【聚合物加工原理 精】聚合物加工绪论
聚合物加工原理
熔融潜热：单位质量物质在熔点温度下，从固态变为液态所需 的热量。
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四、高分子材料的热物理特性 压缩性与热胀性
绪 论Biblioteka 导热系数：当温度梯度为1时，该物质在单位时间内，从单位面
积所传递的热量。
qn /
dT dn
导温系数：物质通过导热传递热量的能力与储存热量的能力 的比值。
一、塑料
塑料的分类
常用的高分子材料
弯曲弹性模（MPa）
淬火 1130 980 740 470 400 218 未淬火 2390 2330 1810 850 510 380
拉伸强度（MPa）
淬火 50 44 33 25 24 20 19 未淬火 30 325 30 20 18 135 115
断裂伸长率（%）
淬火 100 160 190 400 500 500 480 未淬火 70 100 150 470 650 600 540
三、高分子材料的力学状态
线型晶态高分子材料的力学状态
绪 论
分为一般分子量和很大分子量两种情况。 一般分子量的高聚物在 低温时，链段不能活动， 变形小，在 Tm 以下与非 晶态的玻璃相似，高于Tm 则进入粘流态。 分子量很大的高聚物存 在高弹态。
线型晶态高聚物的 温度-变形曲线
四、高分子材料的流动特性 剪切变稀现象
C P
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第二章 常用的高分子材料
高分子工程材料 包括塑料、合成纤 维、橡胶和胶粘剂
等。
一、塑料
常用的高分子材料
塑料是在玻璃态下使用的高分子材料。在一定温度、 压力下可塑制成型，在常温下能保持其形状不变。
塑料是以树脂为主要成分， 加入各种添加剂。 树脂是塑料的主要成分， 对塑料性能起决定性作用。 塑
聚合物加工原理
聚合物加工原理聚合物是一种常见的材料，广泛用于各个领域，如塑料制品、纺织品、医用材料等。
聚合物加工是将聚合物材料通过热、力、机械等加工方式，将其改变为需要的形状和结构的过程。
本文将介绍聚合物加工的原理及常见的加工方法。
一、聚合物本质上是由大量单体分子通过共价键连接而成的高分子化合物。
聚合物加工的原理是通过加热和加压来改变聚合物分子链的排列方式，从而改变聚合物的形状和性能。
聚合物材料通常以树脂的形态存在，树脂在加工过程中会经历熔融、流动、固化等阶段。
在加工中，将聚合物树脂加热到足够的温度使其熔化，然后将熔化的聚合物注入模具中，通过机械力或其他手段使其形成所需的形状，随后冷却固化。
聚合物加工的主要原理包括：1. 熔融：将聚合物加热至其熔点以上，使其转变为可流动的液体状态。
在熔融状态下，聚合物分子链之间的相互作用力减弱，分子链可以通过流动重新排列。
2. 流动：将熔融的聚合物注入到模具中，通过施加压力或其他力量使其形成所需的形状。
在流动过程中，聚合物分子链在施加的力下发生位移和变形。
3. 固化：冷却并固化聚合物，将其固定在所需的形状和结构中。
聚合物冷却后，分子链重新排列，形成固态结构，从而保持所需的形状。
二、聚合物加工方法聚合物加工有多种方法，常见的包括注塑、挤出、吹塑、压延、成型等。
1. 注塑：注塑是将熔融状态的聚合物注入到模具中，通过压力使其填充模腔并冷却固化。
注塑广泛应用于塑料制品的生产，如塑料盒、塑料椅等。
2. 挤出：挤出是将熔融的聚合物通过挤压机挤出成连续的均匀断面形状，然后通过冷却固化。
挤出常用于生产塑料管材、薄膜等。
3. 吹塑：吹塑是将熔融的聚合物注入到模具中，在模具内吹气使其膨胀成空心形状，并冷却固化。
吹塑常用于生产塑料瓶、塑料容器等。
4. 压延：压延是将熔融的聚合物放置在两个辊子之间，通过压力使其变薄并冷却固化。
压延广泛应用于塑料薄膜的制备。
5. 成型：成型是将熔融的聚合物材料倒入开放式模具中，通过压力或其他手段使其形成所需的形状，并冷却固化。
加工原理
第一章 聚合物加工的理论基础加工性：聚合物加工是将聚合物转变成实用材料或制品的一种工程技术。
可挤压性：指聚合物通过挤压作用形变时获得形状和保持形变的能力。
熔融指数：用定温下2180克重物挤出时10分钟内聚合物从出料孔挤出的重量（克）来表示，其数值称为熔融指数（MI 或MFI ）。
可模塑性：材料在温度和压力作用下形变和在模具中模制成型的能力。
可纺性：聚合物材料通过加工形成连续的固态纤维的能力。
可延性：无定形或半结晶固体聚合物在一个方向或二个方向上受到压延或拉伸时变形的能力第二章 聚合物的流变性质宾汉液体：当τ>τy 时，液体表现出与牛顿流体相似的复合型流体。
表观粘度：由于假塑性流体的粘度随γ′和σ而变化，所以人们用流动曲线上某一点的σ与γ′的比值，来表示在某一值时的粘度，这种粘度称为表观粘度，用ηa 表示指数定律：切力变稀：表观粘度随剪切速率增大而降低切力变稠：剪切作用使液体中有新的结构形成，引起阻力增加，表观粘度增大，并伴有体积膨大触变性液体（摇溶性流体）：定温下表观粘度随剪切持续时间增加而降低的液体。
震凝性液体（反触变性液体）：表观粘度随剪切时间的增加而增大的液体。
热塑性和热固性聚合物流变行为的比较：影响聚合物流变行为的主要因素：一、温度对粘度的影响当T 处于粘流温度以上不宽的温度范围内时：T 升高， η呈指数方式降低。
二、压力对粘度的影响在压力变化很小时，体积收缩不大，自由体积变化小，粘度变化也不大。
事实上，一种聚合物在正常的加工温度范围内，增加压力对粘度的影响和降低温度的影响有相似性。
这种在加工过程中通过改变压力或温度，都能获得同样的粘度变化效应称∙===n n n K dt d K dr dv K γγτ)()(∙-∙∙∙===1n n a K K γγγγτη为压力—温度等效性。
三、粘度对剪切速率或剪切力的依赖性当剪切速率增加时，大多数聚合物熔体的粘度下降，但不同种类的聚合物对剪切速率的敏感性有差别四、聚合物结构因素和组成对粘度的影响I.聚合物的链柔性柔性大，缠结多，解缠难，非牛顿性强，γ敏感性强；刚性大，η对T的敏感性强，升高T有利于加工。
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。
第二章 聚合物加工基本原理2-3
∵ 牛顿流体
∴
分布与
分布相同
非牛顿流体
非牛顿流体
从上述推导过程中可以知道: 剪切应力分布 应没有变化
速度分布与 n 有关
n 值不同时圆管中流体速度分布
PVC、 PP 是典型 的 柱塞流
n
n<1
假塑性非牛顿液体
牛顿 流体
n＞1 膨胀性非牛顿液体
n : 非牛顿指数
n=1 牛顿液体，速度分布曲线为抛物线形； n＞1 膨胀性非牛顿液体， 速度分布曲线变得较为陡峭，
n值愈大，愈接近于锥形；
n<1 假塑性非牛顿液体， ,分布曲线则较抛物线平坦。 n愈小，管中心部分的速度分布愈平坦，
曲线形状类似于柱塞，故称这种流动为“柱塞流动”
(Plug flow)。
2.3 聚合物流体在管和槽中的流动
应用：柱塞流动中聚合物不易得到良好混合。
题: 若拥挤出的方法对聚合物进行染色，PE 、PP 那个容易？
（b）湍流
湍流（紊流）特征：流体 的质点除向前运动外，还 在主流动的横向上作不规 则的任意运动，质点的流 线呈紊乱状态。
基本流动类型：
流体的流动 Re D v / Re c 状态由层流 式中：Re—— 雷诺数，为一无量纲的数群；转变为湍流 的条件： D —— 管道直径；
ρ —— 流体密度； v —— 流体速度； η —— 流体剪切黏度； Rec—— 临界雷诺数，其值与流道的断面形状 和流道壁的表面粗糙度等有关，光滑 的金属圆管Rec =2000～2300。
2.3.1 在简单几何形状管道内聚合物液体的流动
推导管道中流动参数间的关系式
1、管 2、缝
假设条件 流体不可压缩 ；
实际上流体内有自由体积，有百分之几的压缩率
第一章聚合物加工原理
(四)高分子链的键合形状状
构造(Architecture)是指聚合物分子的各种形状。
由于聚合反应的复杂性，单体键合成大分子链的几何形状有三种，即线型、支链型和网 型(或体型)结构。
线形高分子
1．线型高分子
线型高分子的整条分子犹如一条又细又长的线，即可卷曲成团，也可 比较舒展
间同立构
无规立构
两种旋光异构 单元无规键接 而成。分子链 结构不规整， 不能结晶。
等规度是指高聚物中含有全同和间同立构的总的百分数。
•只有用特殊催化剂如Ziegler-Natta催化剂进行配位聚合得到有规立构聚合物。
•由于内消旋或外消旋作用，即使等规度很好的高分子也没有旋光性。
例如： •全同PS：结晶Tm=240℃
高分子链能够改变其构象的性质
内旋转的单键数目越多，内旋转受阻越小．构象数越多，柔顺性越好。
3．影响高分于锭柔顺性因素
（1）主链结构：
ⅰ
主链全由单键组成的，一般柔性较好，如PE，PP，乙丙橡胶等。 柔顺性：－Si－O－> －C－N－ > －C－O－>－C－C－，
原因：①氧原子周围无原子，内旋转容易。②Si-O-键长长，键角大，内旋转 容易。如硅橡胶。 ⅱ 由于芳杂环不能内旋转，所以主链中含有芳杂环结构的高分子链柔顺性较差； ⅲ 主链含有孤立双键，柔顺性较好。
1．单烯类单体的键合
—烯烃的分子为非对称结构、单体单元的键合会出现： “头—头”、“尾—尾”、“头—尾”
2．双烯类单体的键合
双烯类单体单元的键合结构更复杂： 1，2 —加成、3，4—加成、1，4—加成中仍有“头—尾”．“头—头”、 “尾—尾”的键合问题，但一股以“头—尾”键合为主。
聚合物成型加工原理课件-PPT精选文档
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2.成型加工过程中聚合物所发生的转变： a.形状：满足使用要求而进行，通过流动与变形而实现。 b.结构： 组成：非纯聚合物 组成方式：层压材料，增强材料，复合材料 宏观结构：如多孔泡沫，蜂窝状，复合结构 微观结构：结晶度，结晶形态，分子取向等 c.性质： 有意识进行：生橡胶的两辊塑炼降解，硫化反应，热固性 树脂的交联固化 方法条件不当而进行：温度过高、时间过长而引起的降解
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Schematic of thermoplastic Injection molding machine
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三.成型加工的基本原理
1.聚合物是如何实现转变的？
可塑性：指物体在外力作用下发生永久形变和流动的性质 。 总过程：
方法 方法
聚合物
可塑性状态
流动与变形成形
工艺条件
制品
硬化定形
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改性粒料
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汽车防尘罩
汽车密封条
空气软管
高压阻尼线
挡泥板
车灯橡胶件
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Tyres and wheels
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2.根据加工过程中有无物理或化学变化分为三类： a.主要发生物理变化：如 注射，挤出，压延，热成型，流 涎薄膜等。 b.主要发生化学变化：如 浇铸成型。
c.既有物理变化又有化学变化：热固性塑料的加工和橡胶 加工。
聚合物加工简介
10.3. 塑料成型工艺
10. 10.3.1.2 挤出成型的基本过程 聚合物熔融（ 挤出机） 成型（ 口模） 聚合物熔融 （ 挤出机 ） --- 成型 （ 口模 ） --- 定型 定型装置） 冷却（水或风冷装置） （ 定型装置 ） --- 冷却 （ 水或风冷装置 ） --牵引 牵引机） 切割（切割机） 堆放（堆放装置） （牵引机）--- 切割（切割机）--- 堆放（堆放装置）。 下图为吹塑薄膜示意图： 下图为吹塑薄膜示意图： 吹塑薄膜示意图
10.3.塑料成型工艺 10.3.塑料成型工艺
注射机的螺杆结构 (2) 注射机的螺杆结构
螺杆式注射机的注射成型过程（顶出制品） 螺杆式注射机的注射成型过程（顶出制品）
10.3.塑料成型工艺 10.3.塑料成型工艺
注射机的螺杆头与喷嘴 (3) 注射机的螺杆头与喷嘴
(a) (a) （b） ）
（b） ）
平挤平吹生产工艺
10.3. 塑料成型工艺
10.3.2 注射成型 10. 10. 10.3.2.1 概述 注射成型是一种注射兼模塑的成型方法，又称为注塑 注射成型是一种注射兼模塑的成型方法， 又称为 注塑 成型。通用注射成型是将固态聚合物材料（填料或粉料） 成型 。 通用注射成型是将固态聚合物材料（ 填料或粉料） 加热塑化成熔融状态，在高压作用下， 加热塑化成熔融状态，在高压作用下， 高速注射入模具中 赋予熔体模腔的形式，以冷却（对于热塑性塑料） ，赋予熔体模腔的形式， 以冷却 （对于热塑性塑料） 、加 热交联（对于热固性塑料）或热压硫化（对于橡胶） 热交联 （对于热固性塑料）或热压硫化（ 对于橡胶） 而使 聚合物固化，然后开启模具，取出制品， 聚合物固化 ，然后开启模具， 取出制品， 完成一次注射过 程。
10.3. 塑料成型工艺
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混合和混炼
• 把多种混合物混合均匀 • 搅拌 • 剪切
成型
• 热塑性塑料thermoplastics 物理成型和固化过程 solidify • 橡胶rubber 物理成型和化学交联 mold and cure • 热固性塑料thermoset 成型和化学交联过程 mold and cure
后加工
高速搅拌机
高速搅拌机
Z型混合机
Z型混合机
开炼机
开炼机
密炼机 Mixer
密炼机
单螺杆挤出机 Single Screw Extrude
单螺杆挤出机 Single Screw Extrude
双螺杆挤出机 Twin Screw Extruder
多螺杆挤出机 Multi Screw Extrder
聚合物加工工程
• 在一定的温度下使弹性固体、固体粉末或颗粒、糊状或溶液状的 高分子化合物变形或熔融，经过模具或口型流道的压塑形成所需 的形状，得到制品。
聚合物加工过程的研究领域
• 工艺流程 • 设备配型 • 加工原理 • 工艺实施 • 加工过程的投入和产出
聚合物加工工艺过程
• 混合和混炼 • 成型 • 后加工
聚合物加工绪论
苑会林 北京化工大学 材料科学与工程学院
1.高分子材料在国民经济中的地位与作用
当代科学技术的三大支柱
• 材料、能源、信息
材料：
• 金属材料、无机材料、高分子材料和复合材料
高分子材料的应用特点
• 工作温度宽 －100－－350度 • 耐高压和深度真空 • 耐腐蚀 • 耐辐射 • 耐紫外线和臭氧 • 阻燃隔热 • 消音减震 • 具有磁性和生物功能
铁轨枕木塑胶微孔弹性减震片
高分子材料工业的两大部分
• 材料合成工业 采油、炼油、聚合 • 材料加工工业 配方设计、混炼加工、加工成型
2.高分ห้องสมุดไป่ตู้材料工业的发展
• 1907年酚醛塑料 • 1916年混炼橡胶 • 1930－1940年PA-6、PA-66、PU、PET、PVC • 1953年 PP、PE、PS、ABS、POM、PPO • 1990年Mao催化聚合产物
• 修边cut edge • 整形trim • 机加工machine • 装配assemble • 表面涂饰coating
聚合物加工成型 Polymer Processing
聚合物加工工艺流程
混合与混炼
成型
后加工
混合和混炼 mixing and compounding
混合与混炼
高速搅拌机 捏合机 螺杆挤出机混炼或塑化 密炼机
压延calender
模压mold
层压laminator
传递成型transfer
浇注casting
发泡foamed
烧结成型sintering
后加工post-processing 后加工
机械加工
修饰
后处理
机加工machining
机械加工
车削 铣削 钻削 锯削 冲切
修饰decrating
生产效率评估
•水 •电 •汽 •风 • 人力资源 • 设备折旧
•生产量（生产效率） •合格率 •产品的性能价格比
The End
修饰
锉
磨 抛光 涂饰 印刷
后处理
后处理
装配
热拉伸
表面处理
粘接
机械连接
焊接
聚合物加工原理
• 利用高分子化学和物理的知识、流体力学、塑性力学为基础建立 起来的流变学理论论述加工问题。
• 采用物理模型和数学模型，本构方程，经过数学解析，最终能定 量和定性地表征流场中的物性和物理参数。
• 预测和设计产品成型的过程
双阶挤出机
双阶挤出机
成型
• • • • • • • • • •
其发浇层传模压吹挤注
他泡注压递压延塑出射
成
（（
型
反反
应应
挤注
出射
））
注射injecting
注射injecting
注射injecting
挤出extruding
挤出extruding
吹塑薄膜bubble film
吹塑薄膜bubble film