(jīng)濟(jì)成本估算加工工藝制定、經(jīng)濟(jì)成本估算性能性能力學(xué)、熱、電、力學(xué)、熱、電、 化學(xué)性能等化學(xué)性能等決定決定0.4 成型加工的要求和任務(wù)熱力學(xué)、力學(xué)熱力學(xué)、力學(xué)物理化學(xué)、有機(jī)化學(xué)物理化學(xué)、有機(jī)化學(xué)質(zhì)量和能量的傳遞質(zhì)量和能量的傳遞高分子化學(xué)高分子化學(xué)高分子物理高分子

24、物理粘彈性流體力學(xué)（流變學(xué)）粘彈性流體力學(xué)（流變學(xué)）所需的基本知識(shí)所需的基本知識(shí)0.4.1 成型加工的基礎(chǔ)知識(shí)要求成型加工的基礎(chǔ)知識(shí)要求0.4.2 聚合物成型加工的任務(wù)聚合物成型加工的任務(wù) 聚合物加工基本任務(wù)聚合物加工基本任務(wù)研究實(shí)現(xiàn)從原料到制品的研究實(shí)現(xiàn)從原料到制品的轉(zhuǎn)變所要采用的適當(dāng)方法及所獲得的產(chǎn)品質(zhì)量與轉(zhuǎn)變所要采用的適當(dāng)方法及所獲得的產(chǎn)品質(zhì)量與各種因素（如材料的流動(dòng)和形變的行為以及其性各種因素（如材料的流動(dòng)和形變的行為以及其性質(zhì)、各種加工條件參數(shù)及設(shè)備結(jié)構(gòu)等）的關(guān)系。質(zhì)、各種加工條件參數(shù)及設(shè)備結(jié)構(gòu)等）的關(guān)系。 成型加工工程的任務(wù)包括賦予作為原料的成成型加工工程的任務(wù)包括賦予作為原料的成

25、型材料以一定特性和加工價(jià)值，并制成所要求得型材料以一定特性和加工價(jià)值，并制成所要求得到的實(shí)用性制品。到的實(shí)用性制品。0.4.3成型加工的過(guò)程成型加工的過(guò)程高分子材料成型加工通常包括高分子材料成型加工通常包括兩個(gè)過(guò)程兩個(gè)過(guò)程： （1） 首先使原材料產(chǎn)生變形或流動(dòng)，首先使原材料產(chǎn)生變形或流動(dòng)，并取得所需要的形狀并取得所需要的形狀 （2） 進(jìn)行固化以設(shè)法保持所取得的進(jìn)行固化以設(shè)法保持所取得的形狀成為制品形狀成為制品0.4.4 成型加工的主要功能 成型加工工程的主要功能有：成型加工工程的主要功能有： (1) 賦形。如制成薄膜或齒輪等形狀。賦形。如制成薄膜或齒輪等形狀。 (2) 使成型材料熔融、固化。靈

26、活應(yīng)用加熱和冷卻操作使之使成型材料熔融、固化。靈活應(yīng)用加熱和冷卻操作使之易于賦形。易于賦形。 (3) 進(jìn)行硬化反應(yīng)。加工熱固性樹(shù)脂時(shí)，加熱使其產(chǎn)生縮聚進(jìn)行硬化反應(yīng)。加工熱固性樹(shù)脂時(shí)，加熱使其產(chǎn)生縮聚反應(yīng)而成為具有三維結(jié)構(gòu)的高聚物。反應(yīng)而成為具有三維結(jié)構(gòu)的高聚物。 (4) 實(shí)現(xiàn)某些附加作用。實(shí)現(xiàn)某些附加作用。 0.5 發(fā) 展 史19世紀(jì)之前，人類(lèi)已開(kāi)始使用天然高分子材料世紀(jì)之前，人類(lèi)已開(kāi)始使用天然高分子材料1892年：確定了天然橡膠的干餾產(chǎn)物為異戊二烯結(jié)構(gòu)，為高分年：確定了天然橡膠的干餾產(chǎn)物為異戊二烯結(jié)構(gòu)，為高分子的合成指明了方向。子的合成指明了方向。1930年：年：Standinger發(fā)表了大

27、分子學(xué)說(shuō)，為高分子材料的合成發(fā)表了大分子學(xué)說(shuō)，為高分子材料的合成制備奠定了理論基礎(chǔ)。制備奠定了理論基礎(chǔ)。1930-1940年：發(fā)展了縮聚反應(yīng)理論，建立了乳液聚合理論。年：發(fā)展了縮聚反應(yīng)理論，建立了乳液聚合理論。 1820年：年：Hancock 設(shè)計(jì)了第一臺(tái)開(kāi)放式輥筒機(jī)，為橡膠設(shè)計(jì)了第一臺(tái)開(kāi)放式輥筒機(jī)，為橡膠塑煉、配料及聚合物混煉工藝的實(shí)施提供了有力的工具。塑煉、配料及聚合物混煉工藝的實(shí)施提供了有力的工具。 1835年：年：Chaffee 創(chuàng)制了第一臺(tái)蒸氣加熱的雙輥機(jī)創(chuàng)制了第一臺(tái)蒸氣加熱的雙輥機(jī) 。 1839年：年：Goodyear 發(fā)現(xiàn)硫磺對(duì)橡膠具有交聯(lián)作用（橡發(fā)現(xiàn)硫磺對(duì)橡膠具有交聯(lián)作用（橡膠

28、工業(yè)發(fā)展重要的里程碑）。膠工業(yè)發(fā)展重要的里程碑）。 1910年：英國(guó)年：英國(guó)Banbury 首創(chuàng)密煉機(jī)（首創(chuàng)密煉機(jī)（Banbury Mixer） 二十世紀(jì)中期：連續(xù)混合機(jī)，高速混合機(jī)。二十世紀(jì)中期：連續(xù)混合機(jī)，高速混合機(jī)。1862年：英國(guó)年：英國(guó)Alexander展出由注射成型制得的梳子、展出由注射成型制得的梳子、傘柄等制品傘柄等制品1869年：英國(guó)年：英國(guó)Hayatt 制成塞璐珞（硝酸纖維素），其制成塞璐珞（硝酸纖維素），其一出六模具具有主流道、分流道和澆口一出六模具具有主流道、分流道和澆口1932年：德國(guó)年：德國(guó)Hans Gastrovl發(fā)明了有分流梭的料筒發(fā)明了有分流梭的料筒1940年：

29、德國(guó)年：德國(guó)BASF公司發(fā)明了螺桿直射注塑法公司發(fā)明了螺桿直射注塑法70年代：塑料工業(yè)發(fā)展的重要?dú)v史時(shí)期，年代：塑料工業(yè)發(fā)展的重要?dú)v史時(shí)期，“以塑代以塑代鋼鋼”、“以塑代木以塑代木”Rossi-Peakes 螺旋模的流動(dòng)試驗(yàn)，用標(biāo)準(zhǔn)條件測(cè)出塑料螺旋模的流動(dòng)試驗(yàn)，用標(biāo)準(zhǔn)條件測(cè)出塑料流出量和流動(dòng)長(zhǎng)度來(lái)反映工藝特性流出量和流動(dòng)長(zhǎng)度來(lái)反映工藝特性Gilmore、Spencer在柱塞式注塑機(jī)用在柱塞式注塑機(jī)用PS研究熱塑性塑研究熱塑性塑料對(duì)可模塑性條件的影響料對(duì)可模塑性條件的影響優(yōu)點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)：機(jī)身低，便于操作和維：機(jī)身低，便于操作和維修；機(jī)器重心低，安裝穩(wěn)定性修；機(jī)器重心低，安裝穩(wěn)定性好；制品頂出后可利用其

30、自重好；制品頂出后可利用其自重作用而自動(dòng)下落，容易實(shí)現(xiàn)自作用而自動(dòng)下落，容易實(shí)現(xiàn)自動(dòng)操作。動(dòng)操作。缺點(diǎn)缺點(diǎn)：模具安裝和嵌件的安放：模具安裝和嵌件的安放比較麻煩；占地面積較大。比較麻煩；占地面積較大。適用適用：大、中、小型注射機(jī)。：大、中、小型注射機(jī)。 臥式注射機(jī)臥式注射機(jī)注射機(jī)注射系統(tǒng)（塑化、注射）鎖模系統(tǒng)（開(kāi)啟、閉合模具）模 具（賦予塑料形狀和尺寸）由注射系統(tǒng)、鎖模系統(tǒng)和塑模三大部分組成。由注射系統(tǒng)、鎖模系統(tǒng)和塑模三大部分組成。0.5.4 擠出成型擠出成型技術(shù)的發(fā)展技術(shù)的發(fā)展 “擠出”來(lái)源于拉丁文“ex”（離去）和“truder”（推） 1795年：年：Bramah 發(fā)明的由一個(gè)手動(dòng)的柱塞和

31、機(jī)頭組成的擠發(fā)明的由一個(gè)手動(dòng)的柱塞和機(jī)頭組成的擠出機(jī)出機(jī) 1879年：英國(guó)年：英國(guó)Gray發(fā)明第一部螺旋擠出機(jī)發(fā)明第一部螺旋擠出機(jī) 十九世紀(jì)末：英國(guó)的十九世紀(jì)末：英國(guó)的Gray和美國(guó)的和美國(guó)的Royle取得了阿基米德螺取得了阿基米德螺桿擠出機(jī)的專(zhuān)利，同一時(shí)期，桿擠出機(jī)的專(zhuān)利，同一時(shí)期，Rowell和和Finlayson 進(jìn)行了螺進(jìn)行了螺桿擠出機(jī)的第一個(gè)理論研究桿擠出機(jī)的第一個(gè)理論研究 1925年：擠出年：擠出PVC，標(biāo)志著現(xiàn)代擠出工藝的開(kāi)端，標(biāo)志著現(xiàn)代擠出工藝的開(kāi)端 1935年：德國(guó)的年：德國(guó)的Troester 制造了第一臺(tái)專(zhuān)為熱塑性塑料的制造了第一臺(tái)專(zhuān)為熱塑性塑料的螺桿擠出機(jī)螺桿擠出機(jī) 單螺

32、桿擠出機(jī)是由一根阿基米德螺桿在加熱的料筒中單螺桿擠出機(jī)是由一根阿基米德螺桿在加熱的料筒中旋轉(zhuǎn)構(gòu)成的。大小一般用螺桿直徑來(lái)表示。旋轉(zhuǎn)構(gòu)成的。大小一般用螺桿直徑來(lái)表示。雙螺桿擠出機(jī)雙螺桿擠出機(jī)指在一根兩相連孔道組成指在一根兩相連孔道組成截面的料筒內(nèi)由兩根相互嚙截面的料筒內(nèi)由兩根相互嚙合或相切的螺桿組成的擠出裝置。合或相切的螺桿組成的擠出裝置。1.4 1.4 制造方法及組成對(duì)高分子制造方法及組成對(duì)高分子材料性能的影響材料性能的影響 高分子化合物高分子化合物 填充劑（無(wú)機(jī)物）填充劑（無(wú)機(jī)物） 低分子物（添加劑）低分子物（添加劑）制造方法制造方法組成組成聚合物的聚合方法聚合物的聚合方法聚合物的反應(yīng)（聚合

33、物功能化）聚合物的反應(yīng)（聚合物功能化）合金化合金化高分子合金：指塑料或橡膠經(jīng)物理共混或化學(xué)改性后，高分子合金：指塑料或橡膠經(jīng)物理共混或化學(xué)改性后， 形成的宏觀上均相、微觀上分離的一類(lèi)材料形成的宏觀上均相、微觀上分離的一類(lèi)材料兩種或兩種以上各具本身優(yōu)點(diǎn)的聚合物混合在兩種或兩種以上各具本身優(yōu)點(diǎn)的聚合物混合在一起，從而得到性能優(yōu)異的材料。一起，從而得到性能優(yōu)異的材料。聚合物并用聚合物并用即聚合物共混，已是高分子科學(xué)的發(fā)展方向?，F(xiàn)即聚合物共混，已是高分子科學(xué)的發(fā)展方向。現(xiàn)在真正能工業(yè)化生產(chǎn)的聚合物只有數(shù)十種，而對(duì)在真正能工業(yè)化生產(chǎn)的聚合物只有數(shù)十種，而對(duì)高分子的使用要求越來(lái)越高，一種聚合物難以滿(mǎn)高分子

34、的使用要求越來(lái)越高，一種聚合物難以滿(mǎn)足所有各方面的要求，即聚合物都各有所長(zhǎng)，各足所有各方面的要求，即聚合物都各有所長(zhǎng)，各有所短。有所短。 例：塑料強(qiáng)度高，橡膠彈性好，所以考慮并用。例：塑料強(qiáng)度高，橡膠彈性好，所以考慮并用。共混共混并用聚合物的選用：并非任何聚合物都可以相互并用，并用聚合物的選用：并非任何聚合物都可以相互并用，應(yīng)從以下幾方面考慮：應(yīng)從以下幾方面考慮：并用目的并用目的即從制品所要求的性能考慮，是并用的第一即從制品所要求的性能考慮，是并用的第一原則和前提。原則和前提。 例：增韌例：增韌加彈性體到塑料中；加彈性體到塑料中； 增強(qiáng)增強(qiáng)加加塑料到橡膠中；塑料到橡膠中； 提高流動(dòng)性提高流動(dòng)性

35、PVC中加中加PS。考慮能否混合考慮能否混合溶解度參數(shù)相近的原則，但不能太接近（形溶解度參數(shù)相近的原則，但不能太接近（形成的結(jié)構(gòu)不好），應(yīng)使材料形成亞微觀分相成的結(jié)構(gòu)不好），應(yīng)使材料形成亞微觀分相結(jié)構(gòu)，性能才會(huì)優(yōu)異。結(jié)構(gòu)，性能才會(huì)優(yōu)異。 對(duì)需要交聯(lián)的聚合物：共混中交聯(lián)。對(duì)需要交聯(lián)的聚合物：共混中交聯(lián)。 例：動(dòng)態(tài)硫化共混型熱塑性彈性體。例：動(dòng)態(tài)硫化共混型熱塑性彈性體。 考慮配合劑在聚合物中的分布：有些配合劑在某考慮配合劑在聚合物中的分布：有些配合劑在某一種聚合物中易混合。一種聚合物中易混合。例：輪胎。例：輪胎。 考慮會(huì)否發(fā)生化學(xué)反應(yīng)：有利的要利用（如產(chǎn)生考慮會(huì)否發(fā)生化學(xué)反應(yīng)：有利的要利用（如產(chǎn)生

36、接枝或共聚），不利的要避免或控制。接枝或共聚），不利的要避免或控制。 現(xiàn)較熱門(mén)的反應(yīng)性共混：利用基團(tuán)，或使其中的一相反應(yīng)?，F(xiàn)較熱門(mén)的反應(yīng)性共混：利用基團(tuán)，或使其中的一相反應(yīng)。1.5.1 熱塑性塑料熱塑性塑料-聚乙烯（聚乙烯（PE）（1 1）基本特性）基本特性 是樹(shù)脂中分子結(jié)構(gòu)最簡(jiǎn)單的一種，它原料來(lái)源豐富，價(jià)格是樹(shù)脂中分子結(jié)構(gòu)最簡(jiǎn)單的一種，它原料來(lái)源豐富，價(jià)格低廉，具有優(yōu)異的電絕緣性和化學(xué)穩(wěn)定性，易于成型加工，并低廉，具有優(yōu)異的電絕緣性和化學(xué)穩(wěn)定性，易于成型加工，并且品種較多，可滿(mǎn)足不同的性能要求。是目前產(chǎn)量最大的樹(shù)脂且品種較多，可滿(mǎn)足不同的性能要求。是目前產(chǎn)量最大的樹(shù)脂品種，用途極為廣泛。品種

37、，用途極為廣泛。 分為低密度聚乙烯（分為低密度聚乙烯（LDPE）（高壓法）和）（高壓法）和 外觀：外觀：乳白色蠟狀物，無(wú)味、無(wú)臭、無(wú)毒，半透的顆粒狀乳白色蠟狀物，無(wú)味、無(wú)臭、無(wú)毒，半透的顆粒狀物料。物料。 1.5 四大通用塑料的性能與成型加工四大通用塑料的性能與成型加工1.5.1 熱塑性塑料-PE（2）主要用途）主要用途 可進(jìn)行吹塑薄膜、擠出涂覆、電線電纜的包覆、注塑和中空可進(jìn)行吹塑薄膜、擠出涂覆、電線電纜的包覆、注塑和中空成型等成型等 ； 各種瓶、容器和汽油桶等中空制品占各種瓶、容器和汽油桶等中空制品占HDPE總需求量的總需求量的50%以上，以上， HDPE瓶廣泛用于食品、化學(xué)品、藥品、化妝

38、品、洗滌瓶廣泛用于食品、化學(xué)品、藥品、化妝品、洗滌劑等的包裝；劑等的包裝； 薄膜、管材、電線電纜和各種注塑制品等。薄膜、管材、電線電纜和各種注塑制品等。（3）成型特點(diǎn)）成型特點(diǎn) 成型加工溫度較低，熔體粘度低，易于成型加工。成型加工溫度較低，熔體粘度低，易于成型加工。LDPE一般在一般在180左右，左右，HDPE一般在一般在220左右，最高成型加工溫左右，最高成型加工溫度通常不超過(guò)度通常不超過(guò)280。 1.5.1 PE的成型特點(diǎn)熔融狀態(tài)下，熔融狀態(tài)下，PE具有氧化傾向，因而，成型加工中具有氧化傾向，因而，成型加工中應(yīng)盡量減少熔體與空氣的接觸及在高溫下的停留時(shí)間。應(yīng)盡量減少熔體與空氣的接觸及在高溫

39、下的停留時(shí)間。制品的結(jié)晶度取決于成型加工中對(duì)冷卻速率的控制。制品的結(jié)晶度取決于成型加工中對(duì)冷卻速率的控制。 應(yīng)盡量使制品各部分冷卻速率均勻一致，以免產(chǎn)生應(yīng)盡量使制品各部分冷卻速率均勻一致，以免產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力，降低制品的力學(xué)性能。內(nèi)應(yīng)力，降低制品的力學(xué)性能。由于結(jié)晶，由于結(jié)晶，PE熔體冷卻后熔體冷卻后收縮率較大收縮率較大，一般，一般成型收成型收縮率為縮率為1.5%5.0%。1.5.2 熱塑性塑料熱塑性塑料-聚丙烯（聚丙烯（PP）（1）基本特性）基本特性 聚丙烯無(wú)色、無(wú)味、無(wú)毒。外觀似聚乙烯，但比聚乙烯更透聚丙烯無(wú)色、無(wú)味、無(wú)毒。外觀似聚乙烯，但比聚乙烯更透明、更輕。密度僅為明、更輕。密度僅為0.90

40、0.91g/cm。它不吸水，光澤好，易著。它不吸水，光澤好，易著色。色。（2）主要用途）主要用途 聚丙烯可用做各種機(jī)械零件如法蘭、接頭、泵葉輪、汽車(chē)零聚丙烯可用做各種機(jī)械零件如法蘭、接頭、泵葉輪、汽車(chē)零件和自行車(chē)零件件和自行車(chē)零件;可作為水、蒸汽、各種酸堿等的輸送管道，化可作為水、蒸汽、各種酸堿等的輸送管道，化工容器和其他設(shè)備的襯里、表面涂層；可制造蓋和本體合一的工容器和其他設(shè)備的襯里、表面涂層；可制造蓋和本體合一的箱殼，各種絕緣零件，并用于醫(yī)藥工業(yè)中。箱殼，各種絕緣零件，并用于醫(yī)藥工業(yè)中。1.5.2 PP的成型特點(diǎn) 成型收縮范圍及收縮率大，易發(fā)生縮孔、凹痕、變形，方向成型收縮范圍及收縮率大，易發(fā)生縮孔、凹痕、變形，方向性強(qiáng)；流動(dòng)性極好，易于成形，熱容量大，注射成形模具必須設(shè)性強(qiáng)；流動(dòng)性極好，易于成形，熱容量大，注射成形模具必須設(shè)計(jì)能充分進(jìn)行冷卻的冷卻回路，注意控制成形溫度。料溫低時(shí)方計(jì)能充分進(jìn)行冷卻的冷卻回路，注意控制成形溫度。料溫低時(shí)方向性明顯，尤其是低溫、高壓時(shí)更明顯。聚丙烯成形的適宜模溫向性明顯，尤其是低溫、高壓時(shí)更明顯。聚丙烯成形的適宜模溫為為80C左右，不可低于左右，不可低于50C，否則