高分子讲义加工原理
《高分子加工原理》课件
总结词
高分子材料具有粘弹性、热塑性、热固性、绝缘性等特点。
要点一
要点二
详细描述
高分子材料具有粘弹性，表现为在外力作用下既可发生弹性形变，也可发生塑性形变；热塑性是指高分子材料在加热时可以流动，冷却后可以固化；热固性是指高分子材料在加热时可以固化，冷却后性质稳定；绝缘性是指高分子材料具有良好的绝缘性能，不易导电。这些特性使得高分子材料在现代工业和科技领域中具有广泛的应用价值。
热力学第二定律
03
成型工艺参数
介绍影响成型质量的工艺参数，如温度、压力、时间等。
01
高分子材料的加工过程
详细介绍高分子材料的加工过程，包括原料准备、成型、后处理等环节。
02
成型方法
列举常见的成型方法，如注塑、挤出、压延等，并介绍其原理和特点。
高分子材料加工设备与工艺流程
04
设备日常维护
介绍了如何进行日常的设备检查、清洁和润滑工作。
高分子加工技术基础
02
高分子材料通过加热、加压等方式进行成型加工，使其从流动的液体状态转变为固态，并形成所需的形状和结构。
成型原理
成型加工需要使用各种成型设备，如注塑机、压延机、热压机等。
成型设备
成型加工过程中，需要控制各种工艺参数，如温度、压力、时间等，以获得高质量的成型品。
成型工艺参数
二次加工方法
高性能化：随着对高分子材料性能要求的不断提高，加工技术也在不断向高性能化方向发展。通过改进加工工艺和选用高性能的助剂，可以显著提高高分子材料的强度、刚性、耐热性和耐腐蚀性等性能。
高分子材料加工技术在航空航天领域具有广泛的应用前景。由于航空航天器对材料的轻量化和高性能要求极高，高分子材料成为重要的选择之一。通过采用先进的加工技术，可以实现高分子材料的轻量化、高性能化和多功能化，为航空航天器的制造提供更加可靠的支撑。
高分子成型加工原理 第一章绪论
二、塑料和塑料制品生产的发展
1、世界塑料生产的年增长率： 70年代以前：12~15%
70年代以后：4~5%
80年代：有一定增长，发展中国家较快
2、我国塑料年增长率：
1983年：1100kt 1993年：5200kt 从世界各国的第12位升至第5 位 不完全是原有制品数量的单纯增加，主要是应范围的日益 增大。
型？分别说明其特点。 2.成型工厂对生产设备的布置有几种类型？ 3.塑料制品都应用到那些方面？ 4.如何生产出一种新制品？
1.1 塑料成型加工及其重要性
一、塑料的发展史
人类社会的进步是与材料的使用密切相关的。从石器时 代、铜器时代和铁器时代发展到今天，材料有四大类：木材、 水泥、钢铁、塑料。20世纪，塑料成为一类迅速发展起来的 新材料。 早在19世纪以前，人们就已经利用沥青、松香、琥 珀、虫胶等天然树脂。 1868年将天然纤维素硝化，用樟脑作增塑剂制成了 世界上第一个塑料品种，称为赛璐珞，从此开始了人类使用 塑料的历史。
3创新时期20世纪50年代中期大批高性能的塑料问世尖端技术的发展对塑料制品的性能性能重现性和尺寸精度等提出了更高的要4近期发展趋势由单一型技术向组合型技术发展由向特殊条件下的成型技术发展常规条件下的成型技术由基本上不改变塑料原有性能的保质成型加工技术向赋予塑料新性能的变质型成型加工技术发展
第一章 绪论
1909年出现了第一种用人工合成的塑料-酚醛塑料。 1920年又一种人工合成塑料-氨基塑料(苯胺甲醛塑料)诞 生了。这两种塑料当时为推动电气工业和仪器制造工业的发展 起了积极作用。 20世纪20、30年代，相继出现了醇酸树脂、聚氯乙烯、丙 烯酸酯类、聚苯乙烯和聚酰胺等塑料。
从40年代至今，随着科学技术和工业的发展，石油资源的 广泛开发利用，塑料工业获得迅速发展。品种上又出现了聚乙 烯、聚丙烯、不饱和聚酯、氟塑料、环氧树脂、聚甲醛、聚碳 酸酯、聚酰亚胺等等。
(完整word版)高分子材料加工原理重点要点
嘉兴学院高分子系吴伯程整理第四章聚合物流体的流变性研究应力作用下，聚合物产生弹性、塑性、黏性形变的行为及这些行为与各因素之间的关系。
第一节聚合物流体的非牛顿剪切黏性非牛顿流体，是指不满足牛顿黏性实验定律的流体，即其剪应力与剪切应变率之间不是线性关系的流体。
一、聚合物流体的流动类型1.层流、湍流2.稳定流动、不稳定流动一切影响流体流动的因素都不随时间而改变的流动称为稳定流动；影响流动的各种因素都随时间而变动的流动称为不稳定流动。
3.等温流动、非等温流动4.一维流动、二维流动、三维流动5.拉伸流动、剪切流动二、非牛顿流体的表征1.聚合物流体的流动行为对于非牛顿流体，流体剪切应力σ12与剪切速率γ以及表观黏度ηa之间的关系：σ12=ηa*γ n=dlnσ12/dlnγ当n<1时，ηa随γ增大而减小，这种流体称为假塑性流体或切力变稀流体，大部分聚合物熔体或其浓溶液属于这种流体；当n>1时，表观黏度ηa随γ的增大而增大，这种流体称为胀流性流体或切力增稠流体，少数聚合物溶液、一些固体含量高的聚合物分散体系和碳酸钙填充的聚合物熔体属于这种流体。
另外，宾汉流体：必须克服某一临界剪切应力σy才能使其产生牛顿流动，流动产生之后，剪切应力随剪切速率线形增加，其流动方程为：σ=σy+ηpγσ12>σy式中，ηp为宾汉黏度，其临界应力值σy称为屈服应力，在屈服应力以下流体不流动。
此流体为宾汉（Bingham）流体，牙膏、油漆是典型的宾汉流体。
2.非牛顿流体的流动曲线当剪切速率γ趋紧于0时，流体流动性质与牛顿型流体相仿，黏度趋于常数，称为零切黏度η0.这一区域为线性流动区，称第一牛顿区。
零切黏度η0是一个重要材料常数，与材料的平均分子量、黏流活化能相关，是材料最大松弛时间的反映。
3.切力变稀的原因切力变稀的原因在于①大分子链间发生的缠结。
当线形大分子的相对分子质量超过某一临界值Mc时，大分子链间形成了缠结点。
王小妹高分子加工原理与技术第10章高分子制品的二次加工课件
王小妹高分子加工原理与技术第10章高分子制品的二次加 工
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热弹态 对无定形聚合物: 高弹态 Tg~Tf(较接近于Tg) 对结晶聚合物: 无高弹态 ，有结晶态， 在Tg~Tm(较接近于Tm)
热弹态不是具体的物理或高分子物理的一个名词， 而是工程上为了方便而提出的一种说法。
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冷却脱模 制品必须冷却到变形温度以下才能脱模 热成型应用 （包装业如泡罩，快餐业 ）
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10.2 机械加工
高分子制品的机械加工是采用机械方法对高分子 制品进行加工的总称。
类型: 裁断、冲切、车削、钻削、铣削、磨削、 抛光、滚光、喷砂等
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界面的粘合作用，是以粘合力为基础，包括主价键 力(化学键力)、次价键力、静电力、机械力等。
粘合剂与固体表面之间，通常并不产生化学键。在 粘接中起吸附作用的次价键力，尤其是范德华力， 是产生粘合的主要作用力。在次价键力中，除色散 力外，其它几种力需在特定条件时才能发生。
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加热片村 (b)抽真空成
型
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10.1.4 热成型工艺及控制
热成型工艺过程包括片材的准备、夹持、成型、 加热、冷却、脱模和制品的后处理
加热 片材是在高弹态的温度范围内拉伸造型 成型 通过施力，使已预热的片材进行弯曲与拉伸变形
壁厚尽可能均匀
切削
切削加工——用切削工具将坯料或工件上的多 余材料切除掉，以获得具有所需的几何形状、尺 寸和表面质量的机器零件
高分子材料加工原理
高分子材料加工原理一、高分子材料加工原理：1．高分子材料的加工性质：1）、高分子材料的加工性：高分子具有一些特有的加工性质，如良好的可塑性，可挤压性，可纺性和可延性。
正是这些加工性质为高分子材料提供了适于多种多样加工技术的可能性，也是高分子能得到广泛应用的重要原因。
高分子通常可以分为线型高分子和体型高分子，但体型高分子也是由线型高分子或某些低分子物质与分子量较低的高分子通过化学反应而得到的。
线型高分子的分子具有长链结构，在其聚集体中它们总是彼此贯穿、重迭和缠结在一起。
在高分子中，由于长链分子内和分子间强大吸引力的作用，使高分子表现出各种力学性质。
高分子在加工过程所表现的许多性质和行为都与高分子的长链结构和缠结以及聚集态所处的力学状态有关。
根据高分子所表现的力学性质和分子热运动特征，可将其划分为玻璃态、高弹态和粘流态，通常称这些状态为聚集态。
高分子的分子结构、高分子体系的组成、所受应力和环境温度等是影响聚集态转变的主要因素，在高分子及其组成一定时，聚集态的转变主要与温度有关。
不同聚集态的高分子，由于主价健与次价健共同作用构成的内聚能不同而表现出一系列独特的性质，这些性能在很大程度上决定了高分子材料对加工技术的适应性，并使高分子在加工过程表现出不同的行为。
高分子在加工过程中都要经历聚集态转变，了解这些转变的本质和规律就能选择适当的加工方法和确定合理的加工工艺，在保持高分子原有性能的条件下，能以最少的能量消耗，高效率地制备良好的产品。
玻璃态高分子不宜进行引起大变形的加工，表现为坚硬的固体，但可通过车、铣、削、刨等进行加工。
在玻璃化温度Tg以下的某一温度，材料受力容易发生断裂破坏，这一温度称为脆化温度，它是材料使用的下限温度。
在Tg以上的高弹态，高分子的模量减少很多，形变能力显著加大。
在Tg－Tf温度区靠近Tf，由于高分子的粘性很大，可进行某些材料的真空成型、压力成型、压延和弯曲成型等。
把制品温度迅速冷却到Tg以下温度是这类加工过程的关键。
《高分子加工原理》PPT课件
1.1 高分子材料的结晶能力
结晶能力: 指可否结晶/结晶的难易/最大结晶度。
影响高分子材料结晶能力的因素: ①化学结构: 分子链对称性;
分子链相互作用; 共聚和柔性等: PE-PS-PMMA/顺反异构/立体
构型/再生料—新料。②适宜的外界条件: PET/PTC导电材料的
挤塑工艺。
1.2 球晶形成速度与温度
单轴取向薄膜PP -撕裂薄膜, 其垂向强度下降可撕裂而得名(包 装绳)。双轴取向PP-包装材料; 双轴拉伸PET-电影胶片片基/录 音录像磁带; 双轴取向PVC/PO-热收缩膜。
3.2 塑料中纤维状填料的取向 观察扇形薄片状制品的注塑过程。
填料的取向方向总是与液体的最终流动方向一致。扇形制 品中, 具有平面取向的性质。
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2) 结晶塑料材料的拉伸取向过程包含晶区与非晶区的形变; 两个 过程可以同时进行, 但速率不同, 一般晶区取向快于非晶区。 □ 晶区取向：包含晶区的破坏/大分子链段的重排和重结晶/微 晶的取向。取向过程伴随有相变化。
● 工艺要点
1) 拉伸前, 将结晶型塑料 工业上用水骤冷 无定型（fc≠0） 2) 将急冷的材料(片材/薄膜)升至Tg—Tm某一温度Tdr (即拉伸 温度)下拉伸; 拉伸时按无定型塑料工艺要点进行。 Note: Tdr要偏离Tmax? 3) 冷却, 使取向结构得以保留。 4) 热处理。已取向的材料在张紧的条件下, 在Tmax附近保温一段 时间, 再冷却下来。
义; 各种测试方法对不同有序状态认识不同, fc差别较大, fc必须说 明测量方法。但PE和顺1,4-聚异戊二烯的fc比较一致.
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1.4 结晶速率曲线 结晶规律：初期υ缓慢、 中期最快、后期趋于缓慢 结晶速率常数K: 将结晶 度达到50%的时间(t1/2) 的倒数, 作为高分子材料 结晶速率的比较标准。 1.5 二ppt
高分子化学实验讲义
高分子化学实验讲义*************************** ***********************实验一单体和引发剂的精制一、实验目的1. 掌握单体和引发剂精制方法；2. 复习并巩固回流，重结晶及减压蒸馏等基本操作。
二、实验原理试剂的纯化对聚合反应而而言是相当重要的，极少数的杂质往往会影响反应进程，离子聚合反应对杂质尤为敏感，杂质浓度要求更低；而阴离子聚合反应还需绝对无水。
聚合之前试剂的纯化是必需的。
固体单体常用的纯化方法为结晶和升华，液体单体可采用减压蒸馏、在惰性气氛下分馏的方法进行纯化，也可以色谱分离纯化单体。
单体中的杂质可采用下列措施加以除去：1、酸性杂质（包括阻聚剂酚类）用稀碱溶液洗涤除去，碱性杂质（包括阻聚剂苯胺）可用稀酸溶液洗涤除去。
2、单体中的水分可用干燥剂除去。
如无水CaCL2，无水Na2SO4、CaH2或金属钠。
3、单体通过活性氧化铝、分子筛或硅胶柱，其中含羰基和羟基的杂质可以除去。
4、采用减压蒸馏法除去单体中难挥发的杂质。
单体纯度的检测，可用化学分析法、物理常数法、光谱分析法和色谱分析法来测定。
在聚合温度下容易产生自由基的化合物皆可作自由基聚合的引发剂。
从分子结构看，它们具有弱的共价键或易分解产生气体。
聚合温度处于40℃-100℃，引发剂的离解能应为100k J/mol-70kJ/mol,过高或过低，引发剂将分解太快或太慢。
自由基聚合的引发剂有如下几种类型：（1）偶氮类引发剂：常用偶氮二异丁腈（AIBN），用于40 ℃-65 ℃聚合和偶氮二异庚腈（ABVN），后者半衰期较短。
偶氮二异丁腈的重结晶溶剂主要是醇类，如，乙醇；也可用水-乙醇混合液或甲醇、乙醚、甲苯、石油醚等作溶剂进行精制。
熔点为102-103℃。
（2）有机过氧化物：常用过氧化苯甲酰（BPO），用于60℃-80℃聚合，过氧化异丙苯、过氧化二碳酸二异丙酯。
以上几种引发剂为油溶性，适用于本体聚合、悬浮聚合和溶液聚合。
《合成高分子的基本方法》 讲义
《合成高分子的基本方法》讲义一、引言高分子化合物在我们的生活中无处不在，从塑料、橡胶到纤维，从涂料、胶粘剂到生物医药材料，它们的应用广泛而多样。
要了解这些高分子材料是如何被合成出来的，就需要掌握合成高分子的基本方法。
二、加成聚合加成聚合，也称为加聚反应，是合成高分子的一种重要方法。
在这个过程中，不饱和单体（通常含有双键或三键）通过加成反应相互连接，形成高分子链。
1、反应机理加聚反应通常由引发剂引发。
引发剂分解产生自由基或离子等活性种，这些活性种与单体发生加成反应，形成单体活性种。
单体活性种继续与其他单体加成，不断延长高分子链。
2、特点加聚反应的特点之一是反应过程中没有小分子副产物生成。
例如，乙烯在引发剂作用下聚合生成聚乙烯：nCH₂=CH₂ → CH₂CH₂n 。
3、常见的加聚反应单体常见的能够进行加聚反应的单体包括乙烯、丙烯、氯乙烯、苯乙烯等。
4、加聚反应的应用加聚反应在工业上有广泛的应用，聚乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯等塑料都是通过加聚反应合成的。
三、缩合聚合缩合聚合，简称缩聚反应，是另一类重要的合成高分子的方法。
1、反应机理缩聚反应通常是由含有两个或两个以上官能团的单体通过官能团之间的缩合反应而形成高分子。
在反应过程中，会有小分子（如水、醇、氨等）生成。
例如，二元醇和二元酸之间的缩聚反应可以生成聚酯：nHOROH ＋nHOOCR'COOH → HOROOCR'COnOH ＋（n 1）H₂O2、特点缩聚反应的特点是反应过程中有小分子副产物产生。
3、常见的缩聚反应单体常见的缩聚反应单体包括二元醇（如乙二醇）、二元酸（如己二酸）、氨基酸、羟基酸等。
4、缩聚反应的应用缩聚反应可以合成聚酯纤维（如涤纶）、聚酰胺纤维（如尼龙）、聚氨酯等高分子材料。
四、开环聚合开环聚合是指环状单体通过开环而形成高分子的反应。
1、反应机理环状单体的环张力是开环聚合的驱动力。
在合适的引发剂或催化剂作用下，环状单体的化学键断裂，形成活性种，然后不断与单体加成，形成高分子链。
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却过程中的结晶速率有很大影响。
(3) 应力的影响：高分子材料加工中, 由于受到应力作用, 会产生
取向, 产生诱发成核作用, 加速结晶, fc提高。 For instance: 材料受剪切或拉伸应力作用, 大分子会沿受力方向 伸直并形成有序区域, 在有序区形成“原纤”。原纤会使初级晶 核生成时间大大缩短, 晶核数量提高, 结晶速率提高。应力γ或 , 原纤浓度提高, 结晶速率提高。PP/PET的熔融纺丝。 ●应力/压力使结晶温度, fc提高。但应力作用时间太长, 应力松 弛会使取向结构下降或消失, 结晶速率下降。 ●应力对晶体结构和形态有影响：在剪切和拉伸应力下→长串 纤维状结晶, 熔点提高。 ●压力对球晶大小和形状有影响：低压→大而完整的球晶；高 压→小而不规则的球晶。 ●熔体受力形式对球晶大小和形状有影响
Tmax在实际生产中的应用 ●T1.经m3a结x验=(晶公0.度8式0f-估c0：.8算5结)高T晶m分部；子分T的m含aTx=量m0a.的x85量Tm度；。Tmax=0.63Tm-0.37Tg-18.5
质量百分数fcw=[mc/(mc+ma)]×100%； 体积百分数fcw=[Vc/(Vc+Va)]×100% Note: 高分子材料的晶区与非晶区界限不明确, 缺乏明确物理意 义; 各种测试方法对不同有序状态认识不同, fc差别较大, fc必须说 明测量方法。但PE和顺1,4-聚异戊二烯的fc比较一致.
获得晶核数量与其生长速率之间最有利的比例关系。 ∵晶体生长快、结晶结构完整稳定，∴制品尺寸稳定，生产周
期短。注塑模具的温度Tc,0控制 (2) 熔融温度和熔融时间: 任何能结晶的高分子材料在加工前的
聚集态中都具有一定数量的晶体结构。当高分子材料加热到Tm 以上, T的高低及在该温度下的停留时间长短会影响到熔体中是
后结晶：发生在球晶的界面上，不断形成新的结晶区，使晶体长 大。∴后结晶是在位结晶的继续 ● 对制品性能的影响与热处理
～都会使制品性能及尺寸发生变化，通常在Tg-Tm内进行退火 热处理。退火温度: HDT以下10-20 ℃。 退火热处理的实质: 分子链的松弛过程。
2 成型—结晶—性能关系 2.1 结晶—性能关系：fc、晶体尺寸对制品性能的影响 ●fc: 1) 结晶是分子链的敛集过程, 结果V和比容, 密度, fc; 力学 性能和热性能, 而耐环境应力开裂性下降。2) 高分子中的晶体 类似于分子链中交联点, 也使力学/热性能等变化。 ●晶体尺寸: 球晶直径对许多性能产生影响。球晶小时, 光学性能 好, 透明度高; 球晶直径>可见光波长时, 透明度。球晶直径大, 韧性和屈服应力 。
1.4 结晶速率曲线 结晶规律：初期υ缓慢、 中期最快、后期趋于缓慢 结晶速率常数K: 将结晶 度达到50%的时间(t1/2) 的倒数, 作为高分子材料 结晶速率的比较标准。 1.5 二次结晶/后结晶 和退火处理
二次结晶：是在一次结晶完成之后，在一些残留的非晶区和晶 体不完整的部分继续结晶和进一步完整化的过程。 实际 在位/在线结晶/一次结晶：指在成型模具中的结晶 生产 后结晶现象/二次结晶：离开加工设备后发生的结晶过程
用量一般为1份左右。做成母料再加入，可均匀分散。 优点：添加成核剂后, 高T下可达到完善结晶, 不会因室温存放 时的继续结晶而引起尺寸变化→注塑制品可在较高T下脱模, 缩 短生产周期, 且↑制品质量。
3 加工中的取向
取向: 在外场作用下, 高分子链沿着外场方向作平行排列的过 程。包括分子链/链段/晶片和微纤等沿外场的择优排列。
1) 剪切取向: 在剪切作用下所产生的取向。 2) 拉伸取向: 在拉伸应力作用下, 大分子链沿流动方向作平行 排列所形成的取向。 取向的结果：制品产生各向异性。 取向对聚合物力学性能的影响,非晶聚合物取向后: 沿拉伸方 向拉伸强度\断裂伸长率\冲击强度, 收缩率; 垂直于取向方向低 于拉伸方向。结晶聚合物取向后: 密度/强度, 伸长率。 各向异性原因分析 a 使得主价键与次价键分布不均匀, 在平行 于流动方向上以次价键为主; b 可以消除未取向材料的某些缺陷, 或使应力集中物同时顺着力场方向取向；使得应力集中效应在 平行方向上减弱, 而在垂直方向上加强。 从工艺上看: 单轴取向和双轴取向。
高分子加工原理
● 均相成核时, 高分子υ(结晶速率)与温度的关系 T>Tm时, 分子热运动
自由能>内聚能, 不能结 晶; T<Tg时, 也不能形 成结晶结构；
Tm-Tg时，温度对这两 个过程影响不同。 υi(成核速率)最大值 偏向Tg一侧; υc(晶体生长速率) 最大值偏向Tm一侧; 在Tm和Tg处,υi和 υc→0。 ●高分子材料的结晶一般只能在Tg<T<Tm间发生，并且在Tg< T<Tm间有一最大结晶速率(υmax)温度Tmax。
螺杆式注塑制品中有均匀的微晶结构；而柱塞式注塑制品中 有直径小而不均匀的球晶。 Note: 加工中应注意应力对熔体结晶的影响。
(4) 成核剂与结晶行为: 用来提高结晶型高分子材料的结晶度、 加快结晶速率、完善晶体结构, 有时也能改变高分子晶体形态的 物质。
添加成核剂可使fc, 球晶直径变小。 作用原理：①成核剂为分子链的成核提供了成核表面, 可大大↑ 晶核数目, 结晶速率↑; ②成核剂与分子链之间有某种化学作用力, 促使分子链在其表面作定向排列, 改变了分子链的结晶过程。 用量及添加方式：
2.2 成型—结晶关系
静态结晶过程：高分子材料等温条件下的结晶过程。 动态结晶过程：高分子材料受到温度和外力等多因素影响下的 结晶过程。 ●影响结晶过程的主要因素 (1)冷却速率：温度是高分子材料结晶中最敏感的因素。 冷却速率决定了晶核生成和晶体生长的条件。∴冷却速率对 成型中能否形成结晶/结晶的程度/晶体形态和尺寸影响很大。 冷却速率取决于冷却温差：△T=Tm,0-Tc,0 按△T大小，将冷却速率分为3种类型： ①缓慢冷却：Tc,0→Tmax，结晶过程→静态结晶过程，可形成较 大球晶，使某些力学性能提高。但韧性下降，生产周期提高， 效率下降。若减少周期提高，则制品变形性。
②急冷：Tc,0<Tg很多, △T大, 冷却速率快。大分子链来不及重排 松弛, 呈过冷液体的非晶结构, 制品具有明显的体积松散性；
Note: 厚制品内仍有微晶结构。制品内层与表层结晶程度的不均
匀性使制品的内应力提高; 同时, 制品中的过冷液体和微晶结构
具有不稳定性；PE/PP/POM。 ③中等冷却速率：Tc,0在Tg以上，△T不很大。有利于晶核的生 成和晶体的长大, K也较大。理论上这一冷却速率或冷却程度能