聚合物的加工性質演示文稿

聚合物的加工性質演示文稿當前1頁，總共51頁。（優(yōu)選）聚合物的加工性質當前2頁，總共51頁。本門課程的研究對象、性質

高分子材料具有其它傳統材料不能比擬的突出性能，在尖端技術、國防建設和國民經濟各個領域已經成為不可缺少的材料。而大多數高分子材料需要經過成型加工才能形成制品，制品的質量取決于材料的選擇和加工條件。當前3頁，總共51頁。高分子材料成型加工與工藝是控制高分子制品結構和性能的中心環(huán)節(jié)，其內容涉及化學、物理、力學、機械、計算機模擬與控制等多學科，它的任務是了解高分子材料加工特性，確定最適宜的加工條件和設備，制得最佳產品，為合成具有預期性能的高分子材料提供理論依據，為解決高技術的突破提供關鍵材料。當前4頁，總共51頁。第一章概論材料的加工性質當前5頁，總共51頁。[教學內容和要點]

聚合物加工的概念、本門課程研究的主要任務、加工過程中聚合物的變化、聚合物加工過程與形式。重點是聚合物加工的基本概念和研究的基本任務。當前6頁，總共51頁。1.1

聚合物材料的加工性聚合物的可擠壓性、可模塑性、可紡性與可延性1.2

聚合物加工過程中的粘彈性行為

聚合物的粘彈性形變與加工條件的關系

粘彈性形變的滯后效應當前7頁，總共51頁。

[思考題]1）聚合物成型加工主要研究的任務是什么？2）聚合物加工的過程由幾步組成？3）聚合物加工的形式有哪些？試舉例說明。4）聚合物加工中的松弛時間是如何表示的？當前8頁，總共51頁。聚合物加工是將聚合物(有時還加入各種添加劑、助劑或改性材料等)轉變成實用材料或制品的一種工程技術。要實現這種轉變，就要采用適當的方法。研究這些方法及所獲得的產品質量與各種因素(材料的流動和形變的行為以及其它性質、各種加工條件參數及設備結構等)的關系，就是聚合物加工這門技術的基本任務。

當前9頁，總共51頁。加工過程中聚合物表現出形狀、結構和性質等方面的變化。形狀轉變往往是為滿足使用的最起碼要求而進行的，例如將粒狀或粉狀聚合物制成各種型材、各種形式的制品等，大多數情況下總是使聚合物流動或變形來實現形狀的轉變。當前10頁，總共51頁。材料結構的轉變包括聚合物組成、組成方式、材料宏觀與微觀結構的變化等.這種轉變主要是為滿足對成品內在質量的要求而進行的，一般通過配方設計、原材料的混合、采用不同加工方法和成型條件來實現。當前11頁，總共51頁。大多數情況下，聚合物加工通常包括兩個過程：(1)

使原材料產生變形或流動，并取得所需要的形狀，(2)

設法保持取得的形狀（即固化)。

當前12頁，總共51頁。聚合物加工與成型通常有以下形式：1.

聚合物熔體的加工2.

類橡膠狀聚合物的加工3.

聚合物溶液的加工

4.

低分子聚合物或預聚物的加工5.聚合物懸浮體的加工

當前13頁，總共51頁。根據加工方法的特點或聚合物在加工過程變化的特征，可用不同的方式對這些加工技術進行分類。常見的一種分類方法是根據聚合物在加工過程是否有物理或化學變化，而將這些加工技術分為三類：當前14頁，總共51頁。第一類是加工過程主要發(fā)生物理變化。熱塑性聚合物的加工屬于此類。例如注射成型、擠出成型、壓延成型等。加工過程中聚合物都必須加熱到軟化溫度或流動溫度以上，通過塑性形變或流動而成型，并通過冷卻固化而得成品。當前15頁，總共51頁。第二類是加工過程只發(fā)生化學變化的。如鑄塑成型中單體或低聚物在引發(fā)劑或熱的作用下因發(fā)生聚合反應或交聯反應而固化。當前16頁，總共51頁。第三類則是加工過程中同時兼有物理和化學變化的。熱固性塑料的模壓成型、注射成型和傳遞模塑成型以及橡皮的成型等。

當前17頁，總共51頁。這些加工技術大致包括以下四個過程：（1）混合、熔融和均化作用；（2）輸送和擠壓；（3）拉伸或吹塑；（4）冷卻和固化當前18頁，總共51頁。第一篇聚合物加工的理論基礎當前19頁，總共51頁。

第一章材料的加工性質當前20頁，總共51頁。聚合物具有一些特有的加工性質：良好的可模塑性(Mouldability)，可擠壓性(Extrudability)，可紡性(Spinnability)，可延性(Stretchability)。

正是這些加工性質為聚合物材料提供了適于多種多樣加工技術的可能性，也是聚合物能得到廣泛應用的重要原因。當前21頁，總共51頁。第一節(jié)聚合物材料的加工性當前22頁，總共51頁。根據聚合物所表現的力學性質和分子熱運動特征，可以將聚合物劃分為玻璃態(tài)(結晶聚合物為結晶態(tài))、高彈態(tài)和粘流態(tài)，通常稱這些狀態(tài)為聚集態(tài)。在聚合物及其組成一定時，聚集態(tài)的轉變主要與溫度有關。當前23頁，總共51頁。熔融紡絲注射成型薄膜吹塑擠出成型壓延成型中空成型真空和壓力成型薄膜和纖維熱拉伸薄膜和纖維冷拉伸圖1-1線型聚合物聚集態(tài)與成型加工的關系當前24頁，總共51頁。

聚合物在加工過程中都要經歷聚集態(tài)轉變，了解這些轉變的本質和規(guī)律就能選擇適當的加工方法和確定合理的加工工藝，在保持聚合物原有性能的條件下，能以最少的能量消耗，高效率地制得質量良好的產品。當前25頁，總共51頁。玻璃化溫度Tg以下的聚合物，在外力作用下大分子主鏈上的鍵角或鍵長可發(fā)生一定變形，彈性模量高，形變值小，故玻璃態(tài)聚合物不宜進行引起大變形的加工。在Tg以下的某一溫度，材料受力容易發(fā)生斷裂破壞，這一溫度稱為脆化溫度，它是材料使用的下限溫度。

當前26頁，總共51頁。

在Tg以上的高彈態(tài)，聚合物模量減少很多，形變能力顯著增大，形變是可逆的。達到高彈形變的平衡值與完全恢復形變不是瞬時的，高彈形變有時間依賴性，因此應充分考慮到加工中的可逆形變。對于非晶聚合物，在Tg～Tf溫度區(qū)間靠近Tf一側，由于聚合物粘性很大，可進行某些材料的真空成型、壓力成型、壓延和彎曲成型等。當前27頁，總共51頁。高彈態(tài)的上限溫度是Tf，由Tf(或Tm)開始聚合物轉變?yōu)檎沉鲬B(tài)，通常又將這種液體狀態(tài)的聚合物稱為熔體。從Tf開始，材料在Tf以上不高的溫度范圍表現出類橡膠流動行為。這一轉變區(qū)域常用來進行壓延成型、某些擠出成型和吹塑成型等。當前28頁，總共51頁。比Tf更高的溫度使分子熱運動大大激化，材料的模量降低到最低值，聚合物熔體形變的特點是不大的外力就能引起宏觀流動，形變主要是不可逆的粘性形變，冷卻聚合物就能將形變永久保持下來，因此這一溫度范圍常用來進行熔融紡絲、注射、擠出、吹塑和貼合等加工。

當前29頁，總共51頁。

Tf與Tg一樣都是聚合物材料進行成型加工的重要參考溫度。當前30頁，總共51頁。一、聚合物的可擠壓性可擠壓性是指聚合物通過擠壓作用形變時獲得形狀和保持形狀的能力。

當前31頁，總共51頁。聚合物在固體狀態(tài)下不能通過擠壓而成型，只有當聚合物處于粘流態(tài)時才能通過擠壓獲得形變。擠壓過程中，聚合物熔體主要受到剪切作用，可擠壓性主要取決于熔體的剪切黏度和拉伸黏度。大多數聚合物熔體的黏度隨剪切力或剪切速率增大而降低。當前32頁，總共51頁。材料的擠壓性質與聚合物的流變性(剪應力或剪切速率對粘度的關系)，熔融指數和流動速度密切有關。有關流變性和流動速率的測定和計算將在第二章中討論。當前33頁，總共51頁。熔融指數是評價熱塑性聚合物特別是聚烯烴的擠壓性的一種簡單而實用的方法，它是在熔融指數儀中測定的。這種儀器只測定給定剪應力下聚合物的流動度(簡稱流度，即粘度的倒數)。用定溫下10分鐘內聚合物從出料孔擠出的重量（克）來表示，當前34頁，總共51頁。當前35頁，總共51頁。二、聚合物的可模塑性可模塑性是指材料在溫度和壓力作用下形變和在模具中模制成型的能力?？赡Ｋ苄灾饕Q于材料的流變性，熱性質和其它物理力學性質等，熱固性聚合物還與聚合物的化學反應性有關。

當前36頁，總共51頁。過高的溫度，雖然熔體的流動性大，易于成型，但會引起分解，制品收縮率大；溫度過低時熔體粘度大，流動困難，成型性差。適當增加壓力，能改善聚合物的流動性，但過高的壓力將引起溢料(熔體充滿膜腔后溢至模具分型面之間)和增大制品內應力；壓力過低時則造成缺料。當前37頁，總共51頁。A-成型區(qū)域；a-表面不良線；b-溢料線；c-分解線；d-缺料線

模塑面積圖當前38頁，總共51頁。加工過程廣泛用來判斷聚合物可模塑性的方法是螺旋流動試驗。它是通過一個阿基米德螺旋形槽的模具來實現的。聚合物熔體在注射壓力推動下，由中部注入模具中，伴隨流動過程熔體逐漸冷卻并硬化為螺線。螺線的長度反映不同種類或不同級別聚合物流動性的差異。螺線愈長，聚合物流動性愈好。

當前39頁，總共51頁。當前40頁，總共51頁。通過螺線流動試驗可以了解：（1）聚合物在寬廣的剪切應力和溫度范圍內的流變性質；（2）模塑時溫度、壓力和模塑周期等的最佳條件；（3）聚合物分子量和配方中各種添加劑成分和用量對模塑材料流動性和加工條件的影響關系；（4）成型模具澆口和模腔形狀與尺寸對材料流動性和模塑．條件、的影響。當前41頁，總共51頁。三、聚合物的可紡性可紡性是指聚合物材料通過加工形成連續(xù)的固態(tài)纖維的能力。它主要取決于材料的流變性質，熔體粘度、熔體強度以及熔體的熱穩(wěn)定性和化學穩(wěn)定性等。作為紡絲材料，首先要求熔體從噴絲板毛細孔流出后能形成穩(wěn)定細流。

當前42頁，總共51頁。紡絲過程由于拉伸和冷卻的作用都使紡絲熔體粘度增大，也有利于增大紡絲細流的穩(wěn)定性。但隨紡絲速度增大，熔體細流受到的拉應力增加，拉伸形變增大，如果熔體的強度低將出現細流斷裂。所以具有可紡性的聚合物還必須有較高的熔體強度。當前43頁，總共51頁。四、聚合物的可延性可延性表示無定形或半結晶固體聚合物在一個方向或二個方向上受到壓延或拉伸時變形的能力。材料的這種性質為生產長徑比很大的產品提供了可能。利用聚合物的可延性，可通過壓延或拉伸工藝生產薄膜、片材和纖維。

當前44頁，總共51頁。當固體材料在Tg～Tm(或Tf)溫度區(qū)間受到大于屈服強度的拉力作用時，就產生宏觀的塑性延伸形變。在形變過程中在拉伸的同時變細或變薄、變窄。當前45頁，總共51頁。隨著取向程度的提高，大分子間作用力增大，引起聚合物粘度升高，使聚合物表現出“硬化”傾向，形變也趨于穩(wěn)定而不再發(fā)展。取向過程的這種現象稱為“應力硬化”。當應力達到e點，材料因不能承受應力的作用而破壞，這時的應力稱為抗張強度或極限強度。形變的最大值稱為斷裂伸長率。

當前46頁，總共51頁。聚合物通過拉伸作用可以產生力學各向異性，從而可根據需要使材料在某一特定方向(即取向方向)具有比別的方向更高的強度。當前47頁，總共51頁。第二節(jié)聚合物加工過程中的粘彈行為當前48頁，總共51頁。為什么要研究粘彈性行為?由于聚合物大分