聚合物成型加工基础
聚合物成型加工基础教学设计
聚合物成型加工基础教学设计一、教学目的和任务1.知识目标：通过本课程的学习，学生应该能够掌握聚合物成型加工技术的基本原理和应用方法。
2.技能目标：学生应该能够独立进行一定程度的聚合物成型加工实验与工艺设计。
3.情感目标：学生应该具备严谨、细致、耐心的实验精神和创新思维，能够解决实际工程中出现的常见问题和技术难点。
二、教学重点和难点1.教学重点：（1）聚合物成型加工工艺的基本原理；（2）常用的成型方法及应用；（3）聚合物材料的性质和选择；（4）模具设计与工程应用。
2.教学难点：（1）掌握聚合物材料的选择和成型方法的应用；（2）设计和制作聚合物成型加工的模具；（3）组织聚合物成型加工实验，分析数据，并提出改进方案。
三、教学内容安排第一章聚合物成型加工技术概述1.1 聚合物成型加工工艺的基本原理 1.2 聚合物成型加工方法概述 1.3 聚合物成型加工的特点和应用第二章聚合物成型加工方法及应用2.1 压缩成型法 2.2 拉伸成型法 2.3 注塑成型法 2.4 吹塑成型法 2.5 注射拉伸成型法 2.6 热成型法 2.7 真空成型法 2.8 摩擦加工法第三章聚合物材料的性质和选择3.1 聚合物材料的分类和性质 3.2 聚合物材料的选择方法第四章模具设计与工程应用4.1 模具材料的选择和特点 4.2 模具设计的基本要求与原则 4.3 模具加工前的准备 4.4 试模和调模的注意事项第五章组织聚合物成型加工实验5.1 组织实验前的准备工作 5.2 实验操作流程和注意事项 5.3 实验数据的采集和分析 5.4 实验数据的处理和结果分析四、教学方法1.讲授与互动式学习相结合，注重理论与实践相结合；2.实验教学与案例分析相结合，着重培养学生的动手能力和问题解决能力；3.定期组织实践活动，培养学生的创新实践能力和团队合作精神。
五、教学评估方法1.知识与技能测试：采取随堂测验、闭卷考试等方式进行；2.实验设计与报告：学生应独立完成一定的聚合物成型加工实验，并提交实验报告；3.综合评价：结合学生实验报告和考试成绩，综合评价学生的学业表现。
四川大学聚合物加工基础作业和答案
用性能。★热塑性聚合物加工过程中的不正常交联 使聚合物熔体的流动性降低，加工困难，并且影响 制品的机械强度、耐热性、耐化学腐蚀性、外观、 脆性等性能。
将 PA6 注射成长条试样（模温 20℃时），发现 试样有一层透明度较高的表皮层，试分析为什么。 PA6 的结晶能力较弱，结晶度同时受成型条件的影 响，当模温低时，试样表面立即冷却，使 PA6 不能 结晶或结晶度很小，所以呈现透明度较高的表皮层。
试述聚合物熔体和小分子流体流动性的差别，并 简单分析聚合物熔体的流动特点对加工性能的影 响。 聚合物熔体流动的特点 1）高聚物流体的流动是链 段跃迁实现的，高聚物的流动单元是链段，小分子 流体的运动单元是整个分子；2）高聚物流体的黏度 大，流动困难且黏度不是一个常数；3）流动时有构 象变化，产生“弹性记忆效应”
在生产工艺和机械设计上采取哪些措施以确保 挤出物尺寸的稳定性？ 1）通过热处理使制品结晶度提高，晶体结构完善， 制品的尺寸稳定性提高，内应力提高，耐热性提高 2）根据聚合物的性质选择合适的温度和剪切速率 3）减小流道的收敛角，适当增加流道的长径比 L/D
高聚物熔体在流动中为何会出现剪切变稀？ 因为大多数聚合物的熔体的流动行为都具有假塑性 流体的特征，即表观粘度随剪切应力的增加而降低， 大多数聚合物的成型加工都在中等剪切速率范围内 进行，同时随着聚合物剪切流动过程中会因各种因 素而产生热，使熔体温度升高，熔体黏度降低。
聚合物很低的热导率和热扩散系数对塑料成型 加工有哪些不利影响？ 聚合物很低的导热率和热扩散系数在加工中主要是 影响塑料制品中温度分布的不均匀性，而导致制品 结构的非均匀性。另一方面，降低制品的生产效率。
交联能赋予高聚物制品哪些性能？为什么热塑 性聚合物成型加工过程中要避免不正常的交联？ ★交联使具有化学反应活性的线型聚合物通过化学 反应变成三维网状（体型）聚合物。交联能改善高 分子材料力学性能、耐热性能、化学稳定性能和使
101102聚合物加工基础-8模面成型
机架和轴承 加热冷却装置 调距装置（手轮或电动装置） 测厚装置 辊筒挠度补偿装置 其它装置
2、压延机的类型
按主机辊筒个数分：
三辊压延机：压片、单面贴胶或擦胶 四辊压延机：覆胶、压花片材、织物的双面 贴胶或擦胶 ∴从辊数看，四辊压延机综合优点多，制品质 量可以保证，生产率高，结构紧凑
按辊筒排列方式分：
表征制品质量的精度
第三节：压延原理
始钳住点A
中心钳住点
终钳住点B
辊筒中心连线与钳住中心线的交点 A～B区域： 钳住区
一、建立物理模型—提出简化假设条件
1、熔体为不可压缩的牛顿流体；
2、熔体在辊筒间隙中作等温、稳定的二维流动；
3、熔体与辊筒无相对滑移，在辊筒轴线方向无流
动；
（一般在宽度上有挡板 ）
' x1 x1 F 3VR ' Pdx 2 RH 0 ' Pdx q x0 x0 W 4H0
x q 1 x'
'
x 5 1 x 2 ' ' 1 3 arctg x0arctgx0
4、两辊筒直径、线速度相同；
5、无化学变化； 6、忽略重力。
2H：出片厚度 2H0：最小辊间 距 2h：任意点间 辊间距
二、流场分析
1、建立直角坐标系2h 2、流场分析
Vy Z
Y X Vx
（1）稳定流场 润滑近似假设： （2）速度分析 楔形流道： （3）应力分析 （4）温度分析 3、方程简化
h 当 1时, 有： x
W ，V , , R N
第四节 压延工艺
聚合物成型加工原理
聚合物成型加工原理聚合物成型加工是一种通过加工工艺将原料转化为所需形状的方法。
在这个过程中，聚合物材料会经历一系列的物理和化学变化，最终形成我们所需要的成型产品。
本文将介绍聚合物成型加工的原理，包括热塑性聚合物和热固性聚合物的成型原理，以及常见的成型方法。
热塑性聚合物是一类在一定温度范围内可软化、可塑性较好的聚合物材料。
在成型加工过程中，热塑性聚合物首先需要加热至其软化温度，然后通过模具或挤出机等设备将其加工成所需形状。
热塑性聚合物的成型原理主要是利用温度的变化来改变材料的物理状态，从而实现加工成型。
常见的热塑性聚合物成型方法包括注塑、挤出、吹塑等。
而热固性聚合物则是一类在加工过程中通过化学反应形成三维网络结构的聚合物材料。
在成型加工过程中，热固性聚合物首先需要在一定温度下发生固化反应，形成不可逆的化学键，然后再进行成型加工。
热固性聚合物的成型原理主要是利用化学反应来实现材料的固化和成型。
常见的热固性聚合物成型方法包括压缩成型、注塑成型等。
除了热塑性和热固性聚合物的成型原理外，还有一些其他的成型方法，如挤压成型、发泡成型、旋转成型等。
这些成型方法都是根据聚合物材料的特性和加工要求来选择的，每种方法都有其独特的成型原理和适用范围。
总的来说，聚合物成型加工的原理是通过控制温度、压力、化学反应等因素，将聚合物材料加工成所需形状的过程。
不同类型的聚合物材料和不同的成型方法都有其特定的成型原理，只有深入理解这些原理，才能更好地掌握聚合物成型加工技术，实现高质量的成型产品。
在实际应用中，我们需要根据具体的产品要求和材料特性来选择合适的成型方法，并且合理控制加工参数，以确保成型产品的质量和性能。
同时，还需要不断探索和创新，不断改进成型工艺，以适应不断变化的市场需求和技术发展。
通过深入研究聚合物成型加工的原理，不断提高我们的技术水平和创新能力，为聚合物成型加工行业的发展做出贡献。
聚合物成型加工原理课件
29
成型加工完整工序： 1.预处理：准备工作：原料筛选，干燥，配制，混合 2.成型：赋予聚合物一定型样 3.机械加工：车，削，刨，铣等。 4.修饰：美化制品。 5.装配： 粘合，焊接，机械连接等。 说明：a 并不是所有制品的加工都要完整地完成此5个工序
b 五个次序不能颠倒
2019/10/18
安徽 3.24%
河南 3.56%
四川 3.69%
河北 其他 3.00% 16.41%
辽宁 山东 江苏 6.27% 9.38% 9.99%
广东 22.88%
浙江 18.51%
09年1～5月塑料制品产量地区分布
2019/10/18
37
塑料单丝、条、
塑料零件 杆、型材及异型 其他塑料制品
0.65%
材
19.56%
2 散热格栅 3 牌照支架 4 铭牌
电镀级、喷涂级ABS 电镀级PC/ABS
PC/PBT ASA、AES
PC/ABS ABS ASA、AES
PC/PBT 电镀级ABS 电镀级PC/ABS
ABS710、ABS711、 ABS765 HAC8244、HAC8245
HCB9230M、HCB9240
超高耐候、耐热、高 冲击、高流动、良好 的电镀及喷涂性能、 良好的尺寸稳定性
PP PC/PBT
3
衬板
耐热ABS
PC/ABS
PP+Talc
4
音箱盖板
耐热ABS
PC/ABS
锦湖日立牌号
特性
HU650SK、HU600 HAC8245、HAC8250
耐热，高冲击、耐化 学品
/
HU600、HU650SK HAC8244、HAC8250
聚合物的加工方法
聚合物的加工方法
聚合物的加工方法分为以下几种：
1. 注塑成型：将熔融的聚合物注入模具中，通过冷却和固化形成所需的产品。
2. 吹塑成型：将熔融的聚合物注入模具中，然后利用气压将聚合物吹膨，使其贴附在模具壁上并形成所需的产品。
3. 挤出成型：将熔融的聚合物通过挤出机的螺旋推进将其挤出成所需的形状，然后冷却和固化。
4. 压延成型：将熔融的聚合物放置在两个平面之间，然后通过压力将其压延成薄膜或薄片。
5. 注塑吹塑成型：将熔融的聚合物注入模具中，然后利用气压将其吹膨，使其贴附在模具壁上并形成所需的产品。
6. 热压成型：将聚合物加热到熔化状态，然后将其放置在热模具中，利用压力将其形成所需的产品。
7. 高速注射成型：利用高压和高速的注射使聚合物迅速充填到模具中，并在短
时间内冷却和固化。
8. 混炼挤出成型：将不同的聚合物混合后，通过挤出机的螺旋推进将其挤出成所需的形状，然后冷却和固化。
9. 吸塑成型：将热軟化的塑料片吸附在塑料模具表面，在冷却后形成所需的产品。
10. 三维打印：利用计算机辅助设计（CAD）和三维打印机，将聚合物逐层堆叠，形成所需的产品。
聚合物的在成型过程中的流动和形变
聚合物的在成型过程中的流动和形变聚合物在各种成型过程中，大部分工艺均要求它处于粘流态，因为在这种状态下，聚合物在外力的作用下易于发生流动和变形。
流动与形变是聚合物成型加工中最基本的工艺特征。
高聚物流体有两种形式，一种是由固体加热到粘流温度或熔点以上，变成熔融状液体，即熔体。
也称干法塑化，特点是利用加热将高聚物固体变成熔体，定型时仅为简单的冷却。
但塑化时局部易产生过热现象。
另一种是加入溶剂使高聚物达到粘流态，即分散体。
也称湿法塑化，特点是用溶剂将塑料充分软化，定型时须脱溶剂，同时考虑溶剂的回收。
其优点是塑化均匀，能避免高聚物过热。
在成型加工过程中，两种高聚物流体都有着广泛的应用。
这里主要介绍高聚物熔体的形式。
一、聚合物在成型过程中的流动性能聚合物在加工过程中具有的流动和形变均是由外力作用的结果。
聚合物成型时，在外力作用下，其内部必然会产生与外力相平衡的应力。
主要的应力有三种：即切应力、拉伸应力和流体静压力。
如熔体在注射机喷嘴或模具的流道的流动产生剪切应力；熔体在挤出吹塑时被拉伸产生拉伸应力，实际加工过程中，聚合物的受力非常复杂，往往是这三种应力同时出现，如熔体在挤出成型和注射成型中物料进入口模、浇口和型腔时流道截面积发生改变条件下的流动等，但剪切应力最为重要，因为聚合物流体在成型过程中流动的压力降，塑件的质量等都受其制约。
流体静压力是熔体受到压缩作用而产生的，它对流体流动性质的影响相对较小，一般可以忽略不计，但对粘度有一定的影响，在压缩成型时流体静压力是较为主要的应力。
聚合物在一定的温度和压力条件下具有流动性，流体在平直圆管内流动的形式有层流和湍流两种，如图2—5所示，图a 为层流，层流是一层层相邻的薄层液体沿外力作用方向进行的滑移。
流体的质点沿着许多彼此平行的流层运动，同一流层以同一速度向前移动，各流层的速度虽不一定相等，但各流层之间不存在明显的相互影响。
图b 为湍流，又称“紊流”，流体的质点除向前运动外，各点速度的大小、方向都随时间而变化，质点的流线呈紊乱状态。
聚合物加工基础 混合与配制
聚合物和活性填 6. 聚合物和活性填 6. 充剂之间产生 力-化 充剂之间产生力 化 学作用，使填充物 学作用 学作用，使填充物 料形成强化结构 料形成强化结构
固相粒子最终在流 5. 固相粒子最终在流 5. 场 场作 作用 用下 下产 产生 生非 非分 分 散混合，混合均匀 散混合 散混合，混合均匀
第三节：混合技术与设备
（Equipments of Mixing and Blending ）
间歇式混合与混炼设备 优点：调节工艺方便，混合强度高，加工制造容易 缺点：质量不稳定 连续式混合与混炼设备 优点：生产能力高，自动化水平高，能耗低，混合 质量高，劳动强度低 缺点：加工制造困难，使用局限性
混合一般是靠扩散、对流、剪切三种作用来完成的。
1.扩散
利用物料各组分的浓度差，推动构成各组分的微粒， 从浓度较大的区域中向较小的区域迁移，以达到组成均一。 对固体物料而言，除非在较高温度下才有此作用，一 般都不甚显著；而在聚合物熔体中的扩散是一个比较慢的 过程，对在挤出机中的混合影响很小。只有固体和液体、 液体与液体之间的扩散才较大，若物料层很薄时，虽扩散 速度很小，但很显著。 升高温度，增加接触面积，减少料层厚度有利于扩散 作用的进行。
工作原理
主要特点
1、转鼓式混合机
2、螺带混合机
基本结构 螺带、混合室、驱动装置、机架 螺带起搅拌、推动物料运动作用 螺带混合机外部有夹套，通加热、 冷却介质、填充率=0.4～0.7 卧式螺带混合机 立式螺带混合机（双轴双混合室）
主要类型
（1）卧式螺带混合机
（2）立式螺带混合机
实际应用
粉料干混、塑料着色、PVC配料 填充混合物的初混合 适于密度接近的物料混合
是一个复杂的过程，可以发生 各种物理-机械和化学的作用 较小粒子组分 3. 较小粒子组分 3. 克服聚合物的内 克服聚合物的内 聚能 渗入到聚合 渗入 聚能渗入到聚合 物内 物内
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笔杆设计————成型工艺设计
1.工艺流程
2.成型工艺条件
聚丙烯成型特性：
1.结晶料,吸湿性小,易发生融体破裂,长期与热金属接触易分解.
2.流动性好,但收缩范围及收缩值大,易发生缩孔.凹痕,变形.
3.冷却速度快,浇注系统及冷却系统应缓慢散热,并注意控制成型温度.料温低温高压时容易取向,模具温度低于50度时,塑件不光滑,易产生熔接不良,流痕,90度以上易发生翘曲变形
4.塑料壁厚须均匀,避免缺胶,尖角,以防应力集中.
5.由于结晶，PP的收缩率相当高，一般为1.8~2.5%。
并且收缩率的方向均匀性比PE-HD等材料要好得多。
在注射成型中，需要考虑的注塑工艺条件如下：
●干燥处理：如果储存适当则不需要干燥处理。
PP料允许含湿量大约在0.05左右。
●加工温度220~230℃，模具温度40~60℃。
在保证制品顺利成型的情况下应尽量采用较小的注塑压力。
注塑速率和注塑时间对制品的光学性能影响较小。
●模具温度：40~80C，建议使用50C。
结晶程度主要由模具温度决定。
注射压力：可大到1800bar。
●注射速度：通常，使用高速注塑可以使内部压力减小到最小。
如果制品表面出现了缺陷，那么应使用较高温度下的低速注塑。
●流道和浇口:对于冷流道，典型的流道直径范围是4~7mm。
建议使用通体为圆形的注入口和流道。
所有类型的浇口都可以使用。
典型的浇口直径范围是
1~1.5mm，但也可以使用小到0.7mm的浇口。
对于边缘浇口，最小的浇口深度应为壁厚的一半；最小的浇口宽度应至少为壁厚的两倍。
PP材料完全可以使用热流道系统。
聚丙烯（PP）塑料的注塑工艺参数
●行程利用率为35％和65％，模件流长与壁厚之比为50：1到100：1
●熔料温度220～280℃
●料筒恒温220℃
●模具温度20～70℃
●注射压力：具有很好的流动性能，避免采用过高的注射压力80～140MPa（80 0～1400bar）；一些薄壁包装容器处为可达到180MPa (1800bar)
●保压压力：避免制品产生所必须要很长时间对制品进行保压，（约为回圈时间的30％）；约为注射压力的30％～60％
●背压 5～20MPa（50～200bar）
●注射速度：对薄壁包装容器需要高的注射速度（带蓄能器）；中等注射速度往往比较适用于其他类的塑料制品
●螺杆转速：高螺杆转速（线速度为1.3m/s）是允许的，只要满足冷却时间结束前完成塑化过程就可以。
●计量行程：0.5～4D（最小值~最大值）；4D的计量行程为融料提供足够长的驻留时间是很重要的
●残料量：2～8mm，取决与计量行程和螺杆转速
●预烘干：不需要；如果贮存条件不好，在80℃的温度下烘干1h就可以
●回收率：可达到百分之百回收
●收缩率：1.2～2.5％；收缩程度高；24h后不会再收缩（成型后收缩）
●浇口系统：点式浇口或多点浇口；加热时热流道，保温式热流道，内浇套；浇
口位置在制品最厚点否则易发生大的缩水
●机器停工时段：无需用其它材料进行专门的清洗工作
●料筒设备：标准螺杆，标准使用的三段式螺杆；对包装容器类制品，混合段和切变段几何外形特殊（L：D＝25：1），直痛喷嘴，止逆阀。