高分子材料加工-材料加工工程

材料加工工程第1章概述第2章金屬材料液態(tài)成型第3章金屬材料塑性成型第4章金屬材料連接成型第5章金屬材料切削加工第6章無機非金屬材料加工第7章高分子材料加工第8章復(fù)合材料制備與加工第7章高分子材料加工7.1概述7.1.1高分子材料及其分類高分子材料是由碳、氫、氧、硅、硫等元素組成的分子量足夠高的有機化合物。高分子材料是一類古老而年輕的材料。古老，指的是使用方面，從遠古時期開始，人類就已經(jīng)學(xué)會使用天然高分子材料，如存在于自然界的樹脂、橡膠、皮毛、蠶絲、棉花、纖維素、木材等等；年輕，指的是從科學(xué)和工程的意義上研究高分子材料，在半合成和合成高分子材料出現(xiàn)之后，還不過一個半世紀。天然高分子材料：木材、天然橡膠、棉花、動物皮毛等。合成高分子材料：塑料、合成橡膠和合成纖維高分子材料通常指塑料、橡膠、化學(xué)纖維、涂料、粘合劑等。它們是分子很大、相對分子質(zhì)量很高且具有多分散性的高分子化合物。由于天然高分子化合物生產(chǎn)周期較長、產(chǎn)量有限，目前主要以人工合成為主。1.塑料是以單體為原料，通過加聚或縮聚反應(yīng)聚合而成的高分子化合物，俗稱塑料或樹脂，可以自由改變成分及形體樣式，由合成樹脂及填料、增塑劑、穩(wěn)定劑、潤滑劑、色料等添加劑組成。第7章高分子材料加工按用途和性能分，又可將塑料分為通用塑料和工程塑料。工程塑料是指拉伸強度大于50MPa，沖擊強度大于6kJ/m2，長期耐熱溫度超過100℃的、剛性好、蠕變小、自潤滑、電絕緣、耐腐蝕性優(yōu)良等的、可替代金屬用作結(jié)構(gòu)件的塑料。這種分類并不十分嚴格，隨著通用塑料工程化(亦稱優(yōu)質(zhì)化)技術(shù)的進展，通過改性或合金化的通用塑料，已可在某些應(yīng)用領(lǐng)域替代工程塑料。第7章高分子材料加工2.橡膠

是室溫下具有粘彈性的高分子化合物，在適當(dāng)配合劑存在下，在一定溫度和壓力下硫化(適度交聯(lián))而制得的彈性體材料(橡膠制品)。按用途和性能，可將橡膠分為通用橡膠和特種橡膠。通用橡膠：是指性能與天然橡膠相近，物理性能和加工性能較好，可廣泛用作輪胎和其他一般橡膠制品的橡膠。特種橡膠：指具有特殊性能，可滿足耐熱、耐寒、耐油、耐溶劑、耐化學(xué)腐蝕、耐輻射等待殊使用要求的橡膠制品的橡膠。第7章高分子材料加工熱塑性彈性體的分子結(jié)構(gòu)中一部分或全部由具有橡膠彈性的鏈段所組成，大分子鏈之間存在化學(xué)或物理交聯(lián)而成的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，起補強作用，常溫下顯示橡膠的彈性。而高溫下，受熱的作用這種網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)消失，呈現(xiàn)塑性，可按熱塑性塑料的成型方法塑化成型。冷卻下這種網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)又復(fù)原。塑料和橡膠制品的差別主要在于它們的玻璃化溫度，前者的玻璃化溫度高于室溫，在室溫下通常處于玻璃態(tài)，呈現(xiàn)塑性（僅限于非晶態(tài)高分子）；后者的玻璃化溫度低于室溫，在室溫下通常處于高彈態(tài)，呈現(xiàn)彈性。第7章高分子材料加工7.1.2高分子成型加工1、高分子成型加工定義高分子材料（高分子化合物+添加劑），通過成型加工工藝，得到具有實用性的材料或制品。這一過程的工程技術(shù)，稱為高分子成型加工。（1）如何實現(xiàn)（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)備不同第7章高分子材料加工成型加工：通常是使固體狀態(tài)(粉狀或粒狀)、糊狀或溶液狀態(tài)的高分子化合物熔融或變形，經(jīng)過模具形成所需的形狀，并保持其已經(jīng)取得的形狀，最終得到制品的工藝過程。對一個特定的高分子化合物來說，其成型加工性能是極為重要的特性。高分子化合物在成型加上過程中所表現(xiàn)出來的性質(zhì)和行為主要是由其本身決定的。第7章高分子材料加工2、成型加工性能成型加工性能是指可擠壓性，可模塑性、可延展性和可紡性等。聚合物成型過程中將發(fā)生物理和化學(xué)的變化，從而引起形狀、結(jié)構(gòu)和性質(zhì)等多方面的變化。形狀的變化主要是指粒狀、粉狀或溶液狀的物料經(jīng)成型加工過程而制成各種型材和制品；結(jié)構(gòu)的變化指組成(配方)、材料宏觀與微觀結(jié)構(gòu)的變化；性質(zhì)的變化涉及物理機械件能、熱性能、電性能、耐腐蝕性能、耐候性等。第7章高分子材料加工第7章高分子材料加工3、高分子的狀態(tài)變化與成型加工的關(guān)系三種物理狀態(tài)：玻璃態(tài)：<Tg(玻璃化轉(zhuǎn)變溫度)；高彈態(tài)：Tg～Tf(Tm軟化溫度)；粘流態(tài)：>Tf(粘流態(tài)溫度)在Tg以下，高分子材料處于普彈性狀態(tài)(亦稱玻璃態(tài))，為堅硬的固體。受外力作用形變(普彈形變)很小，一旦外力消失，形變可以立即恢復(fù)。在Tg以上，高分子材料處于高彈態(tài)(亦稱橡膠態(tài))，與普彈態(tài)相比，只要較小的外力就可使其發(fā)生較大的形變(高彈形變)。但這種形變是可逆的。第7章高分子材料加工當(dāng)達到Tf

時，高分子材料處于粘流態(tài)(亦稱流動態(tài))，此時，只要不太大的外力就可使其發(fā)生形變，而且這種形變是不可逆的，外力除去后，仍將繼續(xù)保持，無法自發(fā)恢復(fù)。達到Td（熱分解溫度），則高分子材料開始分解。綜上所述：在Tg以下，對高分子材料不能進行形變較大的成型加工，只能進行機械加工，如車、銑、削、刨等。Tg(對無定形聚合物)或Tm(對結(jié)晶聚合物)是選擇和合理使用塑料的重要溫度參數(shù)，亦是大多數(shù)塑料成型的最低溫度。第7章高分子材料加工高分子化合物的成型加工是通過各種成型加工機械實現(xiàn)的。成型加工工藝包括成型和加工兩個組成部分，而加工又包括機械加工、修飾和裝配三個步驟。在各種塑料成型方法中多數(shù)采用擠出成型和注射成型，前者約占40%；后者約為30%。第7章高分子材料加工4、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。加工技術(shù)從形變出發(fā)：（1）高分子熔體—塑性形變：Tf(m)～Td,多用于一次成型（2）高分子類橡膠態(tài)—彈性形變（殘余形變）：Tg～Tf，多用于二次成型（3）高分子溶液態(tài)：用于浸漬、濕法或干法紡絲（4）高分子分散體（懸浮體、溶液、乳膠）：搪塑（5）高分子單體或預(yù)聚體直接成型—化學(xué)加工：澆注（6）高分子機械加工----后處理第7章高分子材料加工成型加工中發(fā)生的物理--化學(xué)變化:第7章高分子材料加工第7章高分子材料加工第7章高分子材料加工7.2高分子材料的混合與制備7.2.1混合的必要性高分子材料是以高分子化合物為主體，加上其它填加劑組成的多相復(fù)合體系。對絕大部分高分子材料而言，都不是單獨使用高分子化合物。加入其它物料的目的：改善高分子材料制品的使用性能；改善成型工藝性能；降低成本。由于高分子材料由多種組分組成，因此在成型前必須要將各種組分相互混合，制成合適形態(tài)的物料再進行成型加工，這一過程就稱為混合，又稱為配料，實際上是成型加工前的準備工藝。第7章高分子材料加工高分子材料的性能和形狀可以是千差萬別，成型工藝各不相同，但成型前的準備工藝基本相同，關(guān)鍵是靠混合來形成均勻的混合物。只有把高分子材料各級分相互混在一起成為均勻的體系，生產(chǎn)出合格的混煉膠和各種形態(tài)的塑料才有可能得到合格的橡膠制品和塑料制品。第7章高分子材料加工7.2.2混合與分散理論1、混合過程混合是一種操作，是一個過程，是一種趨向于減少混合物非均勻性的操作，是在整個系統(tǒng)的全部體積內(nèi)各組分在其基本單元沒有本質(zhì)變化的情況下的細化和分布過程。第7章高分子材料加工（1）擴散混合中組分非均勻性的減少和組分的細化是通過各組分的物理運動來完成的?；旌仙婕暗饺N擴散基本運動形式，即分子擴散、渦流擴散和體積擴散。(a)分子擴散。是由濃度梯度驅(qū)使自發(fā)地發(fā)生的一種過程，各組分的微粒子由濃度較大的區(qū)域遷移到濃度較小的區(qū)域，從而達到各處組分的均化。第7章高分子材料加工(b)渦流擴散，即紊流擴散。在化工過程中，流體的混合一般是靠系統(tǒng)內(nèi)產(chǎn)生紊流來實現(xiàn)的，但在聚合物加工中，由于物料的運動速度達不到紊流，而且粘度又高，故很少發(fā)生渦流分散。紊流擴散會造成聚合物的降解，因而是不允許的。(c)體積擴散，即對流混合。是指流體質(zhì)點、液滴或固體粒子由系統(tǒng)的一個空間位置向另一空間位置的運動，兩種或多種組分在相互占有的空間內(nèi)發(fā)生運動，以期達到各組分的均勻分布。在聚合物加工中，這種混合占支配地位。第7章高分子材料加工（2）對流混合通過兩種機理發(fā)生：一種叫體積對流混合，通過塞流對物料進行體積重新排列，而不需要物料連續(xù)變形，這種重復(fù)的重新排列可以是無規(guī)的，也可以是有序的。（可發(fā)生在固體物料間，或液體物料間）另一種叫層流對流混合，層流對流混合是通過層流而使物料變形，它發(fā)生在熔體之間的混合，在固體粒子之間的混合不會發(fā)生層流混合。層流混合中，物料要受到剪切、伸長(拉伸)和擠壓(捏合)。第7章高分子材料加工2、混合過程要素混合的目的：就是使原來兩種或兩種以上各自均勻分散的物料從一種物料按照可接受的概率分布到另一種物料中去，以便得到組成均勻的混合物。在沒有分子擴散和分子運動的情況下，為了達到所需的概率分布，混合問題就變?yōu)橐环N物料發(fā)生形變和重新分布的問題，而且如果最終物料顆粒之間不是互相孤立的，分散的顆粒就有一種凝聚的趨勢。要混合分散得好，必須要有外加的作用力(剪切力)來克服顆粒分散后所發(fā)生的凝聚。第7章高分子材料加工物料分散的關(guān)鍵：是需要外加的作用力（主要是剪切力），使物料發(fā)生形變和重新分布，并克服顆粒凝聚。第7章高分子材料加工混煉三要素的關(guān)系：“分布”由“置換”來完成，“剪切”為進行“置換”起輔助作用，“壓縮”則是提高物料的密度，為提高“剪切”作用速率而起輔助作用。第7章高分子材料加工分散混合過程是—個動態(tài)平衡過程，在一定的剪切應(yīng)力場作用下，分散相不斷破碎，在分子熱運動下又重新集聚，達到平衡后，分散相才將到該條件下的平衡粒徑。分散過程示意圖第7章高分子材料加工3、混合機理在聚合物混合過程中，混合機理包括“剪切”、“分流、合并和置換”、“擠壓(壓縮)”“拉伸”、“集聚”諸作用。這些作用并非在每一混合過程中等程度地出現(xiàn)，它們的出現(xiàn)及其占有的地位因混合最終目的、物料的狀態(tài)、溫度、壓力、速度等的不同而不同。第7章高分子材料加工(1)剪切。剪切在高粘度分散相的混煉操作中是最重要的，也是“分散混煉三要素”中最重要的。剪切有介于兩塊平行板間的物料由于板的平行運動而使物料內(nèi)部產(chǎn)生永久變形的“粘性剪切”，有刀具切割物料的“分割剪切”，有由以上兩種剪切合成的如石磨磨碎東西時的“磨碎剪切”。剪切的作用：是把高粘度分散相的粒子或凝聚體分散于其他分散介質(zhì)中。第7章高分子材料加工高分子材料在擠出機內(nèi)的混合過程主要是靠剪切作用來達到的，螺桿旋轉(zhuǎn)時物料在螺槽和料筒間所受到的剪切作用，可以設(shè)想為在二個無限長的平行板之間進行。例如在雙輥開煉機混煉時，就是通過機械或人力翻動的辦法來不斷改變物料的受力位置，從而更快更好地完成混合。第7章高分子材料加工(2)分流、合并和置換。利用器壁，對流動進行分流，即在流體的流道中設(shè)置突起狀或隔板狀的剪切片，進行分流。分流后，有的在流動下游再合并為原狀態(tài)，有的在各分流束內(nèi)引起循環(huán)流動后再合并，有的在各分流束進行相對位置交換(置換)后再合并，還有以上幾種過程一起作用的情況。第7章高分子材料加工(3)擠壓(壓縮)。當(dāng)物料被壓縮時，物料內(nèi)部會發(fā)生流動，產(chǎn)生由于壓縮而引起的流動剪切。這是由于壓縮使物料密度增大，剪切時剪應(yīng)力作用大而引起的。這種由擠壓（壓縮）引起的流動在密煉機、開煉機和擠出機中都存在。在擠出機中，由于螺槽由加料段到均化段，因而對松散的體物料進行了壓縮，該壓縮有利于固體輸送，有利于傳熱熔融，也有利于物料受到剪切。第7章高分子材料加工(4)拉伸。拉伸可以使物料產(chǎn)生變形，減少料層厚度，增加界面，有利于混合。(5)聚集。已破碎的分散相在熱運動和微粒間相互吸引力的作用下，重新聚集在一起。對分散的粒度和分布來說，這是混合的逆過程。第7章高分子材料加工7.2.3混合的分類1、按混合形式分類在制備混合物時，通常有兩個基本過程----分散和混合?；旌希菏菍煞N組分相互分布在各自所占的空間中，即使兩種或多種組分所占空間的最初分布情況發(fā)生變化。分散：是指混合中一種或多種組分的物理特性發(fā)生了一些內(nèi)部變化的過程，如顆粒尺寸減少或溶于其他組分中?；旌峡煞譃榉欠稚⒒旌虾头稚⒒旌稀５?章高分子材料加工(1)非分散混合。在混合中僅增加粒子在混合物中分布均勻性而不減小粒子初始尺寸的過程稱為非分散混合或簡單混合。這種混合的運動基本形式是通過對流來實現(xiàn)的，可通過包括塞形流動和不需要物料連續(xù)變形的簡單體積排列和置換來達到。它又分為分布性混合和層狀混合。分布性混合主要發(fā)生在固體與固體、固體與液體、液體與液體之間；層狀混合發(fā)生在液體與液體之間。第7章高分子材料加工(2)分散混合。是指在混合過程中發(fā)生粒子尺寸減小到極限值，同時增加相界面和提高混合物組分均勻性的混合過程。在聚合物加工中，有時要遇到將呈現(xiàn)出屈服點的物料混合在一起的情況，這時要將它們分散開來，使結(jié)塊和液滴破裂。分散混合的目的是把少數(shù)組分的固體顆粒和液滴分散開來，成為最終粒子或允許的更小顆?；蛞旱?，并均勻地分布到多組分中，這涉及少組分在變形粘性流體中的破裂問題，是靠強迫混合物通過窄間隙而形成的高剪切區(qū)來完成的。第7章高分子材料加工分散混合時，主要機械現(xiàn)象和流變現(xiàn)象示意圖I--使聚合物和配合劑粉碎II--使粉末狀和粒狀配合劑滲入聚合物內(nèi)III--分散IV--分布均化1--聚合物；2、3--任何粒狀和粉狀固體添加劑第7章高分子材料加工非分散混合和分散混合a-非分散混合b-分散混合第7章高分子材料加工分散混合過程是一個復(fù)雜的過程，可以發(fā)生各種物理--機械和化學(xué)的作用：1)把較大配合劑團聚體和聚合物破碎為適合于混合的較小粒子；2)在剪切熱和傳導(dǎo)熱的作用下，使聚合物熔融塑化，降低聚合物相的粘度；3)粉狀或液狀的較小粒子組分克服聚合物的內(nèi)聚能，滲入到聚合物內(nèi)；第7章高分子材料加工4)使較小粒子組分分散，即在剪應(yīng)力的作用下，把配合劑聚集體或團聚體尺寸減小到形成聚集體之前初始粒子的最小尺寸；5)固相最終粒子分布均化，使粒子發(fā)生位移，或均勻性；從而提高物料的熵或無規(guī)程度、隨機性或均勻性；6)聚合物和活性填充劑之間產(chǎn)生力-化學(xué)作用，使填充物料形成強化結(jié)構(gòu)。第7章高分子材料加工2、按物料狀態(tài)分類混合可分為固體與固體混合，液體與液體混合和液體與固體混合三種情況。(1)固體與固體混合。主要是固體聚合物與其他固體組分的混合。聚合物通常是粉狀、粒狀與片狀，而添加劑通常也是粉狀。在聚合物加工中，大多數(shù)情況下。這種混合都先于熔體混合，也先于成型。這種混合通常是無規(guī)分布性混合。(2)液體與液體混合。這種混合有兩種情況，一種是參與混合的液體是低粘度的單體，中間體或非聚合物添加劑，另一種情況是參與混合的是高粘度的聚合物熔體，第7章高分子材料加工這兩種情況的混合機理和動力學(xué)是不同的。在聚合物加工中，發(fā)生在熔體之間的是層流混合。(3)固體與液體混合。有兩種形式，一種是液態(tài)添加劑與固態(tài)聚合物的摻混，而不把固態(tài)轉(zhuǎn)變成液態(tài)，另一種是將固態(tài)添加劑混到熔態(tài)聚合物中，而固態(tài)添加劑的熔點在混合溫度之上，聚合物加工中的填充改性(加入團態(tài)填充劑)同這種混合。在聚合物加工中，液體和液體的混合、液體與固體的混合是最主要的混合形式，聚合物共混和填充改性是典型的例子。第7章高分子材料加工混合物示意圖(a)、(b)粗粉碎的(c)、(d)細粉碎的(a)、(c)混合不好(b)、(d)混合較好第7章高分子材料加工7.2.4混合設(shè)備混合設(shè)備是完成混合操作工序必不可少的工具，混合物的混合質(zhì)量指標、經(jīng)濟指標(產(chǎn)量及能耗等)及其他各項指標在很大程度上取決于混合設(shè)備的性能。1、混合設(shè)備的分類第7章高分子材料加工（1）間歇式和連續(xù)式間歇式混合設(shè)備的混合過程是不連續(xù)的。混合過程主要有三個步驟：投料、混煉、卸料，此過程結(jié)束后，再重新投料、混煉、卸料，周而復(fù)始。捏合機、開煉機等的混合操作即屬間歇式。連續(xù)式混合設(shè)備的混合過程是連續(xù)的，如單、雙螺桿擠出機和各種連續(xù)混合設(shè)備。第7章高分子材料加工（2）分布式和分散式分布混合設(shè)備主要具有使混合物中組分擴散、位置更換、形成各組分在混合物中濃度趨于均勻的能力，即具有分布混合的能力。代表性設(shè)備有重力混合器、氣動混合器及一般用于干混合的中、低強度混合器等。分布混合設(shè)備主要是通過對物料的攪動、翻轉(zhuǎn)、推拉作用使物料中各組分發(fā)生位置更換，對于熔體則可使其產(chǎn)生大的剪切應(yīng)變和拉伸應(yīng)變，增大組分的界面面積以及配位作用等達到分布混合目的。第7章高分子材料加工分散混合設(shè)備主要具有使混合物中組分粒度減小，即具有分散混合的能力。分散混合設(shè)備主要通過向物料施加剪切力、擠壓力而達到分散目的，如開煉機、密煉機等。分散混合能力與分布混合能力往往是混合設(shè)備同時具有的，因為任一混合過程總是同時有分散與分布的要求，只是由于要求的側(cè)重點不同而己。第7章高分子材料加工（3）高強度、中強度和低強度混合設(shè)備根據(jù)混合設(shè)備在混合過程中向混合物施加的速度、壓力、剪切力及能量損耗的大小，又可分為高強度、中強度和低強度混合設(shè)備。強度大小的區(qū)分并無嚴格的數(shù)量指標，習(xí)慣上，又常以物料所受的剪切力大小或剪切變形程度來決定混合強度的高低。第7章高分子材料加工2、間歇式混合設(shè)備間歇式混合設(shè)備的種類很多，就其基本結(jié)構(gòu)和運轉(zhuǎn)特點可分為靜態(tài)混合設(shè)備、滾筒類混合設(shè)備和轉(zhuǎn)子類混合設(shè)備。靜態(tài)混合設(shè)備主要有重力混合器和氣動混合器，這類混合器的混合室是靜止的，靠重力和氣動力促使物料流動混合，是溫和的低強度混合器，適用于大批量固態(tài)物料的分布混合。第7章高分子材料加工滾筒類混合設(shè)備是利用混合室的旋轉(zhuǎn)達到混合目的的，如鼓式混合機、雙錐混合機和V形混合機。滾筒類混合設(shè)備是中、低強度的分布混合設(shè)備，主要用于粉狀、粒狀固態(tài)物料的初混，如混色、配料和干混，也可適用于向固態(tài)物料中加入少量液態(tài)添加劑的混合。第7章高分子材料加工轉(zhuǎn)子類混合設(shè)備是利用混合室內(nèi)的轉(zhuǎn)動部件----轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動進行混合的，如螺帶混合機、錐筒螺桿混合機、犁狀混合機、雙行星混合機、Z形捏合機、高速混合機等。間歇混合設(shè)備中的另外兩種最主要的設(shè)備是開煉機與密煉機，從結(jié)構(gòu)角度來看，應(yīng)屬于轉(zhuǎn)子類混合器。在高分子材料加工過程中，間歇混合設(shè)備用得最多的是Z形捏合機、高速混合機、開煉機和密煉機。第7章高分子材料加工（1）Z形捏合機是一種常用的物料初混裝置，適用于固態(tài)物料(非潤性)和固液物料(潤性)的混合。它的主要結(jié)構(gòu)部分是一個有可加熱和冷卻夾套的鞍型底部的混合室和一對Z型攪拌器?；旌蠒r，物料借助于相向轉(zhuǎn)動的一對攪拌器沿著混合室的壁上翻而后在混合室的中間下落，再次為攪拌器所作用。這樣，周而復(fù)始，物料得到重復(fù)折疊和撕捏作用，從而取得均勻的混合。第7章高分子材料加工第7章高分子材料加工（2）高速混合機高速混合機是使用極為廣泛的塑料混合設(shè)備，適用于固態(tài)混合和固液混合，更適于配制粉料。該機主要由附有加熱或冷卻夾套的圓筒形混合室和一個裝在混合室內(nèi)底部的高速轉(zhuǎn)動葉輪所組成?；旌鲜覂?nèi)行可以垂直調(diào)整高度的擋板，擋板的使用是使物體運動呈流化狀，更有利于分散均勻。高速混合機的混合效率較高，所用時間遠比捏合機短，通常一次泥合時間只需8-10min。就一般配料而言，使用高速混合機是有效的相經(jīng)濟的。第7章高分子材料加工第7章高分子材料加工高速混合機工作時，高速旋轉(zhuǎn)的葉輪借助表面與物料的摩擦力和側(cè)面對物料的推力沿葉輪切向運動。由于離心力的作用，物料被拋向混合室內(nèi)壁，并且沿壁面上升，當(dāng)升到一定高度后，由于重力的作用，又落回到葉輪中心，接著又被拋起。由于葉輪轉(zhuǎn)速很高，物料運動速度很快，快速運動著的粒子間相互碰控、摩擦，使得團塊破碎，物料溫度相應(yīng)升高，同時迅速地進行著交叉混合，這些作用促進了組分的均勻分布和對液態(tài)添加劑的吸收。第7章高分子材料加工（3）開煉機開煉機又稱雙輥煉塑機或煉膠機。它是通過兩個轉(zhuǎn)動的輥筒將物料混合或使物料達到規(guī)定狀態(tài)。開煉機主要用于橡膠的塑煉和混煉，塑料的塑化和混合，填充與共混改性物的混煉，為壓延機連續(xù)供料，母料的制備等。開煉機的主要工作部分是兩個輥筒。兩個輥筒并列在一個平面上，分別以不同的轉(zhuǎn)速作向心轉(zhuǎn)動（兩輥筒轉(zhuǎn)速略有差異，速度比為1：1.15～1：1.27），兩輥筒之間的距離可以調(diào)節(jié)。輥筒為中空結(jié)構(gòu)，其內(nèi)可通人介質(zhì)加熱或冷卻。第7章高分子材料加工第7章高分子材料加工開煉機工作時，兩個輥簡相向旋轉(zhuǎn)，且速度不等。放在輥筒上的物料由于與輥簡表面的摩擦和粘附作用以及物料之間的粘接力面被拉入輥隙之間，在輥隙內(nèi)物料受到強烈的擠壓和剪切，這種剪切使物料產(chǎn)生大的形變，從而增加了各組分之間的界面，產(chǎn)生了分布混合。該剪切也使物料受到大的應(yīng)力，物料就會分散開。所以提高剪切作用就能提高混合塑煉效果。影響開煉機熔融塑化和混合質(zhì)量的因素有輥簡溫度的調(diào)節(jié)與控制，輥距的大小與調(diào)節(jié)，輥簡速度，物料在輥隙上方堆放量，以及物料沿輥筒軸線方向的分布與換位等。第7章高分子材料加工（4）密煉機密煉機即是密閉式塑煉機或煉膠機，是在開煉機基礎(chǔ)上發(fā)展起來的一種高強度間歇混合設(shè)備。主要工作部件是一對表面有螺旋形突棱的轉(zhuǎn)子和一個密煉室。兩個轉(zhuǎn)予以不同的速度相向旋轉(zhuǎn)，兩個轉(zhuǎn)子的側(cè)面頂尖以及頂尖與密煉室內(nèi)壁之間的間距都很小，因此轉(zhuǎn)子對物料施有強大的剪切力。第7章高分子材料加工3、連續(xù)混合設(shè)備連續(xù)混合設(shè)備主要有單螺桿擠出機、雙螺桿擠出機、行星螺桿擠出機以及由密煉機發(fā)展而成的各種連續(xù)混煉機，如FCM混煉機等。（1）單螺桿擠出機主要結(jié)構(gòu)：帶有加熱或冷卻裝置的料筒和三段式螺桿。在單螺桿擠出機中，物料自加料斗加入到由口模擠出，經(jīng)歷了固體輸送、熔融、熔體輸送、混合等區(qū)段。第7章高分子材料加工（2）雙螺桿擠出機雙螺桿擠出機的其作用主要是將聚合物及各種添加劑熔融、混合、塑化、定量、定壓、定溫地由口模擠出。第7章高分子材料加工（3）行星螺桿擠出機有兩根結(jié)構(gòu)不同、作用各異、串聯(lián)在一起的螺桿。第一根為常規(guī)螺桿，起供料作用；第二根為星螺桿，起混煉、塑化作用；末端呈齒輪狀，螺桿套筒上有特殊螺旋齒。在螺桿和套筒的齒間嵌入12只帶有旋齒的特殊幾何形狀行星式齒柱，當(dāng)螺桿轉(zhuǎn)動時，這些齒柱既能自轉(zhuǎn)，又能圍繞螺桿轉(zhuǎn)動。第7章高分子材料加工（4）FCM連續(xù)混煉機FCM的外形很像雙螺仟擠出機，但喂料、混煉和卸料的方式與擠出機不同。在內(nèi)部有兩根并排的轉(zhuǎn)子。轉(zhuǎn)子的上作部分由加料段、混煉段和排料段組成，兩根轉(zhuǎn)子作相向運動，但速度不同。加料段很像異向旋轉(zhuǎn)相切型雙螺桿擠出機，在分開的機筒孔中間轉(zhuǎn)，混煉段的形狀很像密煉機轉(zhuǎn)子，它有兩段螺紋，在混煉段，混合料受到捏合、輥壓，發(fā)生混合。第7章高分子材料加工7.2.3橡膠的塑煉與混煉橡膠制品成型前的準備工藝包括原材料處理、生膠的塑煉、配料和膠料的混煉等工藝過程，也就是按照配方規(guī)定的比例將生膠和配合劑混合均勻，制成混煉膠的過程。在這些工藝過程中，生膠的塑煉和膠料的混煉是最主要的兩個工序。第7章高分子材料加工1、生膠的塑煉（1）定義：為了滿足各種加工工藝的要求，必須使生膠由強韌的彈性狀態(tài)變成柔軟而具有可塑性的狀態(tài)，這種使彈性生膠變成可塑狀態(tài)的工藝過程稱作塑煉。（2）塑煉的目的：降低生膠的彈性，增加可塑性，獲得適當(dāng)流動性，使橡膠與配合劑在混煉過程中易于混合分散均勻；有利于膠料進行各種成型操作；使生膠的可塑性均勻一致，從而使制得的膠料質(zhì)量也均勻一致。但要避免生膠的過度塑煉。第7章高分子材料加工（3）塑煉機理橡膠經(jīng)塑煉以增加其可塑性，其實質(zhì)是橡膠分子鏈斷裂，相對分子質(zhì)量降低，從而橡膠的彈性下降。在橡膠塑煉時，主要受到機械力、氧、熱、電和某些化學(xué)增塑劑等因素的作用，其中氧和機械力起主要作用，而且兩者是相輔相成的。工藝用以降低橡膠相對分子質(zhì)量獲得可塑性的塑煉方法可分為機械塑煉法和化學(xué)塑煉法兩大類，其中機械塑煉法應(yīng)用最為廣泛。第7章高分子材料加工機械塑煉又可分為低溫塑煉和高溫塑煉，前者以機械降解作用為主，氧起穩(wěn)定游離基的作用；后者以自動氧化降解作用為主，機械作用強化橡膠與氧的接觸。橡膠的機械塑煉的實質(zhì)是力化學(xué)反應(yīng)過程，即以機械力作用及在氧或其他自由基受體存在下進行的。在機械塑煉過程中，機械力作用使大分子鏈斷裂，氧對橡膠分子起化學(xué)降解作用，這兩個作用同時存在?；瘜W(xué)塑煉機理是在低溫和高溫塑煉過程中，加入化學(xué)增塑劑能加強氧化作用，促進橡膠分子斷裂，從而增加塑煉效果。第7章高分子材料加工（4）塑煉工藝在橡膠工業(yè)中，應(yīng)用最廣泛的塑煉方法是機械塑煉法。用于塑煉的機械是開煉機、密煉機和螺桿式塑煉機。生膠塑煉之前需先經(jīng)過烘膠、切膠、選膠和破膠等準備工序，然后進行塑煉。烘膠是為了降低生膠的硬度，便于切割，同時還能解除生膠結(jié)晶。烘膠多數(shù)是在烘房中進行，溫度一般為50～70℃，不宜過高，時間需長達數(shù)十小時。切膠是把從供房內(nèi)取出的生膠用切膠機切成10kg左右的小塊，便于塑煉。切膠后應(yīng)人工選除表而砂粒和雜質(zhì)。破膠是在輥筒粗而短的破膠機中進行，以提高塑煉效率。破膠時的輥距一般在2～3mm，輥溫在45℃以下。第7章高分子材料加工開煉機塑煉塑煉時生膠在輥筒表面之間摩擦力的作用下，被帶入兩輥的間隙中，由于兩輥相對速度不同，對生膠產(chǎn)生剪切力及強烈的碾壓和拉撕作用，橡膠分子鏈被扯斷而獲得可塑性。常用薄通塑煉、一次塑煉和分段塑煉等不同的工藝方法，還可添加塑解劑進行塑煉。影響開煉機塑煉的主要因素有輥溫、時間、輥距、速比、裝膠量和塑解劑等。開煉機塑煉屬于低溫機械塑煉，溫度越低，塑煉效果越好。第7章高分子材料加工密煉機塑煉密煉機塑煉時，膠料所受到的機械捏煉作用十分強烈，生膠在密煉室內(nèi)一方面在轉(zhuǎn)子與密煉室壁之間受剪應(yīng)力和摩擦力作用，另一方面還受到上頂栓的外壓作用。密煉機塑煉效果取決于塑煉溫度、時間、轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速、裝膠量和上頂栓壓力等。密煉機塑煉屬高溫塑煉，塑煉效果隨溫度升高而增大。第7章高分子材料加工螺桿塑煉機塑煉螺桿塑煉機塑煉是在高溫下進行的連續(xù)塑煉，在螺桿塑煉機中生膠一方面受到螺桿的螺紋與機筒壁的摩擦攪拌作用，另一方面由于摩擦產(chǎn)生大量的熱使塑煉溫度較高，致使生膠在高溫下氧化裂解而獲得可塑性。膠料在料筒內(nèi)因剪切摩擦而升溫，屬高溫機械塑煉。第7章高分子材料加工2、膠料的混煉混煉就是將各種配合劑與可塑度合乎要求的生膠或塑煉膠在機械作用下混合均勻，制成混煉膠的過程?；鞜掃^程是各種配合劑在生膠中的均勻分散過程，為了獲得配合劑在生膠中的均勻混合分散程度，必須借助煉膠機的強烈機械作用進行混煉。在混煉膠里，----與生膠不相容的配合劑以細粒狀分散在生膠中，成為細分散體；----生膠和溶于生膠的配合劑成為復(fù)合分散介質(zhì)?；鞜捘z實質(zhì)上是由多種細分散體與生膠介質(zhì)組成的膠態(tài)分散體系。第7章高分子材料加工目前混煉加工主要用間歇混煉和連續(xù)混煉的兩種方法，其中屬間歇混煉方法的開煉機混煉和密煉機油煉應(yīng)用最廣泛。第7章高分子材料加工第7章高分子材料加工7.2.4、塑料的混合與塑化塑料是以合成樹脂為主要成分與某些配合劑相互配合而成的一類可塑性材料。根據(jù)組成不同，塑料可分為單組分和多組分塑料。單組分塑料中樹脂的含量很高，可達95%以上，只是為了加工工藝和使用性能廣的要求，加有少量的配合劑，如潤滑劑、穩(wěn)定劑、著色劑等；多組分塑料則是由合成樹脂與多種起不同作用的配合劑組成的，多組分塑料在實際生產(chǎn)中應(yīng)用較多。第7章高分子材料加工大多數(shù)多組分粉狀和粒狀熱塑性塑料或熱固性塑料的配制是一個較復(fù)雜的過程，一般包括原料的準備、混合、塑化、粉碎或?；裙ば?，其中物料的混合和塑化是最主要的工藝過程。第7章高分子材料加工1、混合在樹脂的流動溫度以下和較低剪切作用下進行的，在這一混合過程中，只是增加各組分微粒空間的無規(guī)則排列程度，而不減小粒子的尺寸。一般是一個間歇操作過程。在大批量生產(chǎn)時，較多使用高速混合機，其適用于固態(tài)混合和固液混合?；旌系墓に嚳刂疲杭恿享樞颍换旌蠝囟?；混合時間。物料初混合的終點一般憑經(jīng)驗來控制。--初混物應(yīng)疏松不結(jié)塊，表面無油脂，手捏有彈性；--取樣分析時混合物任何部分的各組分比例都應(yīng)該是一樣的。第7章高分子材料加工2、塑化這是物料在初混合基礎(chǔ)上的再混合過程，是在高于樹脂流動溫度和較強剪切作用下進行的。塑化的目的是使物料在溫度和剪切力的作用下熔融，獲得剪切混合的作用，驅(qū)出其中的水分和揮發(fā)物，使各組分的分散更趨均勻，得到具有一定可塑性的均勻物料。塑化常用的設(shè)備主要是開放式塑煉機、密煉機和擠出機。第7章高分子材料加工3、塑煉的工藝控制對熱塑性塑料----基本上是一個物理過程對熱固性塑料----是物理、化學(xué)過程皆有之。塑煉終點：均勻性、分散程度，觀察表面，宏觀測定撕裂強度。塑煉中必須不斷地翻動物料，改變剪切方向，以使混合更均勻。對不同的塑料應(yīng)有其相宜的塑煉條件，一般需通過實踐來確定主要的工藝控制條件，如溫度、時間和剪切力。第7章高分子材料加工加工助劑對塑料包輥過程的影響第7章高分子材料加工三種塑煉設(shè)備的特點比較：第7章高分子材料加工4、粉碎和?；癁榱吮阌谫A存、運輸和成型時的操作，必須將塑化后的物料進行粉碎或造粒，制成粉狀或粒狀塑料。粉狀塑料和粒狀塑料無原則區(qū)別，只是細分程度不同。造粒和粉碎的目的相同：希望減少團體尺寸。兩者的不同：造粒：所形成的顆粒大小較均一，形狀較穩(wěn)定；粉碎：所形成的顆粒大小不等。究竟采用造粒還是粉碎，主要取決于物料的性狀、成型加工方法對物料的要求。第7章高分子材料加工（1）粉碎粉狀塑料一般是將塑化后的片狀物料用切碎機先進行切碎，然后再用粉碎機粉碎而得到。某些熱同性粉狀塑料，如酚醛壓塑粉則選用具有沖擊作用和摩擦作用的粉碎機和研磨機來完成粉碎。（2）粒化塑料多數(shù)是韌性或彈性物料，要獲得粒狀塑料，常均具有切割作用的造粒設(shè)備。粉碎和造粒都是將塑化后的物料尺寸減小，減小固體物料尺寸的基本作用通常是壓縮、沖擊、摩擦和切割等。第7章高分子材料加工第7章高分子材料加工7.2.5聚合物溶液、分散體和膠乳的配制高分子材料成型加工的必要條件是流動性，某些制品的成型方法常使用聚合物的溶液和分散體(如溶膠塑料、乳膠)作為原料來獲得流動性。1、塑料溶液的配制塑料溶液的主要組成是作為溶質(zhì)的合成樹脂及各種配合劑和作為溶劑的有機溶劑。溶劑對制品是沒有作用的，只是為了加工而加入的一種助劑，在成型過程中必須予以排出。溶液配制時所用的設(shè)備是帶有強烈攪拌的加熱夾套的溶解釜，釜內(nèi)往往有各式擋板，以增加攪拌作用。第7章高分子材料加工2、溶膠塑料的配制溶膠塑料又稱糊塑料，是固體樹脂穩(wěn)定地懸浮在非水液體介質(zhì)中形成的分散體(懸浮體)。在溶膠塑料中氯乙烯聚合物或共聚物應(yīng)用最廣，通常稱聚氯乙烯糊。溶膠塑料可適合多種方法來成型制品，成型時經(jīng)歷塑型和烘熔兩個過程。溶膠塑料的配制，關(guān)鍵是將固體物料穩(wěn)定地懸浮分散在液體物料中，并將分散體中的氣體含量減至最小。配制工藝通常由研磨、混合、脫泡和貯存等工序組成。第7章高分子材料加工3、膠乳的配制膠乳是高聚物粒子在水介質(zhì)中所形成的具有一定穩(wěn)定性的膠體分散體系。膠乳加工工藝是以膠體化學(xué)體系為基礎(chǔ)，有其自己獨特的工藝。膠乳的配合是將各種配合劑的溶液、水分散體和乳狀液等與膠乳進行均勻混合的過程膠乳的配合工藝與干膠完全不同。設(shè)備比較簡單，常用的是呈漏斗型，內(nèi)裝有攪拌器的配料罐，用于制備硫化膠乳的配料罐應(yīng)有可通熱水或冷水的夾套。第7章高分子材料加工7.3壓制成型7.3.1壓制成型的概念和分類1、定義壓制成型是指主要依靠外壓的作用，實現(xiàn)成型物料造型的一次成型技術(shù)。壓制成型是高分子材料成型加工技術(shù)中歷史最久，也是最重要的方法之一，廣泛用于熱固性塑料和橡膠制品的成型加工。幾乎所用的高分子材料都可用此方法來成型制品。第7章高分子材料加工2、分類根據(jù)成型物料的性狀和加工設(shè)備及工藝的特點；壓制成型可分為模壓成型和層壓成型（備注：不用模具）兩大類。模壓成型包括：熱固性塑料的模壓成型(即壓縮模塑)、橡膠的模壓成型(即模型硫化)和增強復(fù)合材料的模壓成型。層壓成型包括：復(fù)合材料的高壓和低壓壓制成型。第7章高分子材料加工壓制成型的主要特點是需要較大的壓力，加壓的目的是加速熱固性塑料和橡膠成型時的物理化學(xué)變化，防止制品出現(xiàn)氣泡，保證制品的質(zhì)量。目前壓制成型主要用于：熱固性塑料的成型、橡膠制品的成型、復(fù)合材料的成型。第7章高分子材料加工7.3.2熱固性塑料的模壓成型模壓成型是熱固性塑料主要成型工藝，通常稱壓縮模塑。其工藝過程是將模塑料在已加熱到指定溫度的模具中加壓，使物料熔融流動并均勻地充滿模腔，在加熱和加壓的條件下經(jīng)過一定的時間，使其發(fā)生化學(xué)交聯(lián)反應(yīng)而變成具有三維體型結(jié)構(gòu)的熱固性塑料制品。因為熱固性塑料經(jīng)交聯(lián)固化后，其分子結(jié)構(gòu)變成三維交聯(lián)的體型結(jié)構(gòu)，所以制品可以趁熱脫模。第7章高分子材料加工1、熱固性模塑料的成型工藝性能

熱固性塑料的模壓成型過程是一個物理化學(xué)變化過程，模塑料的成型工藝性能對成型工藝的控制和制品質(zhì)量的提高有很重要的意義。模塑料的主要成型工藝性能有以下幾點。（1）流動性：熱固性模塑料的流動性是指其在受熱和受壓作用下充滿模具型腔的能力。流動性首先與模塑料本身的性質(zhì)有關(guān)，包括熱固性樹脂的性質(zhì)和模塑料的組成。不同的模壓制品要求有不同的流動件，形狀復(fù)雜或薄壁制品要求模塑料有較大的流動性。第7章高分子材料加工（2）固化速率：這是熱固性塑料成型時特有的也是最重要的工藝性能，它是衡量熱固性塑料成型時化學(xué)反應(yīng)的速度。它是以熱固性塑料在一定的溫度和壓力下，壓制標準試樣時，使制品的物理機械性能達到最佳值所需的時間與試件厚度的比值(s/mm厚度)來表示，此值愈小，固化速率愈大。固化速率主要由熱固性塑料的交聯(lián)反應(yīng)性質(zhì)決定，并受成型前的預(yù)壓、預(yù)熱條件以及成型工藝條件如溫度和壓力等多種因素的影響。第7章高分子材料加工（3）成型收縮率：熱固性塑料在高溫下模壓成型后脫模冷卻至室溫，其各向尺寸將會發(fā)生收縮，此成型收縮率SL定義為：在常溫常壓下，模具型腔的單向尺寸L0和制品相應(yīng)的單向尺寸L之差與模具型腔的單向尺寸L0之比。一般高分子材料的SL在1～3%，是模具設(shè)計的重要指標。成型收縮率大的制品易發(fā)生翹曲變形，甚至開裂。第7章高分子材料加工（4）壓縮率：熱固性模塑料一般是粉狀或粒狀料，其表觀相對密度d1與制品的相對密度d2相差很大，模塑料在模壓前后的體積變化很大，可用壓縮率Rp來表示。Rp總是大于1。模塑料的細度和均勻度影響其表觀相對密度d1

，進而影響壓縮率Rp。第7章高分子材料加工（5）水份與揮發(fā)物的含量：游離水，以及受熱受壓時所釋放出的氨、甲醛與結(jié)合水。將產(chǎn)生以下后果：流動性太大，收縮率大，翹曲，無光澤，波紋。解決方法：預(yù)熱。（6）細度與均勻度：細度：顆粒直徑大?。痪鶆蚨龋侯w粒間直徑大小的差距。第7章高分子材料加工2、模壓成型的設(shè)備和模具（1）壓機模壓成型的主要設(shè)備是壓機，壓機是通過模具對塑料施加壓力，在某些場合下壓機還可開啟模具或頂出制品。壓機的種類很多，有機械式和液壓式。目前常用的是液壓機，且多數(shù)是油壓機。液壓機的結(jié)構(gòu)形式很多，主要的是上壓式液壓機和下壓式液壓機。壓板尺寸決定了壓機能模壓制品的面積大小，而工作行程決定了模具的高度，也決定了能模壓制品的厚度。第7章高分子材料加工第7章高分子材料加工（2）模具模壓成型用的模具按其結(jié)構(gòu)特點分主要有溢式、不溢式和半溢式模具三種。溢式模具：由陰模和陽模兩部分組成，陰陽兩部分的準確閉合由導(dǎo)合釘來保證，制品的脫?？宽敵鰲U完成，但小型的溢式模具不一定有導(dǎo)合釘和頂出桿。第7章高分子材料加工不溢式模具：這種模具的特點是不讓物料從模典型腔中溢出，使模壓壓力全部施加在物料上，可得高密度制品。這種模具不但對以適用于流動性較差和壓縮率較大的塑料，而且可用來壓制牽引度較大的制品。1-陽模2-陰模3-制品4-脫模桿5-定位下模板第7章高分子材料加工半溢式模具：結(jié)構(gòu)介于溢式和不溢式之間，分有支承面和無支承面兩種形式。半溢式模具示意圖半溢式模具示意圖(a)有支承面(b)無支承面1-陽模2-制品3-陰模4-溢料刻槽5-支撐面(A段為裝料室，B段為平直段)第7章高分子材料加工7.3.3模壓成型工藝壓模成型用的壓塑料大多數(shù)是由熱固性樹脂加上粉狀或纖維狀的填料等配合劑而成。熱固性塑料模壓成型工藝過程通常由成型物料的準備、成型和制品后處理三個階段組成。第7章高分子材料加工1、計量計量主要有重量法和容量法。2、預(yù)壓預(yù)壓就是在室溫下將松散的粉狀或纖維狀的熱固性模塑料壓成重量一定、形狀規(guī)則的型坯的工序。一般預(yù)壓在室溫下進行，如果在室溫下不易預(yù)壓也可將預(yù)壓溫度提高到50~90℃；預(yù)壓物的密度一般要求達到制品密度的80%。頂壓的主要設(shè)備是預(yù)壓機和壓模。常用的預(yù)壓機有偏心式和旋轉(zhuǎn)式兩種。第7章高分子材料加工3、預(yù)熱模壓前對塑料進行加熱具有預(yù)熱和干燥兩個作用，前者是為了提高料溫，便于成型，后者是為了去除水分和其他揮發(fā)物。4、嵌件安放模壓帶嵌件的制品時，嵌件必須在加料前放入模具。嵌件一股是制品中導(dǎo)電部分或與其他物件結(jié)合用的，如軸套、軸帽、螺釘、接線柱等。嵌件安放要求平穩(wěn)準確。第7章高分子材料加工5、加料把已計量的模塑料加入模具內(nèi)，加料的關(guān)鍵是淮確均勾。6、閉模加料完畢后閉合模具，操作時應(yīng)先快后慢，即當(dāng)陽模未觸及塑料前應(yīng)用高速閉模，以縮短成型周期；而在接觸塑料時，應(yīng)降低閉模速度，以免模具中嵌件移位或損壞型腔，有利于模中的空氣順利排除，也避免粉料被空氣吹出，造成缺料。第7章高分子材料加工7、排氣在閉模后塑料受熱軟化、熔融，并開始交聯(lián)縮聚反應(yīng)，副產(chǎn)物有水和低分子物，必須排除這些氣體。排氣不但能縮短硬化時間，而且可以避免制品內(nèi)部出現(xiàn)分層和氣泡現(xiàn)象。排氣操作為卸壓使模具松開少許時間，排氣過早或過遲都不行，過早達不到排氣目的，過遲則因塑料表面已固化氣體排不出。排氣方式：卸壓，松模，時間很短即可（零點幾秒～幾秒），如此連續(xù)幾次（2～5次）。排氣的次數(shù)和時間應(yīng)根據(jù)具體情況而定。第7章高分子材料加工8．保壓固化排氣后以慢速升高壓力，在一定的模壓壓力和溫度下保持一段時間，使熱固性樹脂的縮聚反應(yīng)推進到所需的程度。9、脫模冷卻熱固性塑料是經(jīng)交聯(lián)而固化定型的，故固化完畢即可控?zé)崦撃?，以縮短成型周期。10、制品后處理為了提高熱固性塑料模壓制品的外觀和內(nèi)在質(zhì)量，脫模后需對制品進行修整和熱處理。第7章高分子材料加工7.3.4模壓成型工藝條件及控制熱固性塑料在模壓成型過程中，在一定溫度和壓力的外加作用下，物料進行著復(fù)雜的物理和化學(xué)變化（化學(xué)交聯(lián)反應(yīng)），模具內(nèi)物料承受的壓力、物料實際的溫度以及塑料的體積隨時間而變化。三大工藝因素：模壓壓力、模壓溫度和模壓時間第7章高分子材料加工1、模壓壓力模壓壓力是指成型時壓機對塑料所施加的壓力。模壓壓力的選擇與模塑料的工藝性能和制品的成型條件有關(guān)。通常塑料的流動性愈小，固化速度愈大，壓縮率愈大，模溫愈高，及壓制深度大、形狀復(fù)雜或薄壁和面積大的制品時所需的模壓壓力就高。第7章高分子材料加工2、模壓溫度模壓溫度是指成型時所規(guī)定的模具溫度，對塑料的熔觸、流動和樹脂的交聯(lián)反應(yīng)速度有決定性的影響。在一定的溫度范圍內(nèi)，模溫升高、物料流動性提高，充模順利，交聯(lián)固化速度增加，模壓周期縮短，生產(chǎn)效率高。3、模壓時間模壓時間是指塑料從充模加壓到完全固化為止的這段時間。模壓時間主要與塑料的固化速度有關(guān)，而固化速度決定于塑料的種類。此外，與制品的形狀、厚度、模壓溫度和壓力，以及是否預(yù)熱和預(yù)壓等有關(guān)。第7章高分子材料加工模壓溫度升高，塑料的固化速度加快，模壓時間減少。固化時間與制品厚度成正比，所以在一定溫度下，厚制品所需的模壓時間長。模壓壓力增加，模壓時間略有減少，但不明顯。合適的預(yù)熱條件可以加快物料在模腔內(nèi)充模和升溫過程，因而有利于縮短模壓時間。對模壓成型的工藝條件：壓力、溫度、時間三者要綜合考慮。一般原則：在保證制品質(zhì)量的前提下，盡可能地降低壓力、溫度和縮短時間。第7章高分子材料加工7.3.5橡膠制品的模型硫化模壓成型也廣泛用于各種橡膠制品的加工，特別是許多橡膠制品的硫化往往是在模壓成型過程中完成的。通常把橡膠的模壓稱作模型硫化，在橡膠制品生產(chǎn)中，模型硫化在硫化工藝中應(yīng)用最為廣泛。硫化是橡膠制品生產(chǎn)過程中最重要的工藝過程，在這工藝過程中，橡膠經(jīng)歷了一系列的物理和化學(xué)變化，其物理機械性能和化學(xué)性能得到了改善，使橡膠初料成為有一定使用價值的材料。硫化是橡膠大分子鏈發(fā)生化學(xué)交聯(lián)反應(yīng)的過程，這一過程是在一定溫度、壓力和時間條件下完成的。第7章高分子材料加工1、橡膠制品及生產(chǎn)工藝橡膠制品可分為：輪胎、膠帶、膠管、膠鞋、橡膠工業(yè)制品（密封件、膠輥、膠布、膠板、減震制品等）。橡膠制品的基本工藝過程包括配合、生膠塑煉、膠料混煉、成型、硫化五個基本過程。在各種橡膠制品生產(chǎn)工藝過程中，配合、塑煉、混煉工序基本相像，模壓和注壓工序中成型與硫化實際上是同時進行的。壓延和壓出所得的可以是直接進行硫化的半成品。從生產(chǎn)過程來看，橡膠制品可以分為模型制品和非模型制品兩大類。第7章高分子材料加工第7章高分子材料加工2、橡膠制品的硫化無論用何種成型方法生產(chǎn)何種橡膠制品，硫化是橡膠制品制造工藝的一個必要過程，也是橡膠加工所特有的工序。橡膠通過硫化獲得了必需的物理機械性能和化學(xué)性能。第7章高分子材料加工（1）橡膠在硫化過程中的結(jié)構(gòu)與性能的變化在硫化前，橡膠分子是呈卷曲狀的線型結(jié)構(gòu)，其分子鏈具有運動的獨立性，大分子之間是以范德華力相互作用的，當(dāng)受外力作用時，大分子鏈段易發(fā)生位移，在性能上表現(xiàn)出較大的變形，可塑性大，強度不大，具有可溶性。硫化后，橡膠大分子被交聯(lián)成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，大分子鏈之間有主價鍵力的作用，使大分子鏈的相對運動受到一定的限制，在外力作用下，不易發(fā)生較大的位移，變形減小，強度增大，失去可溶性，只能有限溶脹。第7章高分子材料加工橡膠制品的物理機械性能是分子結(jié)構(gòu)形態(tài)和分散在內(nèi)部的配合劑相互作用的反映，在硫化過程中，分子結(jié)構(gòu)在發(fā)生變化，橡膠的物理機械性能也發(fā)生變化。隨著交聯(lián)密度的增加，橡膠的密度增加，氣體、液體等小分子就難以在橡膠內(nèi)運動，表現(xiàn)為透氣性、透水性減少，而且交聯(lián)后相對分子質(zhì)量增大，溶劑分子難以在橡膠分子之間存在，宏觀表現(xiàn)為能使生膠溶解的溶劑只能使硫化膠溶脹，而且交聯(lián)度越大，溶脹越少。硫化也提高了橡膠的熱穩(wěn)定性和使用溫度范圍。橡膠形成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)后；使低分子擴散受到更大的阻礙，導(dǎo)致橡膠老化的自由基難以擴散，提高了橡膠的化學(xué)穩(wěn)定性。第7章高分子材料加工（2）硫化歷程橡膠在硫化過程中，其各種性能隨硫化時間增加而變化。橡膠的硫化歷程可分為四個階段：焦燒階段、預(yù)硫階段、正硫化階段和過硫階段。焦燒階段：又稱硫化誘導(dǎo)期，是指橡膠在硫化開始前的延遲作用時間，在此階段膠料尚未開始交聯(lián)，膠料在模型內(nèi)有良好的流動性。硫化起步：硫化時，膠料開始變硬而后不能進行熱塑性流動的那一點時間（焦燒）。第7章高分子材料加工

預(yù)硫階段（又稱欠硫期）：焦燒期后，開始交聯(lián)，至正硫化。預(yù)硫階段的長短反映了橡膠硫化反應(yīng)速度的快慢，主要取決于膠料的配方。

正硫化階段：橡膠的交聯(lián)反應(yīng)達到一定的程度，此時的各項物理機械性能均達到或接近最佳值，其綜合性能最佳。此時交聯(lián)鍵發(fā)生重排、裂解等反應(yīng)，膠料的物理機械性能在這個階段基本上保持恒定或變化很少，所以該階段也稱為平坦硫化階段。此階段所取的溫度和時間稱為正硫化溫度和正硫化時間。硫化平坦階段的長短取決于膠料的配方，主要是促進劑和防老劑的種類。由于這個階段橡膠的性能最佳，所以是選取正硫化時間的范圍。第7章高分子材料加工正硫化時間一般是根據(jù)膠料拉伸強度達到最高值略前一點的時間或以強伸積最高值的硫化時間來確定的。這是因為橡膠是不良的導(dǎo)熱體，當(dāng)制品硫化取出后，因散熱降溫較慢(特別是厚制品)，它還可以繼續(xù)硫化，故要考慮“后硫化”。過硫階段：正硫化以后繼續(xù)硫化便進入過硫階段。在過硫階段中往往氧化及熱斷鏈反應(yīng)占主導(dǎo)地位，因此膠料出現(xiàn)物理機械性能下降的現(xiàn)象。第7章高分子材料加工第7章高分子材料加工（4）硫化方法和硫化介質(zhì)不同性質(zhì)和形狀的橡膠制品依據(jù)不同成型加工工藝和加熱加壓方式采用不同的硫化方法。(a)室溫硫化法此法是讓橡膠半成品在室溫及不加壓的條件下進行硫化。較多的是膠粘劑，往往用在現(xiàn)場施工，要求在室溫下快速硫化，這種硫化膠粘劑通常是雙組分的，即硫化劑與溶劑、惰性配合劑等配成一個組分，橡膠等配成另一組分，現(xiàn)場施工時按需要進行混合。第7章高分子材料加工(b)冷硫化法此法多用于薄層浸漬制品的硫化，制品在含2%～5%的一氯化硫溶液中(溶劑為二硫化碳、苯或四氯化碳等)浸漬幾秒至幾分鐘即可完成硫化；也可把制品置于有氯化硫蒸汽的襯鉛室中進行硫化。(c)高能輻射硫化法(d)熱硫化法這是橡膠加工中應(yīng)用最廣泛的硫化方法，熱硫化法是分別使用水蒸汽、熱空氣、熱水、電熱來加熱硫化橡膠制品。第7章高分子材料加工直接硫化：水中加入超促進劑，加熱到100℃附近，將半成品放入，受熱硫化。由于溫度、壓力都比較低，只能硫化薄型制品，如：玩具皮球、乳膠制品等。此法也適用于大型化工設(shè)備橡膠襯里的硫化。直接蒸汽硫化：半成品放入硫化罐內(nèi)，硫化時罐內(nèi)通蒸汽，利用蒸汽的熱量和壓力來硫化制品。包括棵硫化法、包布硫化法、模型硫化法和埋粉硫化法，常用于膠管、膠輥、電纜等。第7章高分子材料加工熱空氣硫化(或間接蒸汽硫化)：半成品放在夾套或蛇形加熱管的硫化缸內(nèi)，硫化時缸內(nèi)通壓縮空氣，給半成品施加硫化壓力，夾套及加熱管通蒸汽加熱，常用于膠鞋、膠布等。由于空氣中氧的作用，橡膠易熱氧老化，為此，可改為使用熱空氣和蒸汽混合氣體作為加熱介質(zhì)，即先用熱空氣使制品硫化定型，再用蒸汽加強硫化。模型加壓硫化：膠料或半成品放在金屬模具的模腔內(nèi)，從模外加熱、加壓一段時間，制得與模腔形狀相同的模型制品，如：汽車外胎、內(nèi)胎、三角帶、密封困以及橡膠零件等。第7章高分子材料加工連續(xù)硫化法：隨著橡膠壓出、壓延制品的發(fā)展，為了提高產(chǎn)品的質(zhì)量和產(chǎn)量，開發(fā)了多種連續(xù)硫化方法。鼓式硫化機硫化。主要用于硫化膠板、平型膠帶和三角帶等。蒸汽管道硫化。主要用于膠管、電線電纜等制品。熱空氣連續(xù)硫化.橡膠壓延制品連續(xù)通過硫化室進行加熱硫化，硫化室用蒸汽或電間接加熱空氣介質(zhì)，主要用于膠布等。液體介質(zhì)硫化。將橡膠壓出制品通過儲有高溫液體介質(zhì)的槽池中加熱硫化，加熱液體介質(zhì)通常為低熔點的共熔鹽。紅外線硫化。高頻和微波硫化。沸騰床硫化。第7章高分子材料加工3、模型硫化工藝及硫化條件橡膠制品較多是通過模型硫化而制得的。模型硫化是將混煉膠或經(jīng)成型后制得的橡膠半成品(坯料)置于閉合的金屬模具內(nèi)加熱加壓，使橡膠硫化交聯(lián)而定型為制品，其工藝過程與熱固性塑料的模壓較類似。在硫化過程中主要控制的工藝條件是硫化的壓力、溫度和時間，這些硫化條件對硫化質(zhì)量有非常重要的影響。第7章高分子材料加工硫化的條件是硫化壓力、硫化溫度和硫化時間。第7章高分子材料加工（1）硫化壓力模型硫化時必須施以壓力。硫化壓力有助于提高膠料的流動性。?利于充滿模腔，以便使制品得到所需的幾何形狀和花紋；?壓力有助于膠料滲透到纖維織物的縫隙中去，增加附著力；?壓力能使制品致密，物理機械性能有所提高；?在硫化過程中，由于膠料中的低分子物受熱氣化以及所含空氣逸出，致使生產(chǎn)一種內(nèi)壓力，導(dǎo)致制品出氣泡，施加壓力能阻止氣泡的形成。第7章高分子材料加工（2）硫化溫度硫化溫度是促進硫化反應(yīng)的主要因素，提高硫化溫度可以加快硫化速度，縮短硫化時間，提高生產(chǎn)效率。要達到相同的硫化效果，硫化溫度每升高或降低10℃，則硫化時間縮短或延長一倍。從提高生產(chǎn)效率角度出發(fā)，應(yīng)選擇高一些的硫化溫度。但是硫化溫度的提高受到許多因素的影響。提高硫化溫度，在加速硫化交聯(lián)反應(yīng)的同時也加速了分子斷鏈反應(yīng)，結(jié)果使硫化曲線的正硫化階段(平坦區(qū))縮短，易進入過硫階段，難以得到性能優(yōu)良的硫化膠。第7章高分子材料加工（3）硫化時間橡膠在硫化過程中，性能在不斷變化，所以選取恰當(dāng)?shù)牧蚧瘯r間對保證制品質(zhì)量十分重要。在一定的硫化溫度和壓力下，橡膠有一最宜的硫化時間，時間太長則過硫，時間太短則欠硫，對產(chǎn)品性能都不利。硫化工藝條件是模型硫化過程的主要控制要素，生產(chǎn)中都是通過測定硫化特征曲線來確定的。一般首先測定一定溫度下膠料的硫化特性曲線，計算正硫化時間。第7章高分子材料加工7.3.6復(fù)合材料壓制成型高分子復(fù)合材料是指由高聚物和各種填充材料或增強材料所組成的多相復(fù)合體，由于“復(fù)合”賦予了材料各種優(yōu)良的性能，如高強度、優(yōu)良的電性能、耐熱性、耐化學(xué)腐蝕性、耐磨性、耐燃性、耐燒蝕性及尺寸穩(wěn)定性等，產(chǎn)品廣泛用于機械、化工、電機、建筑、航天等各種領(lǐng)域。復(fù)合材料制品較多的是指在熱固性樹脂中加有纖維性增強材料所制得的增強塑料制品，也有纖維材料加入熱塑性樹脂中作原料用注射成型加工制品的。第7章高分子材料加工常用的增強材料有玻璃、石棉、金屬、棉花、劍麻或合成纖維所制成的纖維或織物，其中用得最多的是玻璃纖維及其織物，所以狹義的增強塑料就是指玻璃纖維增強塑料。其比強度(強度/密度)可與鋼材相匹敵，故亦稱“玻璃鋼”。玻璃纖維復(fù)合材料的成型可以用壓制、纏繞和擠拉等方法，其中壓制成型是員主要的加工方法。根據(jù)成型壓力可分為高壓法和低壓法，高壓法包括層壓成型和模壓成型，低壓法主要是手糊成型。第7章高分子材料加工1、層壓成型層壓成型是指在壓力和溫度的作用下將多層相同或不同材料的片狀物通過樹脂的粘結(jié)和熔合，壓制成層壓塑料的成型方法。對于熱塑性塑料可將壓延成型所得的片材通過層壓成型工藝制成板材。但層壓成型較多的是制造增強熱固性塑料制品的重要方法。層壓成型工藝由浸漬、壓制和后加工處理三個階段組成。第7章高分子材料加工主要設(shè)備是下壓式多層液壓機，工藝流程如下：第7章高分子材料加工（1）浸漬上膠浸漬上膠工藝是制造層壓制品的關(guān)鍵工藝。主要包括樹脂溶液的配制、浸漬和干燥等工序。（2）壓制熱壓過程使樹脂熔融流動進一步滲入到增強材料中去，并使樹脂交聯(lián)硬化。壓制時間決定于樹脂的類型、固化特性和制品厚度。（3）后加工和熱處理后加工是修整去除制品的毛邊及進行機械加工制得各種形狀的層壓制品。熱處理是將制品120～130℃溫度下處理48～72h，使樹脂固化完全，以提高熱性能和電性能。第7章高分子材料加工2、模壓成型復(fù)合材料的模壓成型工藝與熱固性塑料的模壓成型相類似，是將模壓料放在金屬對模中。在一定的溫度和壓力作用下，制成異型制品的工藝過程。（1）塊狀模塑料模壓成型工藝塊狀模塑料(BulkMoldingCompound簡稱BMC)是用預(yù)混法制成的聚酯樹脂模塑料，模塑料成塊團狀，故也稱料團。BMC適于生產(chǎn)形狀較復(fù)雜的制品，而且成型速度快，成本低，產(chǎn)品主要為電器制品。第7章高分子材料加工第7章高分子材料加工（2）片狀模塑料模壓成型片狀模塑料(SheetMoldingCompound)是用預(yù)浸法制成的片狀聚酯樹脂模壓料，是不飽和聚酯樹脂加入增稠劑、無機填料、引發(fā)劑、脫模劑相顏料等組分的樹脂糊，浸漬短切玻璃纖維或氈片，上下兩面覆蓋聚乙烯薄膜的薄片狀的模塑料。第7章高分子材料加工第7章高分子材料加工SMC的模壓成型是將模塑料裁剪成所需的形狀，確定加料層數(shù)，揭去兩面薄膜，疊合后放在模具上，按規(guī)定的工藝參數(shù)壓制成型，壓制過程與熱固性塑料模壓相似。SMC的成型壓力要比BMC稍高。SMC生產(chǎn)工藝簡單方便，生產(chǎn)效率高，易自動化，制品尺寸穩(wěn)定性好，表面平整光滑。產(chǎn)品廣泛用在汽車工業(yè)、電機和日用品領(lǐng)域。第7章高分子材料加工3、手糊成型手糊成型制品是以不飽和聚酯樹脂或環(huán)氧樹脂為膠粘劑浸漬片狀連續(xù)材料所組成的復(fù)合材料，以玻璃纖維布作增強材料所得的制品即為通常所稱的玻璃鋼。在成型時樹脂的交聯(lián)固化是游離基型加聚反應(yīng)，其間沒有低分子物析出，因此成型時可以不加壓力，或僅須加上少許的壓力以保持粘結(jié)表面相互接觸即可，故亦稱這類材料的成型為接觸成型，屬低壓壓制成型。第7章高分子材料加工手糊成型工藝過程是用手工在預(yù)先涂好脫模劑的模具上，先刷上一層樹脂液，然后鋪一層玻璃布，并排除氣泡，如此重復(fù)，直至達到所需厚度，經(jīng)固化后脫模，再經(jīng)過加工和修飾即可得到制品。第7章高分子材料加工4、傳遞模塑傳遞模塑又稱傳遞成型或注壓成型，它是以模壓成型為基礎(chǔ)，吸收了熱塑性塑料注射成型的經(jīng)驗發(fā)展起來的一種熱固性塑料的成型方法。傳遞模塑是將熱固性壓塑料或須壓料片加入在壓模上的加料室內(nèi)，使其受熱軟化，然后在壓力作用下，使熔化的塑料通過加料室底部的澆口和模具的流道進入加熱的閉合模腔內(nèi)，經(jīng)過一定時間固化，即可脫模得制品。第7章高分子材料加工第7章高分子材料加工7.4擠出成型7.4.1擠出成型的定義和基本原理1、定義擠出成型：是使高聚物的熔體(或粘性流體)在擠出機的螺桿或柱塞的擠壓作用下通過一定形狀的口模而連續(xù)成型，所得的制品為具有恒定斷向形狀的連續(xù)型材。擠出成型工藝適合于所有的高分子材料。塑料擠出成型亦稱擠塑或擠出模塑。橡膠的擠出成型通常叫壓出。目前約50%的熱塑性塑料制品是擠出成型的。第7章高分子材料加工2、擠出成型的基本原理：（1）塑化：在擠出機內(nèi)將固體塑料加熱并依靠塑料之間的內(nèi)摩擦熱使其成為粘流態(tài)物料。（2）成型：在擠出機螺桿的旋轉(zhuǎn)推擠作用下，通過具有一定形狀的口模，使粘流態(tài)物料成為連續(xù)的型材。（3）定型：用適當(dāng)?shù)姆椒ㄊ箶D出的連續(xù)型材冷卻定型為制品。高分子三大合成材料的擠出成型所用的設(shè)備和加工原理基本上是相同的。第7章高分子材料加工7.4.2擠出設(shè)備擠出設(shè)備有螺桿擠出機和柱塞式擠出機兩大類，前者為連續(xù)式擠出，后者為間歇式擠出。螺桿擠出機又分為單螺桿擠出機和多螺桿擠出機。柱塞式擠出機是借助柱塞的推擠壓力，將事先塑化好的或由擠出機料筒加熱塑化的物料從機頭口模擠出而成型的。目前單螺桿擠出機是生產(chǎn)上用得最多的擠出設(shè)備，也是最基本的擠出機。第7章高分子材料加工第7章高分子材料加工第7章高分子材料加工第7章高分子材料加工1、加料裝置加料裝置是保證向擠出機料筒連續(xù)供料的裝置，料斗的底部與料筒連接處是加料孔，該處有截斷裝置，可以調(diào)整和截斷料流。料斗的側(cè)面有玻璃視孔及標定計量的裝置。第7章高分子材料加工2、料筒又叫機筒，是一個受熱受壓的金屬圓筒。物料的塑化和壓縮都在料筒中進行。擠出成型時的工作溫度一般在180～290℃。料筒內(nèi)的壓力可達55MPa在料筒的外面設(shè)有分段加熱和冷卻的裝置，以便對塑料加熱和冷卻。第7章高分子材料加工3、螺桿螺桿是擠出機最主要的部件，通過螺桿的轉(zhuǎn)動，對料筒內(nèi)塑料產(chǎn)生擠壓作用，使塑料發(fā)生移動，得到增壓，獲得由摩擦產(chǎn)生的熱量。螺桿是一根筆直的有螺紋的金屬圓棒。第7章高分子材料加工螺桿的中心有孔道，可通冷卻水，目的是防止螺桿因長期運轉(zhuǎn)與塑料摩擦生熱而損壞，同時使螺桿表面溫度略低于料簡，防止物料粘附其上，有利物料的輸送。螺桿與料筒間隙很小，使塑料受到強大剪切作用而塑化。第7章高分子材料加工螺桿有三個作用：輸送物料、傳熱塑化物料、混合均化物料。根據(jù)物料在螺桿中的溫度、壓力、粘度等的變化特征，可將螺桿分為加料段、壓縮段和均化段三段。第7章高分子材料加工4、機頭和口模機頭是口模與料筒的過渡連接部分，口模是制品的成型部件，通常機頭和口模是一個整體，習(xí)慣上統(tǒng)稱為機頭。機頭和口模的作用為：使粘流態(tài)物料從螺旋運動變?yōu)槠叫兄本€運動，并穩(wěn)地導(dǎo)入口模而成型；產(chǎn)生回壓，使物料進一步均化，提高制品質(zhì)量。產(chǎn)生必要成型壓力，以獲得結(jié)構(gòu)密實和形狀準確制品。機頭與口模的組成部件：過濾網(wǎng)；多孔板；分流器；模芯；口模和機頸等。第7章高分子材料加工第7章高分子材料加工7.4.3擠出成型原理在擠出成型過程中，塑料經(jīng)歷固體—彈性體—粘流(熔融)體的形變過程，在螺桿和料筒之間，塑料沿著螺槽向前流動。在此過程中，塑料有溫度、壓力、粘度，甚至化學(xué)結(jié)構(gòu)的變化，因此擠出過程中塑料的狀態(tài)變化和流動行為相當(dāng)復(fù)雜。1、擠出過程和螺桿各段的職能高聚物存在三種物理狀態(tài)，即玻璃態(tài)、高彈態(tài)和粘流態(tài)，在一定條件下，這三種物理狀態(tài)會發(fā)生相互轉(zhuǎn)變。第7章高分子材料加工根據(jù)塑料在擠出機中的三種物理狀態(tài)的變化過程及對螺桿各部件的工作要求，通常將擠出機的螺桿分成加料段(固體輸送區(qū))、壓縮段(熔融區(qū))和均化段(熔體輸送區(qū))三段。第7章高分子材料加工（1）加料段塑料自料斗進入擠出機的料筒內(nèi)，在螺桿的旋轉(zhuǎn)作用下，由于料筒內(nèi)壁和螺桿表面的摩擦作用向前運動。在該段，螺桿的職能主要是對塑料進行輸送并壓實，物料仍以固體狀態(tài)存在。（2）熔融段塑料從加料段進入熔融段，沿著螺槽繼續(xù)向前，由于螺桿螺槽的容積逐漸變小，塑料受到壓縮，進一步被壓實，同時物料受到料簡的外加熱和螺桿與料簡之間的強烈的剪切攪拌作用，溫度不斷升高，物料逐漸熔融。第7章高分子材料加工此段螺桿的職能是使塑料進一步壓實和熔融塑化，排除物料內(nèi)的空氣和揮發(fā)份。在該段，熔融料和未熔料以兩相的形式共存，至熔融段末端，塑料最終全部熔融為粘流態(tài)。（3）均化段從熔融段進入均化段的物料是已全部熔融的粘流體。在機頭口模阻力造成的回壓作用下被進一步混合塑化均勻，并定量定壓地從機頭口模擠出，在該段，螺桿對熔體進行輸送。第7章高分子材料加工2、擠出理論目前應(yīng)用最廣的擠出理論是根據(jù)塑料在擠出機三段中的物理狀態(tài)變化和流動行為來進行研究的，建立了固體輸送理論、熔融理論和熔體輸送理論。（1）固體輸送理論固體輸送理論是以固體對固體的摩擦靜力平衡為基礎(chǔ)建立起來的。該理論認為物料與螺槽和料簡內(nèi)壁所有面緊密接觸，形成具有彈性的固體塞子，并以一定速率移動。第7章高分子材料加工物料受螺桿旋轉(zhuǎn)時的推擠作用向前移動可以分解為旋轉(zhuǎn)運動和軸向水平運動，旋轉(zhuǎn)運動是由于物料與螺桿之間的摩擦力作用被轉(zhuǎn)動的螺桿帶著運動，軸向水平運動則是由于螺桿旋轉(zhuǎn)時螺桿斜棱對物料的推力產(chǎn)生的軸向分力使物料沿螺桿的軸向移動。旋轉(zhuǎn)運動和軸向運動的同時作用的結(jié)果，使物料沿螺槽向機頭方向前進。第7章高分子材料加工（2）熔化理論由加料段送來的固體物料進入壓縮段，在料筒溫度的外加熱和物料與物料之間及物料與金屬之間的摩擦作用的內(nèi)熱作用下而升溫，同時逐漸受到越來越大的壓縮作用，固體物料逐漸熔化，最后完全變成熔體，進入均化段。在壓縮段既存在固體物料又存在熔融物料，物料在流動過程中有相變化發(fā)生，因此在壓縮段的物料的熔化和流動情況很復(fù)雜，給研究帶來許多困難。第7章高分子材料加工（3）熔體輸送理論從壓縮段送入均化段的物料是具有恒定密度的粘流態(tài)物料，在該段物料的流動已成為粘性流體的流動。物料不僅受到旋轉(zhuǎn)螺桿的擠壓作用，同時受到由于機頭口模的阻力所造成的反壓作用，物料的流動情況很復(fù)雜。正流：是物料沿螺槽方向向機頭的流動，這是均化段熔體的主流，是由于螺桿旋轉(zhuǎn)時螺棱的推擠作用所引起的。第7章高分子材料加工逆流：沿螺槽與正流方向相反的流動，它是由機頭口模、過濾網(wǎng)等對料流的阻礙所引起的反壓流動。橫流：物料沿x軸和y軸兩方向在螺槽內(nèi)往復(fù)流動，也是螺桿旋轉(zhuǎn)時螺棱的推擠作用和阻擋作用所造成的，僅限于在每個螺槽內(nèi)的環(huán)流。漏流：物料在螺桿和料筒的間隙沿著螺桿的軸向往料斗方向的流動，它也是由于機頭和口模等對物料的阻力所產(chǎn)牛的反壓流功。第7章高分子材料加工7.4.4擠出成型工藝適用于擠出成型的熱塑性塑料品種很多，擠出制品的形狀和尺寸也各不相同，擠出不同制品的操作方法各不相同，但是擠出成型的工藝流程則大致相同。第7章高分子材料加工各種擠出制品的生產(chǎn)工藝流程大體相同，一般包括原料的準備、預(yù)熱、干燥、擠出成型、擠出物的定型與冷卻、制品的牽引與卷取(或切割)，有些制品成型后還需經(jīng)過后處理。1、原料的準備和預(yù)處理用于擠出成型的熱塑性塑料大多數(shù)是粒狀或粉狀塑料，由于原料中可能含有水分，將會影響擠出成型的正常進行，同時影響制品質(zhì)量，例如出現(xiàn)氣泡，表面晦暗無光，出現(xiàn)流紋，力學(xué)性能降低等。原料中的機械雜質(zhì)也應(yīng)盡可能除去。原料的預(yù)熱和干燥一般在烘箱或供房進行，可抽真空干燥。第7章高分子材料加工2、擠出成型首先將擠出機加熱到預(yù)定溫度，開動螺桿，同時加料。初期擠出物的質(zhì)量和外觀都較差，應(yīng)根據(jù)塑料的擠出工藝性能和擠出機機頭口模的結(jié)構(gòu)特點等調(diào)整擠出機料筒各加熱段和機頭口模的溫度及螺桿的轉(zhuǎn)速等工藝參數(shù)，以控制擠出物離模膨脹和形狀的穩(wěn)定性，從而達到最終控制擠出物的產(chǎn)量和質(zhì)量的目的，直到擠出達到正常狀態(tài)即進行正常生產(chǎn)。第7章高分子材料加工3、定型與冷卻熱塑性塑料擠出物離開機頭口模后仍處在高溫熔融狀態(tài)，具有很大的塑性變形能力，應(yīng)立即進行定型和冷卻。如果定型和冷卻