第六章高分子材料加工
《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。
高分子材料成型加工考试重点及部分习题答案
高分子材料成型加工考试重点内容及部分习题答案第二章高分子材料学1、热固性塑料：未成型前受热软化，熔融可塑制成一定形状，在热或固化剂作用下，一次硬化成型。
受热不熔融，达到一定温度分解破坏，不能反复加工。
在溶剂中不溶。
化学结构是由线型分子变为体型结构。
举例：PF、UF、MF2、热塑性塑料：受热软化、熔融、塑制成一定形状，冷却后固化成型。
再次受热，仍可软化、熔融，反复多次加工。
在溶剂中可溶。
化学结构是线型高分子。
举例：PE聚乙烯，PP聚丙烯，PVC 聚氯乙烯。
3、通用塑料：是指产量大、用途广、成型性好、价格便宜的塑料。
4、工程塑料：具有较好的力学性能，拉伸强度大于50MPa，冲击强度大于6kJ/m2，长期耐热温度超过100度的、刚性好、蠕变小、自润滑、电绝缘、耐腐蚀可作为结构材料。
举例：PA聚酰胺类、ABS、PET、PC5、缓冷：Tc=Tmax，结晶度提高，球晶大。
透明度不好，强度较大。
6、骤冷（淬火）：Tc<Tg，大分子来不及重排，结晶少，易产生应力。
结晶度小，透明度好，韧性好。
定义：是指熔融状态或半熔融状态的结晶性聚合物，在该温度下保持一段时间后，快速冷却使其来不及结晶，以改善制品的冲击性能。
7、中速冷：Tc>=Tg，有利晶核生成和晶体长大，性能好。
透明度一般，结晶度一般，强度一般。
8、二次结晶：是指一次结晶后，在一些残留的非晶区和结晶不完整的部分区域内，继续结晶并逐步完善的过程。
9、后结晶：是指聚合物加工过程中一部分来不及结晶的区域，在成型后继续结晶的过程。
第三章添加剂1、添加剂的分类包括工艺性添加剂（如润滑剂）和功能性添加剂（除润滑剂之外的都是，如稳定剂、填充剂、增塑剂、交联剂）2、稳定剂：防止或延缓高分子材料的老化，使其保持原有使用性能的添加剂。
针对热、氧、光三个引起高分子材料老化的主要因素，可将稳定剂分为热稳定剂、抗氧剂（防老剂）、光稳定剂。
热稳定剂是一类能防止高分子材料在成型加工或使用过程中因受热而发生降解或交联的添加剂。
高分子材料的成型温度
聚合反应 一种或几种单体相互加成而链结成聚合物的反应。
n代表重复单元数，又称聚合度，聚合度是衡量高分子聚合
物的重要指标。聚合度很低的(1～100)的聚合物称为低聚物，
只有当聚合度高达
(如塑料、橡胶、纤维等)才称为
高分子聚合物。
2）高分子聚合物的结构
高分子的分子结构有两种： 1）线型结构 线型结构的特征是分子中的原子以共价键互相连结成一条很长的卷曲状 态的“链”（叫分子链）。 2）体型结构 体型结构的特征是分子链与分子链之间还有许多共价键交联起来，形成 三度空间的网络结构。 这两种不同的结构，性能上有很大的差异。
– 例如：
• 在酚醛树脂中加入六亚甲基四胺； • 在环氧树脂中加入乙二氨、顺丁烯二酸酐等。
(3) 增塑剂
• 用以提高树脂可塑性和柔性的添加剂。常用的为液态 或低熔点的固体有机化合物。
• 例如：聚氯乙烯树脂中加入邻苯二甲酸二丁酯,可变为 橡胶一样的软塑料。
(4)稳定剂
– 为了防止受热、光等的作用使塑料过早老化,加入少量能起 稳定化作用的物质。
• 2——HDPE高度密聚乙烯 常见于白色药瓶、清洁用品、沐浴产品。不要 用来做水杯，或者做储物容器装其他物品。
• 3——PVC聚氯乙烯 常见于雨衣、建材、塑料膜、塑料盒等。可塑性优良， 价钱便宜，故使用很普遍，耐热至81℃时达到顶点，高温时容易产生有害物 质，很少被用于食品包装。难清洗、易残留，不要循环使用。
螺杆式注塑系统
螺杆式注塑系统装配图
柱塞式塑化系统
分流梭 柱塞式注塑成型原理图
注射成型特点：
1)成型周期短
2)对各种塑料成型的适应性强。
3)生产效率高，易于实现自动化生产。 4)注射成型所需设备昂贵，模具结构比较复 杂，制造成本高。 5）生产成本高，生产周期长，不适合生产单件和 小批量的塑件生产。
高分子材料成型加工(考试重点及部分习题答案)
高分子材料成型加工考试重点内容及部分习题答案第二章高分子材料学1、热固性塑料：未成型前受热软化，熔融可塑制成一定形状，在热或固化剂作用下，一次硬化成型。
受热不熔融，达到一定温度分解破坏，不能反复加工。
在溶剂中不溶。
化学结构是由线型分子变为体型结构。
举例：PF、UF、MF2、热塑性塑料：受热软化、熔融、塑制成一定形状，冷却后固化成型。
再次受热，仍可软化、熔融，反复多次加工。
在溶剂中可溶。
化学结构是线型高分子。
举例：PE聚乙烯，PP聚丙烯，PVC聚氯乙烯。
3、通用塑料：是指产量大、用途广、成型性好、价格便宜的塑料。
4、工程塑料：具有较好的力学性能，拉伸强度大于50MPa，冲击强度大于6kJ/m2，长期耐热温度超过100度的、刚性好、蠕变小、自润滑、电绝缘、耐腐蚀可作为结构材料。
举例：PA聚酰胺类、ABS、PET、PC5、缓冷：Tc=Tmax，结晶度提高，球晶大。
透明度不好，强度较大。
6、骤冷（淬火）：Tc<Tg，大分子来不及重排，结晶少，易产生应力。
结晶度小，透明度好，韧性好。
定义：是指熔融状态或半熔融状态的结晶性聚合物，在该温度下保持一段时间后，快速冷却使其来不及结晶，以改善制品的冲击性能。
7、中速冷：Tc>=Tg，有利晶核生成和晶体长大，性能好。
透明度一般，结晶度一般，强度一般。
8、二次结晶：是指一次结晶后，在一些残留的非晶区和结晶不完整的部分区域内，继续结晶并逐步完善的过程。
9、后结晶：是指聚合物加工过程中一部分来不及结晶的区域，在成型后继续结晶的过程。
第三章添加剂1、添加剂的分类包括工艺性添加剂（如润滑剂）和功能性添加剂（除润滑剂之外的都是，如稳定剂、填充剂、增塑剂、交联剂）2、稳定剂：防止或延缓高分子材料的老化，使其保持原有使用性能的添加剂。
针对热、氧、光三个引起高分子材料老化的主要因素，可将稳定剂分为热稳定剂、抗氧剂（防老剂）、光稳定剂。
热稳定剂是一类能防止高分子材料在成型加工或使用过程中因受热而发生降解或交联的添加剂。
高分子物理第六章
一、橡胶
Rubber products
3
What is rubber?
Nature rubber-PI Synthesize rubber
CH2 C CH CH3 n CH3
•Polybutadiene •Polyisobutylene •Polychloroprene
4
The definition of rubber
12
第一节
形变类型及描述力学行为的基本物理量
13
6.1.1 基本概念
应变：当材料受到外力作用而所处的条件却使其不能产生惯性位 移，材料的几何形状和尺寸将发生变化，这种变化就称为~~
附加内力：材料发生宏观变形时，其内部分子以及分子内各原子间 的相对位置和距离发生变化，致使原子间或分子间的原有引力平衡 受到破坏，因而将产生一种恢复平衡的力，这种力简称~~
8
（2）高聚物的黏弹性
指高聚物材料不但具有弹性材料的一 般特性，同时还具有粘性流体的一些 特性。弹性和粘性在高聚物材料身上 同时呈现得特别明显。
9
三、橡胶的交联
PB cross-linked
Crosslinking is when individual polymer chains are linked together by covalent bonds to form one giant molecule. 10
dU =TdS-PdV+fdl
fdl =-TdS
dQ=TdS
fdl =-dQ
拉伸 dl>0, dS<0
dQ<0 拉伸放热
回缩 dl<0, dS>0
dQ>0 回缩吸热
42
第六章-现代高分子材料
• 实验2： 橡胶的溶解
• 实验目的：探究体形结构的有机高分子在有 机溶剂中的溶解性。
• 实验用品：废轮胎粉末、汽油，试管。 • 实验步骤：取废轮胎粉末0.5g放入试管中，
加入10mL汽油，振荡试管。观察轮胎粉末是 否溶解及其他现象。
• 实验现象：几分钟后废轮胎粉末只是有一定 程度的胀大，但未溶解。
• 实验结论：橡胶不溶于有机溶剂汽油。
【有机高分子化合物溶解性的小结】 有机高分子化合物都不溶于水； 线型结构的有机高分子能溶解在适当的有机溶剂 中，但溶解过程比小分子缓慢； 而体型结构的高分子在有机溶剂中也不易溶解， 有的只是有一定程度的胀大。
• 注意：不能放进微波炉 中，以免因温度过高而 释出有害物质。
OTHER（其他）
• 常见PC（聚碳酸酯），如水壶 、太空杯、数码产品等
注意：PC在高温情况下易释放出 有毒的物质双酚A，对人体有害 。使用时不要加热，不要在阳 光下直晒
• PA（聚酰胺），即尼龙，多用 于纤维纺织和一些家电等产品 内部的制件。
线型结构
网状结构(体型)ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
由于高分子化合物大部分是由小分子聚合而成 的，所以也常被称为聚合物。当小分子连接构 成高分子时，有的形成很长的链状，有的由链 状结成网状。
三、高分子化合物性质探究
• 实验1：有机玻璃的溶解 • 实验目的：探究线型结构的有机高分子在有机溶剂中
的溶解性。 • 实验用品：有机玻璃，三氯甲烷，试管。 • 实验步骤：取有机玻璃粉末0.5g放入试管中，加入
高分子材料是衣、食、住、行和工农业 生产各方面都离不开的材料，其中棉、毛、丝、塑 料、橡胶等都是最常用的。
2、高分子材料的分类
高分子材料 按来源分类
高分子化学 第六章聚合方法解答
解：⑴ 如反应前后的聚合度不变，由于原料的原有官能团往往和产物同在一个分子链中，也就是说，分子链中官能团很难完全转化，因此这类反应需以结构单元作为化学反应的计算单元。
⑵ 如反应前后聚合度发生变化，则情况更为复杂。
这种情况常发生在原料聚合物主链中有弱键、易受化学键进攻的部位，由此导致裂解或交联。
⑶ 与低分子反应不同，聚合物化学反应的速度还会受到大分子在反应体系的形态和参加反应的相邻基团等的影响。
⑷ 对均相的聚合物化学反应，反应常为扩散控制，溶剂起着重要作用。
对非均相反应情况更为复杂。
２.解：⑴ 物理因素：主要反映在反应物质的扩散速度和局部浓度两方面。
结晶和无定型聚合物；线性、支链型及交联聚合物；不同的链构象以及反应呈均相还是非均相等，对小分子物质的扩散都有着不同的影响，从而影响到基团的反应能力。
另外，链的构象也有一定影响，聚合物呈紧密线团、疏松线团或螺旋线团时，链上官能团与小分子反应物反应的活性也并不相同。
⑵ 化学因素：主要是大分子链上邻近基团间效应和几率效应。
大分子链上邻近基团间的静电作用、空间位阻及构型的不同，可改变官能团的反应活性；聚合物相邻官能团作无规成双反应时，中间往往会有孤立的单个基团，使最高转化程度受到限制，则此时要考虑几率效应。
３.解：① 自由基聚合反应：nCH 2 CH [CH 2CH]nOCOCH 3OCOCH 3② 醇解反应：[CH 2CH]nOCOCH 3[CH 2CH]nCH 3OH③ 缩醛化反应（包括分子内和分子间）：HCHO H 2OCH 2O O2CH 2CH CHOH OHCH 2CH CHCH 2４.解：聚合物与低分子化合物反应，仅限于侧基和／或端基而聚合度基本不变的反应，称为聚合物的相似转变。
这类反应在工业上有诸多应用，例如天然或合成聚合物的官能团反应如酯化、醚化、卤化、磺化、硝化、酰胺化、水解、醇解等，以及大分子链中的环化反应，含不饱和键聚合物的加氢反应。
高分子材料成型加工原理
⾼分⼦材料成型加⼯原理第⼀章绪论1.按所属成型加⼯阶段划分，塑料成型加⼯可分为⼏种类型？分别说明其特点。
(1)⼀次成型技术⼀次成型技术，是指能将塑料原材料转变成有⼀定形状和尺⼨制品或半制品的各种⼯艺操作⽅法。
⽬前⽣产上⼴泛采⽤的挤塑、注塑、压延、压制、浇铸和涂覆等。
(2)⼆次成型技术⼆次成型技术，是指既能改变⼀次成型所得塑料半制品(如型材和坯件等)的形状和尺⼨，⼜不会使其整体性受到破坏的各种⼯艺操作⽅法。
⽬前⽣产上采⽤的只有双轴拉伸成型、中空吹塑成型和热成型等少数⼏种⼆次成型技术。
(3)⼆次加⼯技术这是⼀类在保持⼀次成型或⼆次成型产物硬固状态不变的条件下，为改变其形状、尺⼨和表观性质所进⾏的各种⼯艺操作⽅法。
也称作“后加⼯技术”。
⼤致可分为机械加⼯、连接加⼯和修饰加⼯三类⽅法。
2.成型⼯⼚对⽣产设备的布置有⼏种类型？(1)过程集中制⽣产设备集中；宜于品种多、产量⼩、变化快的制品；衔接⽣产⼯序时所需的运输设备多、费时、费⼯、不易连续化。
(2)产品集中制⼀种产品⽣产过程配套；宜于单⼀、量⼤、永久性强的制品、连续性强；物料运输⽅便，易实现机械化和⾃动化，成本降低。
3.塑料制品都应⽤到那些⽅⾯？(1)农牧、渔业(2)包装(3)交通运输(4)电⽓⼯业(5)化学⼯业(6)仪表⼯业(7)建筑⼯业(8)航空⼯业(9)国防与尖端⼯业(10)家具(11)体育⽤品和⽇⽤百货4.如何⽣产出⼀种新制品？(1)熟悉该种制品在物理、机械、热、电及化学性能等⽅⾯所应具备的指标；(2)根据要求，选定合适的塑料，从⽽决定成型⽅法；(3)成本估算；(4)试制并确定⽣产⼯艺规程、不断完善。
第⼆章塑料成型的理论基础1.什么是聚合物的结晶和取向？它们有何不同？研究结晶和取向对⾼分⼦材料加⼯有何实际意义？2.请说出晶态与⾮晶态聚合物的熔融加⼯温度范围，并讨论两者作为材料的耐热性好坏。
晶态聚合物：Tm——Td；⾮晶态聚合物：Tf——Td。
对于作为塑料使⽤的⾼聚物来说，在不结晶或结晶度低时最⾼使⽤温度是Tg，当结晶度达到40%以上时，晶区互相连接，形成贯穿整个材料的连接相，因此在Tg以上仍不会软化，其最⾼使⽤温度可提⾼到结晶熔点。
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(3) 常规全螺纹三段螺杆的选择：
螺杆型式的确定： ①渐变型螺杆 压缩段槽深为渐变的，传热好，剪切不剧烈，混炼 效果不好。适用于热敏性物料、结晶非结晶性物料。 ②突变型螺杆 剪切剧烈，传热不好。适用黏度小、具有突变熔点 的物料，如PA、PS、PP等 ，但PVC等黏度高的会局 部过热。 在（1—2）D内发展到在（4—5）D内完成相变。
了解和掌握塑料材料的注射成型以及模压成型的主要原理和
工艺控制因素
第六章高分子材料加工
一次成型法:热塑性聚合物制品的绝大部分是通过
熔体加工的方法成型的。即通过加热使塑料处于粘 流态,经过流动、成型和冷却，或硬化或交联固化， 从而得到各种形状制品的方法。
包括；挤出成型；注射成型；模压成型；压延成型；熔融纺 丝等。
200，250,(300)。 螺杆L/D: (20), 25, 30
第六章高分子材料加工
(1) 基本构造
①主机——是由一根阿基米德螺杆在加热的料 筒中旋转构成的。
挤压系统—螺杆，料筒，料斗。 三大系统 传动系统—电动机，减速箱，轴承。
加热冷却系统—加热器，冷却水管。
第六章高分子材料加工
在塑料挤出成型设备中，塑料挤出机通常称之为主机， 而与其配套的后续设备塑料挤出成型机则称为辅机。
从而得到精确的截面形状和尺寸以及表面性能良好 的制品。 冷却装置—对定型的制品进行充分冷却至热变形温 度以下。 牵引装置—均匀地牵引制品，使其保持一定地截面 尺寸并使稳定挤出。 切割装置—根据使用要求将制品切成一定地长度和 宽度。 卷取装置—主要针对第六软章高制分子品材料。加工
(2)挤出机主要技术参数与螺杆参数
螺杆直径（D），长径比（L/D)，转数， 驱动功率，生产率，外形尺寸，重量等
第六章高分子材料加工
螺杆的主要参数：
螺杆分段：加料段，压缩段（转化段），均化段（计量段） 螺槽深度：h1，h2（变化的），h3 压缩比： (Dh1)h1
(Dh3)h3
螺纹螺距，螺纹升角，螺纹头数，螺棱宽度等。
第六章高分子材料加工
第六章高分子材料加工
第六章高分子材料加工
4．挤出成型方法的最新进展
①设备技术更成熟； ②电磁动态塑化挤出：
将电磁振动场引入聚合 物塑化挤出的全过程,从根本上 改变了传统螺杆挤出设备的换能方式、结构形式和塑化挤出 过程。
提出了聚合物动态塑化挤出、直接电磁换能、机电磁 一体化等一系列新概念和原理,揭示了聚合物电磁动态塑化 挤出过程中的各种新现象和规律。
塑料挤出机（主机）可以与管材、 薄膜、捧材、单丝、扁丝、打包 带、挤网、板（片）材、异型材、 造粒、电缆包覆等各种塑料成型 辅机匹配，组成各种塑料挤出成 型生产线，生产各种塑料制品。
第六章高分子材料加工
②辅机——几种典型挤出成型制品的辅机
机头—制品获得几何形状和尺寸； 定型装置—对制品的形状和尺寸起稳定和定型作用，
第六章高分子材料加工
螺杆直径的确定： 国标系列：30、45、65、90、120、150、200 确定直径D：①产品截面积的形状和大小
②加工塑料的种类和生产率，辅机配备 经验公式：Q=βD²n β—出料系数，0.003—0.007
单螺杆挤出机的螺杆可分为三段：从料斗至机头依次 为加料段(feed)、压缩段(transition)、均化段 (metering)。
各段功能：
加料段起着输送未熔融固体物料的作用；
在压缩段中，聚合物物ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ逐渐从固态向粘流态转变， 这种转变是通过料筒的热传导和螺杆旋转时剪切、 搅拌摩擦等复杂作用实现的；
挤出过程：预处理料—加料——在螺杆中熔融塑化— —口模挤出——定型——冷却——牵引——切割
第六章高分子材料加工
2. 挤出方法分类 干法挤出—聚合物的塑化和加压在同一设备内完成。 湿法挤出—溶剂先将聚合物充分软化并塑化，聚合
物的塑化和加压是两个独立的过程。定型处理采用 溶剂脱出方法，同时应考虑溶剂的回收和利用。
第六章 挤出成型加工原理
6.1 挤出成型概述 基本6内.2 容挤出理论 6.3 几种制品的挤出工艺
第六章高分子材料加工
了解挤出成型的特点，以及挤出成型设备的基本构造及工作 原理
本 章 掌握固体输送理论的推导过程和影响固体输送流率的因素 要 求 分析影响熔体熔融塑化和熔体输送流率的因素
了解和掌握塑料管材、挤出吹塑薄膜、挤出棒材和挤出异型 材的主要工艺特点和工艺控制因素
第六章高分子材料加工
3．挤出成型特点
①连续性生产，产品可以任意长度； ②应用范围广，绝大多数的热塑性塑料和热固性塑
料可用此方法生产；几乎1/3-1/2的塑料制品是通过 挤出成型来完成的。
③生产效率高，一台挤出机的产量85.8吨/年，而一 台注射机的产量27.6吨/年；
例：近几年来，单螺杆 挤出机有了很大的发展。目 前德国生产的大型造粒用单螺杆挤出机，螺杆直径 达700mm，产量为36t/h。
③计算机控制与应用； ④产品规格大，品第六种章高分多子材。料加工
6.1.2 挤出成型设备的基本构造及工作原理 1．单螺杆挤出成型设备 规格:
SJ-65/25
螺杆直径 螺杆长径比
第六章高分子材料加工
单螺杆挤出机(Single Screw Extruder S.S.E)
SJ-65, SJ-65A, SJ-65B, SJZ-120 螺杆外径:(25),30，45，65，90，120，150，
二次成型法：将一次成型法所得的片材、管材和
板材等塑料制品加热，使其处于高弹区（Tg～Tf)， 通过外力作用，使其发生形变，再经冷却定型而得 到制品的方法。 第六章高分子材料加工
6.1 概述(Extrusion of Plastic)
6.1.1 基本概念 1．基本定义——挤压成型是借
助螺杆或柱塞的挤压作用， 使受热熔化的聚合物材料在 压力推动下，强行通过口模 而成为具有恒定截面的连续 型材的一种成型方法。