常用聚合物加工方法及工艺共30页
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。
聚合物聚合方法
聚合物聚合方法
在化学领域中，聚合物是由许多重复单元组成的高分子化合物，其可以通过聚合方法进行制备。
聚合物的合成方法有许多种，每种方法都有自己的特点和适用范围。
下面将介绍几种常见的聚合物聚合方法。
自由基聚合方法
自由基聚合方法是一种常用的聚合物制备技术。
该方法通过引发剂的作用，将单体中的双键或其他活性基团引发聚合反应，生成线性或支化的高分子链。
自由基聚合方法简单易行，适用于大多数单体的聚合制备。
离子聚合方法
离子聚合方法是利用阳离子或阴离子参与聚合反应的一种方法。
离子聚合方法主要包括阳离子聚合和阴离子聚合两种。
通过选择不同的单体和引发剂，可以实现对特定多亚胺的选择性聚合。
阴离子和正离子方法
在聚合物合成中，常用的还有阴离子和正离子方法。
阴离子和正离子方法通过引发剂将单体转化为聚合物，适用于一些特定性质要求高的聚合物的制备。
金属催化聚合方法
金属催化聚合方法是一种高效的聚合物合成技术。
通过金属催化剂的作用，可以促进单体之间的键合反应，实现高分子链的构建。
金属催化聚合方法在合成高性能聚合物中具有重要应用。
间位聚合方法
间位聚合方法是一种特殊的聚合技术，通过在特定位置引入功能基团，实现高分子链的定向生长。
间位聚合方法可以控制聚合物的结构和性能，具有广泛的应用前景。
总的来说，聚合物的合成方法多种多样，每种方法都有其独特的优势和适用范围。
在实际应用中，可以根据所需聚合物的性质和用途选择合适的聚合方法进行制备。
随着化学合成技术的不断发展，相信聚合物聚合方法将会有更多新的突破和创新。
聚合物合成工艺学
(4)分离过程：涉及未反应单体旳回收、脱除溶剂、催化剂，脱除 低聚物等过程与设备。
(5)聚合物后处理过程：涉及聚合物旳输送、干燥、造粒、均匀化、 贮存、包装等过程与设备。
(6)回收过程：主要是未反应单体和溶剂旳回收与精制过程及设备。 另外三废处理和公用工程如供电、供气、供水等设备。
(7) 发展清洁生产，注重可连续发展
(8) 增强技术创新能力，培养高素质人才
5. 高分子合成工业
(1) 基本原料：石油、天然气、煤炭等为原材料。
(2) 生产过程：涉及石油开采、石油炼制、基本有机合成、高 分子合成、高分子合成材料成型等工业部门，提供主要旳原料 -单体、溶剂、塑料添加剂等辅助原料。
(3) 高分子合成工业旳任务：将基本有机合成工业生产旳单体， 经过聚合反应合成高分子化合物，从而为高分子合成材料成型 工业提供基本原料。所以基本有机合成工业、高分子合成工业 和高分子合成材料成型工业是亲密相联络旳三个工业部门。
多数引起剂受热后有分解爆炸旳危险，干燥、纯粹旳过氧化物 易分解。所以工业上过氧化物采用小包装，贮存在低温环境中， 而且防火，防撞击。
常用旳催化剂烷基金属化合物很危险，易遇空气燃烧或遇水爆炸。 金属卤化物易水解生成腐蚀气体。
(3) 聚合过程
高分子化合物旳平均分子量、分子量分布以及其构造对高分子 合成材料旳物理机械性能产生重大影响，而且生产出来旳成品 不易进行精制提纯，所以对聚合工艺条件和设备旳要求很严格：
例2. 一种年产10万t合成纤维工厂相当于200多万亩棉田旳产量， 也相当于2023万多头绵羊旳年产毛量，我国如能年产100万t合 成纤维，可节省2023多万亩土地，可养活3000-4000万人口。
聚合工艺流程图
聚合工艺流程图聚合工艺流程图（Polymerization Process Flow Diagram）是用于描述聚合工艺的图表，它展示了从原料准备到最终产品的整个制造过程。
下面是一个典型的聚合工艺流程图，共有六个主要步骤：第一步：原料准备在这一步骤中，原料被准备和混合以满足聚合的需要。
通常使用的原料包括单体（monomer）、引发剂（initiator）和溶剂（solvent）。
单体是用于聚合的基本化学物质，而引发剂用于启动聚合反应。
溶剂有助于保持反应体系的稳定性。
在原料准备阶段，必须确保原料的准确配比和合理混合。
第二步：反应在这一步中，原料混合物被引入反应器中，聚合反应在适当的温度和压力下进行。
反应的时间可以根据不同的聚合工艺和所需的产品特性进行调整。
在反应过程中，单体会逐渐链接形成高分子链，并释放出热量。
在这一步骤中，重要的是控制反应的速度和反应的完整性。
第三步：分离在反应结束后，产生的聚合物需要与反应体系中的其他物质进行分离。
这可以通过物理或化学手段来实现。
常见的分离方法包括过滤、离心、蒸馏等。
其中，过滤是最常用的分离方法，可通过筛选杂质和溶剂来分离纯净的聚合物。
第四步：加工在分离之后，聚合物需要进行加工，以满足实际应用的需要。
加工的具体方法取决于聚合物的性质和应用领域。
常见的加工过程包括挤出、注塑、成型等。
这些加工过程可以将聚合物转化为不同形状和尺寸的制品。
第五步：后处理在加工过程之后，聚合物制品需要经过一些后处理步骤，以改善其性能。
例如，聚合物制品可以通过冷却、热处理或化学处理来改善其强度、硬度、透明度等特性。
后处理也可用于去除表面缺陷和杂质。
第六步：产品包装和质检最后，聚合物制品需要进行包装和质量检查。
包装可以根据制品的性质和大小进行定制，以保护制品在运输和储存过程中不受损。
质检是确保产品质量符合标准的关键步骤，包括外观质量、物理性能、化学性质等的检查。
综上所述，聚合工艺流程图展示了从原料准备到最终产品的制造过程。
复合材料的成型工艺聚合物基复合材料的成型工艺
(2)电工领域。主要用于高压电缆保护管、电
缆架、绝缘梯、绝缘杆、灯柱、变压器和电机的零
部件等。
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(3)建筑领域。主要用于门窗结构用型材、 桁架、桥梁、栏杆、支架、天花板吊架等。
(4)运输领域。主要用于卡车构架、冷藏车 箱、汽车笼板、刹车片、行李架、保险杆、船 舶甲板、电气火车轨道护板等。
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5. 连续缠绕成型工艺
将浸过树脂胶液的连续纤维或布带，按照一 定规律缠绕到芯模上，然后固化脱模成为增强塑 料制品的工艺过程，称为缠绕工艺。
缠绕工艺流程图如下图所示：
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胶液配制
纱团 集束 浸 胶
湿
法 缠
张力控制
绕
成
型 纵、环向缠绕 工
艺
烘干
络纱
胶纱纱绽
干
张力控制
法 缠
绕 加热粘流 成
大量使用的基体材料有不饱和聚酯树 脂和环氧树脂等。
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另外，以耐热性较好、熔体粘度较低的 热塑性树脂为基体的拉挤成型工艺也取得了 很大进展。
其拉挤成型的关键在于增强材料的浸渍。
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在拉挤成型工艺中，目前常用的方法如热 熔涂覆法和混编法。
热熔涂覆法是使增强材料通过熔融树脂， 浸渍树脂后在成型模中冷却定型；
②设备简单、投资少、设备折旧费低。
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③工艺简单； ④易于满足产品设计要求，可以在 产品不同部位任意增补增强材料 ⑤制品树脂含量较高，耐腐蚀性好。
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手糊成型工艺缺点
① 生产效率低，劳动强度大，劳动卫生 条件差。
②产品质量不易控制，性能稳定性不高。 ③产品力学性能较低。
聚合物合成工艺-第3章
引发剂的分解速率，应与反应时间（停留时间）匹配
根据引发剂分解速率常数kd
在相同介质和温度下，不同引发剂的kd不同，kd 大者，分解速率快，活性高。
根据引发剂分解活化能Ed
Ed大者，分解的温度范围窄 如要求引发剂在某一温度范围内集中分解，则选
用Ed大者 反之，可选用Ed小者。
化率，是LDPE合成工艺研究的重点。
工艺概况
LDPE的合成工艺均由ICI公司的技术衍生而来，除反应 器、配方、工艺控制有所不同外，流程均大致相同。
生产流程示意图
兰化集团引进Basell公司20万t/aLDPE 装置工艺流程
流程简述
乙烯与分子量调节剂混合后，经一次压缩（25～30MPa） 后与循环乙烯混合，进入二级压缩机，出口压力110～ 400MPa（不同工艺，要求的压力不同）。
变宽 可通过控制反应过程中[S]/[M]值，控制分子量分布 比较常用的方法是分批次补加链转移剂。
链转移剂的选择
一般根据50％转化率－U1/2进行选择。 U1/2－链转移剂消耗50％时单体的转化率。
U1/2＝100（1－0.51/Cs） 一般情况下，CS提高，U1/2下降。 根据反应的单体转化率要求，选择合适的链转移剂。 链转移剂的U1/2可查阅有关手册。
物理机械性能产生重要影响。
聚乙烯的主要分类
a. 低密度（高压）聚乙烯（LDPE）
密度为0.915～0.930 g/cm3的均聚物
自由基 共聚合
含少量极性基团的乙烯-醋酸乙烯酯共聚物-EVA
乙烯-丙烯酸乙酯共聚物-EAA
b.线性低密度和中等密度聚乙烯（LLDPE、MDPE）
乙烯、α-烯烃（1-丁烯、1-己烯或1-辛烯）的共聚物
常用高分子材料的加工工艺
P S1 PS的性能PS为无定形聚合物，流动性好，吸水率低（小于00.2%），是一种易于成型加工的透明塑料。
其制品透光率达88-92%，着色力强，硬度高。
但PS制品脆性大，易产生内应力开裂，耐热性较差（60-80℃），无毒，比重1.04g\cm3左右（稍大于水）。
2 PS的工艺特点PS熔点为166℃，加工温度一般在185-215℃为宜，分解温度约为290℃，故其加工温度范围较宽。
PS料在加工前，可不用干燥，由于其MI较大、流动性好，注射压力可低些。
因PS比热低，其制作一些模具散热即能很快冷凝固化，其冷却速度比一般原料要快，开模时间可早一些。
其塑化时间和冷却时间都较短，成型周期时间会减少一些；PS制品的光泽随模温增加而越好。
HIPS1 HIPS的性能HIPS为PS的改性材料，分了中含有5-15%橡胶成份，其韧性比PS提高了四倍左右，冲击强度大大提高。
它具有PS 具有成型加工、着色力强的优点。
HIPS制品为不透明性。
HIPS吸水性低，加工时可不需预先干燥。
2 HIPS的工艺特点因HIPS分子中含有5-15%的橡胶，在一定程度上影响了其流动性，注射压力和成型温度都宜高一些。
其冷却速度比PS 慢，故需足够的保压压力、保压时间和冷却进间。
成型周期会比PS稍长一点，其加工温度一般在190-240℃为宜。
HIPS制件中存在一个特殊的“白边”的问题，通过提高模温和锁模力、减少保压压力及时间等办法来改善，产品中夹水纹会比较明显。
AS（SAN）1 AS的性能AS为苯乙烯-丙烯睛共聚体，不易产生内应力开裂。
透明度很高，其软化温度和搞冲击强度比PS高。
2 AS的工艺特点AS的加工温度一般在200-250℃为宜。
该料易吸湿，加工前需干燥一小时以上，其流动性比PS稍差一点，故注射压力亦略高一些。
模温控制在45-75℃较好。
ABS1 ABS的性能ABS为丙烯睛-丁二烯-苯乙烯三元共聚物，具有较高的机械强度和良好“坚、韧、钢”的综合性能。
聚合物的反应加工
⑵将马来酸酐、丙烯酸接枝到聚烯烃上，从而改善它们的相容 性及其它化学性能，最早开始于1967年。
⑶1980-1983年开发聚烯烃的低温卤化（溴化及氯化）
2. 反应挤出的优点
聚合物加工新技术
①螺杆挤出机可根据需要设臵多处加料口，根据各种化学反应 自身的规律，沿螺杆的轴向将物料按一定程序和最合适的方式 分步加入，可以控制化学反应按预定的顺序和方向进行。 ②可以精确控制反应温度，并可根据化学反应本身的特点和规 律，通过温度沿螺杆轴向的分布和分布梯度来控制反应进行的 方向、速度和程度，以减少副反应的发生。 ③螺杆挤出机的混合能力很强，提高了反应物料体系的混合均 匀程度。 ④通过调整螺杆转速和螺杆的几何结构，可以控制反应物料的 停留时间和停留时间分布。反应挤出比较适合于反应速度较快 的化学反应。 ⑤副反应较少，选择性较好。
⑷单体聚合反应。
五、反应挤出设备
聚合物加工新技术
（1） 单螺杆挤出机
单螺杆挤出机的混炼效果及容量不及双螺杆挤出机，但其 设备价格低、投资小，因此应用极为广泛。
普通的3段式单螺杆挤出机螺杆分为加料段、熔融段和均化 段，不能满足反应挤出的需要。北京化工大学吴大鸣等对传统 的3段式单螺杆挤出机进行了设计改造，在螺杆上加设反应段。 反应段螺槽比均化段要深，这样就增加了熔体的停留时间，提 高了原料的反应程度。
• 高抗冲透明丁苯树脂是以苯乙烯、丁二烯为单体，以烷基锂 为引发剂合成的一类嵌段共聚物。该产品的主要特性是透明 坚韧、加工方便、且价格适中，广泛应用于冰箱制造、电气 仪表盘与其他材料掺混改性等领域。
常见聚合物的合成
常见聚合物的合成1、聚乙烯（PE）聚乙烯是无味、无毒、无嗅的白色蜡状半透明材料，电绝缘性能优越，可与所有已知的介电材料相比。
耐化学介质性能好，是最大的通用塑料之一。
目前聚乙烯的生产方法有高压法、中压法和低压法。
高压法是在100～200MPa和160～300O C下，以微量氧为引发剂的自由基本体聚合。
单程转化率为15% 。
数均相对分子质量一般是20000～50000，相对分子质量分布为3～20。
乙烯回收乙烯回收↑↑乙烯→→→→→→→↑氧（5～300ppm）图1-1 高压法合成聚乙烯工艺流程框图由于在聚合过程中发生向聚合物和链自由基的链转移反应，大分子链上有许多支链，因此高压法合成的聚乙烯结晶度低（50%～79%），密度低（0.91～0.93 g/cm3），故称为低密度聚乙烯（LDPE）。
主要用于制造薄膜制品、注射、吹塑制品及电线的绝缘包层。
低压法是采用TiCl4-AlEt2Cl催化剂的配位聚合。
聚合方法有淤浆法、溶液法和气相法。
我国多采用淤浆法，反应在较低的温度（65～75O C）和压力（0.5～3MPa）下进行。
产物为线型大分子，结晶度较高（80～90%），密度也高（0.94～0.95g/cm3）。
因此称为高密度聚乙烯（HDPE）。
机械性能优于LDPE。
乙烯与少量的1-丁烯或1-己烯共聚，所得产物为有一定支链的线型低密度聚乙烯（LLDPE）。
聚合机理和聚合方法与HDPE相同。
产物有优良的耐环境应力和热应力开裂性能。
2、聚丙烯（PP）聚丙烯为仅次于聚乙烯和聚氯乙烯的第三大合成树脂。
主要品种为等规度在95%以上的等规聚丙烯。
采用Ziegler-Natta催化剂的配位聚合。
聚合方法有间歇式液相本体法、液相气相组合式连续本体法、淤浆法。
以淤浆法为例，反应温度50～70O C，0.5～1MPa，加入微量氢气调节相对分子质量，反应结束后加入醇类除去催化剂残渣。
丙烯回收甲醇水或甲醇催化剂↑↓↓丙烯→→→→→→→→产品氢气↓图1-2 淤浆法合成聚丙烯工艺流程框图聚丙烯为乳白色、无臭、无味、无毒、质轻的热塑性树脂。
聚合物材料的设计和制造
聚合物材料的设计和制造在现代工业和科技发展的进程中，聚合物材料在许多领域中都有着非常重要的应用。
它具有轻质、高强、易加工等诸多优点，同时在化学稳定性和温度稳定性方面也有很好的表现，因此受到了广泛的关注和应用。
在这篇文章中，将着重介绍聚合物材料的设计和制造方面的内容，以期给读者带来更深入的了解。
一、聚合物材料的分类及基本结构聚合物（Polymer）是由重复单元组成的高分子化合物。
根据聚合物的物理性质和化学性质，它可以分为两类：热塑性聚合物和热固性聚合物。
热塑性聚合物可软化、熔融和重复处理，如聚乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯等。
热固性聚合物是不具有软化和熔融性的聚合物，一旦加工成形便不可改变其形状，如酚醛树脂、环氧树脂、麻花硬质氨基塑料等。
根据聚合物的基本结构，聚合物可以分为线性聚合物、支化聚合物、交联聚合物和网状聚合物等四类。
其中，线性聚合物是由直链单体按照单一分支连接而成；支化聚合物是由直链和分支共同组成，分支的存在导致了聚合物材料具有更多的物理性质和机械性质；交联聚合物是由三者或三者以上相互碰撞的单体在聚合过程中形成三维空间结构，此类聚合物物理性质较好，但化学稳定性较差；网状聚合物是由许多交联聚合物组成的结构，此类聚合物的机械性质和化学稳定性较好。
二、聚合物材料的制造工艺1. 聚合法：聚合法是指通过化学反应将单体聚合成聚合物的一种制备方法。
其主要原理是通过开发单体之间键合作用，实现高分子的形成。
根据单体的不同，聚合法可以分为自由基聚合、离子聚合和均聚和高聚反应等多种反应类型。
自由基聚合是聚合方法中最常用的一种方法，具有简单化学反应和操作简便的特点。
2. 拉伸法：拉伸法是利用聚合物温度和机械力变形的物理作用，在拉伸的过程中缩短链段长度，达到拉伸效应的一种制备方法。
根据聚合物的物性不同，分为热拉伸法、冷拉伸法和光学拉伸法等。
不同拉伸方法的选择取决于聚合物的实际用途和性质要求。
3. 压缩法：压缩法是指将聚合物放在弯曲模具中，并通过加热或冷却来形成其形状的加工方法。