高分子材料成型加工

聚合物加工工程主讲人：白绘宇*聚合物加工工程授课说明 授课内容 授课顺序 考核及要求 教材和参考书教材周达飞唐颂超主编中国轻工业出版社上海普通高校“九五”重点教材专业：高分子材料学时数：48学时内容：塑料、橡胶和合成纤维三者的共性和各自的特性主要讲授：加工工艺以及与工艺相关的设备课程性质：高分子材料与工程专业的专业课程核心课程授课方式：授课内容与考核：主要讲授的章节部分了解的章节考核方式绪论、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、第十三章习题、读书报告、期终考试 作者：潘祖仁浙江大学教授 1980年7月由潘祖仁先生和孙经武（天津大学）合编《高分子化学》，为文化革命后我国第一部正式的高校教材。 1986年由潘祖仁先生为主编，对全书进行了较大修改后再次出版。其后十余年间一直是各校的主要教材，1992年被评为全国优秀教材。 1996年，潘祖仁先生再次对全书进行修定，补充一些新内容后由化工出版社出版。 特点：主要参考G.Odian的《PrinciplesofPolymerization》，对一些经典理论给予了系统的论述，对聚合方法和典型产品制备进行了介绍，适合工科学生使用。不足之处是对最新进展介绍的不够。教学参考书* 复旦大学高分子科学系集体编写 1995年7月由复旦大学出版社出版 特点：对各种理论问题讲的较深，且包含有许多近年发现的新理论，为一本适合理科学生使用的书。各章中以“小专栏”的形式插入相关的课外知识，使教材生动活泼。不足之处是对聚合方法和典型产品介绍不多，工科学生需补充相关知识。教学参考书*教学参考书学习方法高分子材料成型加工主要内容：   （1）高分子材料；（2）成型加工工艺；（3）材料制品性能。聚合物助剂、配方设计、加工机械和模具是独立课程，故不做详细介绍 主要内容 高分子材料加工工艺 相关理论 材料制备 配方设计、混合、配制 影响加工工艺制品性能的因素、各种工艺的原理、物理和化学变化 成型 工艺特点、工艺过程、工艺条件、控制因素所需要的基本知识：热力学、力学物理化学、有机化学质量和能量的传递高分子化学、高分子物理粘弹性流体力学（流变学）（1）始终围绕一条主线“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，基本规律；（3）结合《高分子材料工程实验》、《模具设计》、《高聚物助剂和配方》和《高聚物流变学》等的学习，加深对课程要求的理论、技术与应用的系统掌握和理解；（4）通过参加课外兴趣小组，加深对课程中某一内容的深入而广泛的学习，同时理解成型加工的最新科研信息；（5）加强同学之间的交流，加强与教师的讨论。绪论高分子科学研究高分子化合物合成、改性，高分子及其聚集态的结构、性能，聚合物的成型加工等内容的一门综合性学科。包括高分子化学、高分子物理、高分子工程几个领域。高分子科学1、高分子材料的定义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节高分子材料人类的文明史=材料的发展史金属材料有机高分子材料非金属无机材料改性合金材料复合材料金属合金高分子合金材料的三大领域材料四要素材料的通性高分子材料在材料中的地位（1）组成（2）加工性（3）形状（4）使用性（5）经济性（6）再生性1、年轻学科、有生命力2、最有发展前途3、应用广泛石油天然气煤加工C3、C4、C5等碳氢化合物有机合成乙烯丙烯苯乙烯氯乙烯聚合反应高聚物成型加工制品高分子化学聚合反应工程高分子合成工艺生产过程及设备反应机理高分子物理加工工艺机械模具改性应用高分子化工高分子材料高分子材料科学与工程体系高分子材料学科在化工学科中的位置高分子化学有机化学物理化学化学工程…...聚合反应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学流体力学…...分子结构形态形状使用性能无机化学 分析 定性数据统计分析pdf销售业绩分析模板建筑结构震害分析销售进度分析表京东商城竞争战略分析 化学物理循环利用石油天燃气煤其它高分子科学高分子工程高分子材料涉及的学科高分子材料是一定配合的高分子化合物(由主要成分树脂或橡胶和次要成分添加剂组成)在成型设备中，受一定温度和压力的作用熔融塑化，然后通过模塑制成一定形状，冷却后在常温下能保持既定形状的材料制品。1、高分子材料的定义高分子材料成型加工工艺实用的材料或制品（聚合物+助剂）这一过程的工程技术1如何实现—方法(挤出、注射、压制等)2方法不同，产品性能不同3材料不同，方法不同4方法不同，设备不同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产高分子化合物制造成型加工聚合反应高分子反应复合化合金填充表0-5表0-6表0-7（添加剂、混合、成型）图0-5 影响高分子材料制造的因素： 高分子化合物的性质（化学结构、物理结构） （与高分子化合物的制造有关——高分子材料学） 成型加工过程:添加剂的作用 混合过程 成型过程 （添加剂、混合、各成型工艺章节）1－熔融纺丝2－注射成型3－薄膜成型4－挤出成型5－压延成型6－中空成型7－真空和压力成型8－薄膜和纤维热拉伸9－薄膜和纤维冷拉伸高聚物的状态变化与成型加工的关系三种物理状态：玻璃态：＜Tg高弹态：Tg～Tf（Tm）粘流态：Tf（Tm）＜Td影响聚合物的状态变化的因素： 聚合物的分子结构 聚合物体系的组成 聚合物所受应力 环境温度当聚合物和组成一定时，在一定外力作用下，聚合物聚集态的转变主要与温度有关：聚合物聚集态不同性能不同内聚能不同主价键次价键聚合物对加工技术的适用性不同 T＜Tg玻璃态 大分子链上仅键长、键角发生变化模量高、形变极小，不易大形变加工只能进行机械加工 T=Tg－Tf高弹态 体积膨胀、大分子不能移动，但链段有足够活动空间、能移动，形变可逆。非晶聚合物：Tg－Tf近Tf侧加工，强力成型，形变可逆，Tg下使用。结晶聚合物：Tg－Tm拉伸 T=Tf－Td粘流态 整个大分子能移动，呈塑性，模量降至最低较小外力能引起宏观流动，形变不可逆大多数成型方法在此范围成型加工方法和实质高分子材料成型加工是一个复杂的物理－化学变化过程，其中，流动性是必要条件。 物理变化 软化、熔化、溶解、冷却固化、溶剂挥发盐析、结晶、取向（拉伸强度↑） 化学变化 接枝、嵌段、分解、降解、炭化、聚合、交联成型加工过程中发生的物理－化学变化（1）物理变化为主：热塑性塑料（2）化学变化为主：浇铸成型（3）物理变化－化学变化兼有：热固性塑料、橡胶加工技术从形变出发：（1）高聚物熔体－塑性形变：Tf(m)－Td多用于一次成型（2）高聚物类橡胶态－弹性形变（残余形变）：Tg－Tf，多用于二次成型（3）高聚物溶液态：用于浸渍、湿法或干法纺丝（4）高聚物分散体（悬浮体、溶液、胶乳）：搪塑（5）高聚物单体或预聚体直接成型－化学加工：浇注（6）高聚物机械加工－后处理制品的性能内在性质：通过选择合适材料容易解决附加性质对制品性能影响（1）形状上的变化：使用上的要求（3）性质上的变化：反应出制品宏观性能改变↑4、高分子材料的工程特征高分子材料的分类三大合成材料塑料橡胶纤维(意义、分类：P2~P4)区分三个概念聚合物高分子材料高分子材料制品（树脂、生胶）（塑料、胶料）（塑料制品、橡胶制品）高分子材料的消耗率生活中的塑料塑料已成为当今家庭、办公室，以及产业中不可缺少的存在。用图片介绍塑料在各种场所的应用。**可编辑客厅厨房浴室Problems：1、高分子材料为何具有独特性能？如何划分三大合成材料：moleculeweightsofrubber（几十万）、fibre（5万左右）、plastic（介于二者之间）2、一种聚合物应用的多样性：e.g：PE、PET等3、高分子材料的环境适应性：4、高分子材料的改性塑料的发现1869年31岁的印刷工人约翰•海阿特发明赛璐珞1909年贝克兰发明酚醛树脂现代生活中的高分子材料－塑料现代生活中的高分子材料－工程塑料橡胶的发展橡树之泪丑却受宠的合成橡胶现代生活中的高分子材料－橡胶 1855年瑞士人奥蒂玛斯把纤维素放在硝酸中得到硝化纤维素溶液，制得第一根人造纤维； 1884年查唐纳脱把硝化纤维素放在酒精和乙醚中得到溶液，得到人造丝；纤维的发展功能高分子材料的发展 功能高分子材料于20世纪60年代末开始得到发展。 功能高分子是指具有化学反应活性、催化性、光敏性、导电性、磁性、生物相容性、药理性、选择分离性，或具有转换或贮存物质、能量和信息作用等功能的高分子及其复合材料。 目前已达到实用化的功能高分子有：离子交换树脂、分离功能膜、光刻胶、感光树脂、高分子缓释药物、人工脏器等等。 高分子敏感元件、高导电高分子、高分辨能力分离膜、高感光性高分子、高分子太阳能电池等功能高分子材料，即将达到实用化阶段。功能高分子材料－高吸水性树脂 高吸水性树脂就是一种功能高分子材料，它具有优异的吸水、保水功能，可吸收自身重量几百倍、上千倍，被冠予“超级吸附剂”的桂冠。 主要类型有聚丙烯酸酯类、聚乙烯醇类、醋酸乙烯共聚物类、聚氨酯类、淀粉接校共聚物类等。聚丙烯酸酯类以丙烯酸和烧碱为主要原料，采用逆向聚合法而制得。 可以做成婴幼儿纸尿布以及纸餐巾等，此外还可用作室内空气芳香剂，蔬菜、水果的保鲜剂、防霉剂、阻燃剂、防潮剂以及吸水后体积膨胀的儿童玩具等。 目前，全世界总生产能力已经超过130万吨/年，其中日本触媒化学公司是目前世界上最大的生产公司，生产能力达到25万吨/年。高分子膜是指那些由具有特殊分离功能的高分子材料制成的薄膜，能有选择地分离物质。目前应用于海水淡化、反渗透、膜萃取、膜蒸馏等技术领域。建于沙特阿拉伯的基塔自来水厂，是世界上最大的海水淡化厂，日供应淡水12000吨，主要使用醋酸纤维素分离膜装置。 光敏高分子材料以光敏树脂为代表，主要用于照相、印刷制版、印刷集成电路等。 印刷工业应用聚乙烯醇酸酯，光照时交联而不溶而保留下来，得到凸版。 光解性的光刻胶，重氮醌接到酚醛树脂上，光作用下重氮醌分解，图像被保留，分辨率达10纳米。光敏高分子材料1950年人们逐渐开始配戴材质是聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）的隐形眼镜，具有优越的光学特性，又能矫正角膜性散光。1960年捷克学者利用十年的时间发明了软性隐形眼镜的材料，就是一直延用至今的聚甲基丙烯酸羟乙酯（HEMA）。功能高分子材料－隐形眼镜在塑料中加入蓄光型发光材料经加工就可制成发光塑料。发光塑料是近年来兴起的一种高附加值新型功能材料。其产品如：交通领域通道标识、楼梯标识、标志线；发光涂料、发光开光、发光壁纸、工艺品、玩具、体育休闲用品。功能高分子材料－－发光材料 导电高分子自发现之日起就成为材料科学的研究热点。目前，它已成为一门新型的多学科交叉的研究领域，并在世界范围内吸引了一大批材料设计专家。功能高分子材料－导电高分子材料 液晶高分子作为一类新型的高性能材料，极大地引起了科学界和工业界的关注，得到了广泛的应用，并发展为高分子科学中最活跃的领域之一。液晶高分子 竹子地板 地毯则可以选择耐久的羊毛制品或者PET地毯 主要采用水性涂料、粉末涂料和辐射固化涂料等 用于户外美化环境的产品：可以回收的塑料做成长椅、桌子和交通标志牌。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”（橡胶）垃圾。发展可生物降解的产品是必要而且急需的，但许多具体问题不能解决。1、可降解塑料袋承重能力低；2、可降解塑料袋色泽暗淡发黄，透明度低；3、是价格偏高，成本难以接受。 一次性医疗用品如输液管、药品瓶、医用胶粘剂等。诊断仪器如听诊器、内窥镜及各种其他诊断仪器。 体外装置如人工假肢、血液透析或灌注装置等。 人体器官如心脏导管、心脏补片、人工心脏泵材料、气管导管、人工膀胱、人工脑膜、动脉补片、人工血管及人工关节等。 整形外科手术材料如面部整形植入物等。 生物降解材料是指那些可由体液、酶或微生物的作用而引起分解的材料，用于缝线、人体植入、控释药物等。人造心脏人造关节人工肾碳纤维复合材料玻璃钢复合材料高分子材料的五个条件1以聚合物为主体：配混时聚合物量>50%特例－钙塑材料（PP20%,CaCO380%）2属多相复合体系：两组分以上宏观均相，微观分相3具有可加工性：4良好的使用性能和适当的寿命5能够工业化规模生产：聚合物成千上万，能工业化生产的不多例如：PS、PVC通用塑料：PP、PE、PVC、PS、PMMA工程塑料：PC、PBT、PA、POM高分子材料加工技术程序图0-6衡量聚合物加工性质的几个术语：（1）可挤压性（2）可模塑性（3）可延展性（4）可纺性预处理后加工（2）包括：配合、预混合、再混合(塑炼）、粒化、粉化（3）包括：预处理成型后处理修饰装配（干燥、预热）（机械加工）塑料流程原料生胶制造生胶单体塑炼塑炼胶混炼混炼胶半成品（配料）硫化橡胶制品原料生胶制造生胶塑炼塑炼胶混炼混炼胶原料生胶制造生胶混炼胶配料塑炼混炼成型硫化基本工艺过程：橡胶流程研究设计方法聚合物配合剂＋配方设计试样制备性能测试生产工艺制定高分子材料制品第一循环：配方设计决定于试样的性能第二循环：加工工艺制定，经济成本核算第一循环第二循环作业： 1材料的四要素是什么？高分子材料的定义是什么？ 2结合形变温度曲线讨论高聚物的状态变化与成型加工的关系？（影响状态变化的因素有哪些？温度是如何影响的？成型加工技术是如何从形变出发进行选择的？） 3高分子化合物的成型加工性能包括哪些性能？具体是什么？寄语希望：热爱材料！热爱高分子材料！若感兴趣，欢迎报考高分子研究生！咨询与交流！联系方式：1、地址：化学楼2、电话：898807233、单位：江南大学化学与材料工程学院**可编辑***