高分子成型加工緒論-課件

高分子材料成型加工原理1ppt課件課程介紹高分子化學(xué)：?jiǎn)误w→

聚合物（反應(yīng)、反應(yīng)速率）高分子物理：結(jié)構(gòu)→

性能（分子鏈運(yùn)動(dòng)、粘彈性、流變性）高分子加工：原料→材料、產(chǎn)品（轉(zhuǎn)變方法、工藝參數(shù)）

工藝、設(shè)備、模具

高分子科學(xué)2ppt課件定義：將聚合物（有時(shí)加入各種添加劑、助劑或改性材料）轉(zhuǎn)變?yōu)橹破坊驅(qū)嵱貌牧系囊环N工程技術(shù)。

基本任務(wù)：

1.研究各種成型加工方法和技術(shù)；

2.研究產(chǎn)品質(zhì)量與各種因素之間的關(guān)系；因素包括：a.聚合物本身的性質(zhì)；

b.各種加工條件參數(shù)；

c.設(shè)備和模具的結(jié)構(gòu)尺寸；

d.各種添加劑、助劑；

3.研究提高產(chǎn)量和降低消耗的途徑。高分子成型加工3ppt課件參考書：《高分子加工原理與技術(shù)》王小妹化工版《高分子材料成型加工》周達(dá)飛輕工版《高分子材料加工原理》沈新元紡織出版社《聚合物成型工藝學(xué)》黃銳輕工版教材：《高分子材料成型加工原理》

王貴恒化學(xué)工業(yè)出版社4ppt課件內(nèi)容簡(jiǎn)介第一篇聚合物加工的理論基礎(chǔ)14學(xué)時(shí)流變性質(zhì)、聚合物流動(dòng)第二篇塑料的成型加工18學(xué)時(shí)擠出、注射、壓制、壓延、吹塑等第三篇橡膠加工10學(xué)時(shí)塑煉、混煉、硫化第四篇合成纖維的紡絲及加工4學(xué)時(shí)熔法、干法、濕法紡絲實(shí)驗(yàn)4~5個(gè)14學(xué)時(shí)5ppt課件第一章材料的加工性質(zhì)第二章聚合物的流變性質(zhì)第三章聚合物液體在管和槽中的流動(dòng)第四章聚合物加工過(guò)程中的物理和化學(xué)變化第五章成型物料的配制第六章塑料的一次成型第七章塑料的二次成型第八章膠料的組成及配合第九章膠料的加工第十章硫化第十一章

纖維成形原理及方法6ppt課件課程要求★閉卷考試成績(jī)80分+平時(shí)成績(jī)20分，參考平時(shí)成績(jī)（考勤、提問(wèn)、作業(yè)等）。★結(jié)合生產(chǎn)實(shí)踐、實(shí)驗(yàn)課，加深認(rèn)識(shí)理解。★理解聚合物加工的理論基礎(chǔ)。★基本掌握聚合物材料的主要成型加工方法（以塑料和橡膠為主）。7ppt課件緒論一、聚合物加工過(guò)程首先，使原材料產(chǎn)生變形或流動(dòng)取得所需要的形狀；然后，設(shè)法保持取得的形狀（即硬化）。流動(dòng)－硬化是加工過(guò)程的基本程序。聚合物可塑性狀態(tài)流動(dòng)與變形硬化定形制品方法方法工藝條件8ppt課件二、聚合物加工形式★聚合物熔體的加工—擠出、注射、壓延、模壓★類橡膠狀聚合物的加工—吹塑、拉幅薄膜★聚合物溶液的加工—流涎薄膜、濕或干法紡絲★低分子聚合物或預(yù)聚物的加工—澆鑄★聚合物懸浮體的加工—膠乳、搪塑★聚合物的機(jī)械加工—車、銑、刨9ppt課件擠出機(jī)10ppt課件注射機(jī)11ppt課件四輥壓延機(jī)12ppt課件模壓機(jī)13ppt課件熱成型機(jī)14ppt課件三層共擠流涎纏繞膜生產(chǎn)線15ppt課件車床16ppt課件銑床17ppt課件刨床18ppt課件三、成型加工方法分類

根據(jù)聚合物在加工過(guò)程有否物理或化學(xué)變化，分為三類：

1.主要發(fā)生物理變化的：

熱塑性聚合物的擠出、注射、壓延等升溫→流動(dòng)→

冷卻→

硬化2.只發(fā)生化學(xué)變化的：鑄塑3.兼有物理和化學(xué)變化的：

熱固性聚合物的模壓、注射、傳遞模塑等19ppt課件按階段分一次成型擠出、注射二次成型吹塑、熱成型二次加工（后加工）按操作方式連續(xù)成型管、棒等的生產(chǎn)間歇成型

20ppt課件21ppt課件了解內(nèi)容：高分子材料成型工業(yè)的發(fā)展我國(guó)的高分子材料工業(yè)22ppt課件中國(guó)塑料產(chǎn)業(yè)規(guī)模據(jù)統(tǒng)計(jì)，2007年塑料制品行業(yè)繼續(xù)保持良好的運(yùn)行態(tài)勢(shì)，實(shí)現(xiàn)了穩(wěn)定健康發(fā)展，塑料制品行業(yè)規(guī)模以上企業(yè)達(dá)14952個(gè)，共完成總產(chǎn)值8018.16億元。2007年合成樹(shù)脂消費(fèi)量達(dá)4578.04萬(wàn)噸，規(guī)模以上企業(yè)塑料制品產(chǎn)量達(dá)3073.55萬(wàn)噸，僅次于美國(guó)，位居世界第二位。23ppt課件2007中國(guó)塑料制品產(chǎn)量地區(qū)分布圖24ppt課件2007年，中國(guó)進(jìn)口塑料制品172.4萬(wàn)噸，耗匯112億美元，平均單價(jià)6496美元／噸；出口塑料制品1035.5萬(wàn)噸，創(chuàng)匯233億美元，平均單價(jià)2250美元／噸。進(jìn)口產(chǎn)品單價(jià)是出口產(chǎn)品單價(jià)的2.9倍。從中反映出中國(guó)塑料制品中低檔產(chǎn)品太多，而高檔產(chǎn)品太少。中國(guó)塑料產(chǎn)業(yè)與世界先進(jìn)水平的差距25ppt課件產(chǎn)品名稱：PP-R冷熱水管材26ppt課件產(chǎn)品名稱：PP-R管件27ppt課件產(chǎn)品名稱：塑料厚板塑料扣板28ppt課件汽車防塵罩汽車密封條

空氣軟管

高壓阻尼線

擋泥板

車燈橡膠件

29ppt課件保險(xiǎn)杠聚氨酯發(fā)泡儀表板

30ppt課件橡膠定義：用化學(xué)合成方法生產(chǎn)的高彈性體，經(jīng)硫化制成各種橡膠制品。特點(diǎn)：絕緣緩沖減震缺點(diǎn)：有老化現(xiàn)象31ppt課件丁苯橡膠聚丁二烯橡膠丁基橡膠丁腈橡膠聚異戊二烯橡膠氯丁橡膠聚烯烴共聚物類熱塑彈性體苯乙烯共聚物類熱塑彈性體等。國(guó)際上重要的合成橡膠品種32ppt課件Tyresandwheels33ppt課件Belts34ppt課件35ppt課件36ppt課件纖維定義：線形結(jié)構(gòu)的高分子量合成樹(shù)脂，經(jīng)適當(dāng)方法紡絲制得。特點(diǎn)：強(qiáng)度高，密度小，彈性好;耐磨，耐酸堿性好;不霉?fàn)€，不被蟲蛀，用作衣料等生活用品，用于汽車、飛機(jī)輪胎簾子線、漁網(wǎng)、索橋、船纜、降落傘及絕緣布等。37ppt課件聚丙烯抗裂防滲纖維38ppt課件尼龍繩滌綸纖維39ppt課件近期主要研究熱點(diǎn)1、描述加工過(guò)程中聚合物熔體流動(dòng)情況的流變學(xué)研究。2、聚合物成型過(guò)程中形態(tài)、結(jié)構(gòu)控制研究。如共混聚合物在加工過(guò)程中形成微纖化自增強(qiáng)結(jié)構(gòu)研究；單一聚合物或共混聚合物在加工過(guò)程中形成微晶（或納米晶）自增強(qiáng)、自增韌結(jié)構(gòu)研究；螺桿擠出、注塑過(guò)程中采取拉伸、控制液體流動(dòng)方向等手段來(lái)控制高分子鏈在產(chǎn)品中取向的研究。40ppt課件3、反應(yīng)加工技術(shù)研究。如在螺桿內(nèi)進(jìn)行單體的本體聚合，聚合后原位擠出成型，從而制備高分子量聚合物產(chǎn)品的技術(shù)；將聚合物在螺桿內(nèi)，熔體情況下進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)改性，而后擠出成制品的聚合物改性技術(shù)；對(duì)難熔聚合物采用螺桿內(nèi)單體預(yù)聚，而后擠出、注塑，制品成型后進(jìn)一步完成聚合的技術(shù)。41ppt課件4、聚合物加工新工藝、新設(shè)備研究。如氣輔注塑技術(shù)；氣輔吹塑技術(shù)；納米纖維成纖技術(shù)；超聲波、磨盤、微波、輻射等物理場(chǎng)、力學(xué)場(chǎng)加工技術(shù)；振動(dòng)剪切聚合物加工新原理和新設(shè)備研究等。42ppt課件第一篇聚合物加工的理論基礎(chǔ)

聚合物具有一些特有的加工性質(zhì)，如可擠壓性、可模塑性、可紡性和可延性，為聚合物提供了適于多種多樣加工技術(shù)的可能性，也是聚合物得到廣泛應(yīng)用的重要原因。第一章材料的加工性質(zhì)43ppt課件第一節(jié)聚合物材料的加工性一、聚合物的可擠壓性★定義：聚合物通過(guò)擠壓作用形變時(shí)獲得形狀和保持形狀的能力。粘流態(tài)才能擠壓變形，受到剪切作用?？蓴D壓性與粘度、設(shè)備結(jié)構(gòu)、壓力有關(guān)。

適宜的熔體粘度是聚合物具有良好可擠壓性的重要標(biāo)志。44ppt課件★衡量指標(biāo)：熔融指數(shù)[MI]——給定剪切應(yīng)力、定溫下10分鐘內(nèi)聚合物從出料孔擠出的重量（克）。[MI]表征流動(dòng)度的大小，是粘度的倒數(shù)。某些加工方法適宜的熔融指數(shù)值45ppt課件二、聚合物的可模塑性★定義：聚合物在溫度和壓力作用下形變和在模具中模制成型的能力。

溫度、壓力與聚合物可塑性的關(guān)系46ppt課件★表征方法：螺旋流動(dòng)試驗(yàn)將螺線長(zhǎng)度L與模具尺寸、加工條件、聚合物流變性以及熱性能相聯(lián)系得到以下關(guān)系：47ppt課件通過(guò)螺旋流動(dòng)試驗(yàn)，可以了解

①聚合物在寬廣的剪切應(yīng)力和溫度范圍內(nèi)的流變性質(zhì)②模塑時(shí)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(duì)模塑材料流動(dòng)性和加工條件的影響關(guān)系。④成型模具澆口和模腔形狀與尺寸對(duì)材料流動(dòng)性和模型條件的影響。48ppt課件影響聚合物可模塑性因素

★溫度

過(guò)高的T，雖然熔體的流動(dòng)性大，易于成型，但會(huì)引起分解，制品收縮率大；T過(guò)低時(shí)熔體粘度大，流動(dòng)困難，成型性差；且因彈性發(fā)展，明顯地使制品形狀穩(wěn)定性差。

★壓力適當(dāng)增加P，通常能改善聚合物的流動(dòng)性，但過(guò)高的P將引起溢料和增大制品內(nèi)應(yīng)力，P過(guò)低時(shí)則造成缺料。模塑條件不僅影響聚合物的可模塑性，且對(duì)制品的力學(xué)性能、外觀、收縮以及制品中的結(jié)晶和取向等都有廣泛影響。49ppt課件★聚合物的熱性能:

如導(dǎo)熱系數(shù)、熱焓、比熱等影響它加熱與冷卻的過(guò)程，從而影響熔體的流動(dòng)性和硬化速度，因此也會(huì)影響聚合物制品的性質(zhì)(如結(jié)晶、內(nèi)應(yīng)力、收縮、畸變等)?！锬＞叩慕Y(jié)構(gòu)尺寸:

影響聚合物的模塑性，不良的模具結(jié)構(gòu)甚致會(huì)使成型失敗。50ppt課件三、聚合物的可紡性★定義：聚合物材料通過(guò)加工形成連續(xù)的固態(tài)纖維的能力。

可紡性取決于熔體的粘度、強(qiáng)度以及熱和化學(xué)穩(wěn)定性。

熔體細(xì)流的穩(wěn)定性表示為：

式中:

Lmax：熔體細(xì)流的最大穩(wěn)定長(zhǎng)度；d：噴絲孔直徑；

v：流出速度；η：熔體粘度；γF：熔體表面張力。★衡量指標(biāo)：能形成穩(wěn)定細(xì)流，且有較高的熔體強(qiáng)度。51ppt課件四、聚合物的可延性★定義：無(wú)定型或半結(jié)晶聚合物在一個(gè)或兩個(gè)方向上受到壓延或拉伸時(shí)變形的能力。長(zhǎng)徑比很大的產(chǎn)品，如纖維、薄膜。可延性來(lái)自大分子的長(zhǎng)鏈結(jié)構(gòu)和柔性。52ppt課件OYNDBOY段YN段ND段DB段D點(diǎn)OY段YN段ND段D點(diǎn)DB段53ppt課件★衡量指標(biāo)：塑性形變的能力和應(yīng)變硬化塑性形變能力與聚合物結(jié)構(gòu)、溫度有關(guān)，有冷拉伸和熱拉伸。應(yīng)變硬化與取向程度有關(guān)。可延性測(cè)定：

小型牽伸試驗(yàn)機(jī)斷裂伸長(zhǎng)率εb54ppt課件第二節(jié)聚合物在加工過(guò)程中的

粘彈行為一、聚合物的聚集態(tài)及其加工性聚合物可劃分為玻璃態(tài)（結(jié)晶態(tài)）、高彈態(tài)和粘流態(tài)等聚集態(tài)。聚合物聚集態(tài)的多樣性導(dǎo)致其成型加工的多樣性。55ppt課件Tg

玻璃化溫度Tf

粘流溫度TD分解溫度56ppt課件<Tg

玻璃態(tài)鍵長(zhǎng)鍵角微小變化

很小的普彈形變（與時(shí)間無(wú)關(guān)、可逆）只能進(jìn)行車、銑、削、刨等機(jī)械加工Tg～Tf

高彈態(tài)鏈段的形變和位移

大的高彈形變（時(shí)間依賴性、可逆）可進(jìn)行加壓、彎曲、中空或真空成型>Tf

粘流態(tài)大分子鏈解纏和滑移

粘性形變

（時(shí)間依賴性、不可逆）

常進(jìn)行紡絲、注射、擠出、吹塑、貼合等成型加工57ppt課件二、聚合物的粘彈形變與加工條件的關(guān)系普彈形變高彈形變粘性形變58ppt課件1.與加工溫度T的關(guān)系T↑η2↓η3↓γH↑γV↑，且γH增大趨勢(shì)大于γV。當(dāng)T>Tf（或Tm）時(shí)，以粘性形變?yōu)橹鳎皇羌冋承缘?，也表現(xiàn)一定的彈性。當(dāng)T<Tf時(shí)，以高彈形變?yōu)橹?，粘性成分減小，有效形變值減小。59ppt課件2.與作用力、作用時(shí)間的關(guān)系當(dāng)T<Tf時(shí)，σ↑

t↑γV↑,可逆形變部分的轉(zhuǎn)變?yōu)椴豢赡嫘巫儭?/p>

塑性形變：固體聚合物在Tg~Tf范圍，以較大的外力和較長(zhǎng)的作用時(shí)間下產(chǎn)生的不可逆形變。其實(shí)質(zhì)是高彈條件下大分子的強(qiáng)制性流動(dòng)?！锉容^塑性形變和粘性形變的異同點(diǎn)60ppt課件三、粘彈性形變的滯后效應(yīng)★定義：在動(dòng)態(tài)力作用下，聚合物分子鏈由于跟不上外力作用速度而造成的形變總是落后于應(yīng)力作用速度的現(xiàn)象?！镌颍河捎诰酆衔锏拈L(zhǎng)鏈結(jié)構(gòu)和大分子運(yùn)動(dòng)的逐步性，與應(yīng)力相適應(yīng)的任何形變不可能在瞬間完成，需要一個(gè)松弛過(guò)程。61ppt課件當(dāng)聚合物受力時(shí)，以上三種形變同時(shí)發(fā)生e1e2+e3t2t1te加力瞬間，鍵長(zhǎng)、鍵角立即產(chǎn)生形變，形變直線上升通過(guò)鏈段運(yùn)動(dòng)，構(gòu)象變化，使形變?cè)龃蠓肿渔溨g發(fā)生質(zhì)心位移62ppt課件e1e2e3t0te回復(fù)撤力一瞬間，鍵長(zhǎng)、鍵角等次級(jí)運(yùn)動(dòng)立即回復(fù)，形變直線下降通過(guò)構(gòu)象變化，使熵變?cè)斐傻男巫兓貜?fù)分子鏈間質(zhì)心位移是永久的，留了下來(lái)63ppt課件

高彈形變的松弛時(shí)間：

溫度影響聚合物的松弛過(guò)程滯后效應(yīng)在聚合物加工成型中是普遍存在的，影響制品的性能(變形、收縮、內(nèi)應(yīng)力)?！锎胧涸赥g~Tf范圍對(duì)制品進(jìn)行熱處理。64ppt課件

高彈形變的恢復(fù)過(guò)程也是一個(gè)松弛過(guò)程。因?yàn)榛謴?fù)的快慢一方面與高分子鏈本身的柔順性有關(guān)，柔順性好，恢復(fù)得快，柔順性差，恢復(fù)就慢；另一方面與高聚物所處的溫度有關(guān)，溫度高，恢復(fù)得快，溫度低，恢復(fù)就慢。在成型加工過(guò)程中必須予以充分重視，否則就不可能得到合格的產(chǎn)品。65ppt課件例1：在高聚物擠出成型或熔融紡絲時(shí)，均有這種“出口膨脹”現(xiàn)象。擠出的型材的截面的實(shí)際尺寸比模口尺寸要大，就是由于外力消失后，高聚物分子的高彈形變回縮引起的。因此矩形口模往往得不到矩形截面的擠出物，而是變形或近似圓形：66ppt課件擠出物膨大現(xiàn)象

d0d0d∞d∞abcz剪切速率（s－1）2.22.01.81.61.41.21.010－1100101102103100101102103出口膨脹，直徑之比表觀粘度（Pa·s）a-高聚物流體從d0變到d∞；b-管內(nèi)速度分布；c-遠(yuǎn)離管口時(shí)