聚合物反应性加工概述共32页
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聚合物的反应加工PPT教案
第17页/共75页
螺杆一线式电磁动态塑化挤出机
一阶为多螺杆挤出机，聚合物由于主、副螺杆的相互啮合产生捏 合挤压与混合，同时在振动力场作用下，啮合区间隙随时间周期性 变化，经定量加料系统进入的物料被螺杆间的运动拉入压延间隙， 实现动态压延混合，而且瞬时变化的剪切速率和压力产生耗散热能， 因此物料被快速熔融和混炼，各组分之间的相互扩散加强，参与反 应的物质充分均匀混合，反应进行得更加彻底。第二阶为单螺杆挤 出机，在振动力场作用下使聚合物进一步熔融和塑化，实现低温挤 出。通过调节各阶的转速、温度、压力、频率和振幅，可以达到控 制化学反应过程、反应产物结构与性能的目的，突破了控制预聚物 或聚合物混合混炼过程及停留时间分布不可控的难点，解决了振动 力场作用下聚合物反应加工过程中的质量、动量及能量传递的平衡 问题，实现反应产物产量与质量的良好协同，从而得到性能更加优 异的制品。
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2. 反应挤出的优点
⑥螺杆挤出机既是反应器，又是制品成型设备，从而使生 产工艺过程做到了工序少、流程短、能耗低、成本低、 生产效率高。节约大部分工厂设备和占地空间；
⑦节省回收稀释液所需的能量，没有溶剂或稀释液，无废 液排出；
⑧挤出机具有技术上的优势，因为它可以作为柱塞流反应 器或者微背混式塞流反应器。
传统挤出过程一般以聚合物为原料，通过外加热量和螺杆转动过 程中施加给物料的剪切摩擦热将其熔融并混合均匀，然后经口模挤 出、模具造型、脱模冷却后得到制品。其挤出过程是物料由固态 (结晶态或玻璃态)—液态(粘流态)—固态(结晶态或玻璃态)的以物理 变化为主的过程。而反应挤出中存在着化学变化，如单体之间的缩 聚、加成、开环形成聚合物的聚合反应，聚合物与单体之间的接枝 反应，聚合物之间的交联反应等。
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第掺13混页/改共7性5页等领域。
螺杆一线式电磁动态塑化挤出机
一阶为多螺杆挤出机，聚合物由于主、副螺杆的相互啮合产生捏 合挤压与混合，同时在振动力场作用下，啮合区间隙随时间周期性 变化，经定量加料系统进入的物料被螺杆间的运动拉入压延间隙， 实现动态压延混合，而且瞬时变化的剪切速率和压力产生耗散热能， 因此物料被快速熔融和混炼，各组分之间的相互扩散加强，参与反 应的物质充分均匀混合，反应进行得更加彻底。第二阶为单螺杆挤 出机，在振动力场作用下使聚合物进一步熔融和塑化，实现低温挤 出。通过调节各阶的转速、温度、压力、频率和振幅，可以达到控 制化学反应过程、反应产物结构与性能的目的，突破了控制预聚物 或聚合物混合混炼过程及停留时间分布不可控的难点，解决了振动 力场作用下聚合物反应加工过程中的质量、动量及能量传递的平衡 问题，实现反应产物产量与质量的良好协同，从而得到性能更加优 异的制品。
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2. 反应挤出的优点
⑥螺杆挤出机既是反应器，又是制品成型设备，从而使生 产工艺过程做到了工序少、流程短、能耗低、成本低、 生产效率高。节约大部分工厂设备和占地空间；
⑦节省回收稀释液所需的能量，没有溶剂或稀释液，无废 液排出；
⑧挤出机具有技术上的优势，因为它可以作为柱塞流反应 器或者微背混式塞流反应器。
传统挤出过程一般以聚合物为原料，通过外加热量和螺杆转动过 程中施加给物料的剪切摩擦热将其熔融并混合均匀，然后经口模挤 出、模具造型、脱模冷却后得到制品。其挤出过程是物料由固态 (结晶态或玻璃态)—液态(粘流态)—固态(结晶态或玻璃态)的以物理 变化为主的过程。而反应挤出中存在着化学变化，如单体之间的缩 聚、加成、开环形成聚合物的聚合反应，聚合物与单体之间的接枝 反应，聚合物之间的交联反应等。
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第掺13混页/改共7性5页等领域。
聚合物反应性加工概述
n H2C CH2
H2 H2 CC
n
图 4 聚乙烯树脂的制备过程
背景介绍
成型过程 以聚乙烯树脂为原料，通过相应的成型技术技
术（如吹塑成型等）最终得到聚乙烯水壶制品。
图 5 吹塑成型示意图
背景介绍
传 统
① 单体聚合得到原料树脂
的
聚
合
物
加
工
过
程
② 成型加工
背景介绍
缺点：
1 从单体聚合到加工成型，工艺流程长，花费时间多；
3. 反应挤出的缺点
尽管反应挤出技术有上述优点，但也存在一些缺点，如： ①技术难度大。不但要进行配方和工艺条件的研究，而且要针对不 同的反应设计所需的新型反应挤出机，研发资金投入大，时间长。 ②难以观察检测。物料在挤出机中始终处于动态、封闭的高温、高 压环境中，难以观察、检测物料的反应程度；物料停留时间较短， 一般只有几分钟时间，因而要求所要进行的反应必须快速完成；如 果反应时间超过2Omin，则用反应挤出技术就没有意义。 ③技术含量高。反应挤出技术涉及到聚合物材料、化学工程、聚合 反应工程、橡塑机械、聚合物成型加工、机械加工、电子等诸多学 科，需较长时间的研究和多方合作才能取得成果。
2. 反应挤出的优点
⑥螺杆挤出机既是反应器，又是制品成型设备，从而使生 产工艺过程做到了工序少、流程短、能耗低、成本低、 生产效率高。节约大部分工厂设备和占地空间；
⑦节省回收稀释液所需的能量，没有溶剂或稀释液，无废 液排出；
⑧挤出机具有技术上的优势，因为它可以作为柱塞流反应 器或者微背混式塞流反应器。
计量
混合
充模
固化
脱模
后处理
图6 反应注射成型工艺流程图
问题：在反应性基础过程中最重要的控制因素是什 么？
利用成型加工机实现塑料功能化———反应性加工
2 对反应性加工用装置的性能要求
现在市售的反应型挤出机实际上是通用挤出机
配备专用外围设备系统。也有适合聚合反应用、提
供特别长的滞留时间的螺杆式挤出机。对反应挤出
机有如下 5 种重要性能要求:
第6期
化工新
3 1 在聚合反应方面的应用
采用反应性加工合成聚合物的实例, 按反应的类
型列于表 2。曾多次用自由基聚合反应尝试使 MMA
3 反应性加工的应用
对材料而言
聚合反应 高分子反应 分解反应 现场聚合
在生产方法方面 连续化 无溶剂化 同时成型
多品种小批量生产, 高分子量化 高功能化, 高性能化 控制分子量的分布, 回收再生 增容, 赋予弹性
简化工序, 进行稳定生产 低公害, 降低成本 节能所占空间小, 适应小批 量多 品种的生产
( 3) 脱除挥发分: 在不能完全精化时要去除未反 应的单体。在进行缩聚反应时脱除缩合水或醇是影 响转化率的重要因素。
( 4) 成型: 可直接成型加工成片材、膜材、管材, 也可以使用两台相互串联的挤出机使反应与成型两 功能分开。在以混配为目的时可以制成粒料。
如能考虑以上因素, 利用此技术就可获得如表 1 所示的效果。树脂生产厂家只有采用反应性加工 才能制造高功能、高性能新材料。特别重要的是, 用 反应性加工进行共聚、接枝聚合、动态硫化时, 材料 设计的自由度较大, 能适应产量小、品种多的生产要 求, 而且加工厂家在提高成型品种的价值的同时即 可实现产品的成型加工。如能在成型机内制造高价 值的改性树脂, 也可能降低树脂改性费用。
反应
聚合物组成
PE/ M AH
PE/ A A, S t. D VB PE/ 二甲胺/ FM A
自 PP/ M AH 由 基 聚 合 PP PE/GMA
聚合物成型加工原理课件
第四章
压缩模塑
4.1 4.2 4.3 4.4 4.5 4.6
概述 成型前的准备工作 压缩模塑用的设备 模压过程与操作方法 模压成型的控制因素 冷压烧结成型
2019/2/10
1
4.1
一.简介
概述
压缩模塑又称压制成型、模压成型，是目前四大成型 方法之一。它不但可以成型热固性塑料制品，还可以成型热塑 性制品。 主要用来制造热固性塑料和一些流动性较差的或熔体
合，影响模具寿命。
2019/2/10 34
3.半溢料式模 半溢模，有些溢料，但溢料上可从模 具结构加以限制，它可以克服上述两种模 具部分缺点。 分类： a.无支承面： 这种模具和不溢料式相似，不同是型 腔上部有一定锥度，能够进行溢料，因此
加料量要求过量一些，且压机压力全施加
在制品上，因此制品尺寸较准确，制品的 质量比较均匀密实。
尺寸精度不高，施压不准确， 力学性能不易控制 尺寸精度、质量性能好 尺寸精确，质量性能较好
要求不严 格（浪费）
无 易 易 有 有 有
不溢式 半溢式 半溢式
无 部分溢料 部分溢料
计量 严格 不严格 不严格
2019/2/10
37
4.4
模压过程与操作方法
模压工序可分为加料、闭模、排气、固化、脱模、模
具洗理等。 一.嵌件安放 制品若带有嵌件，则第一个工序就是嵌件的安放。 嵌件通常是作为制品中的导电元件或是制品与其它物 体相互连接的部件。 嵌件安放要求准确、平稳。
成型前的准备工作
应注意吸湿性、贮存温度和贮存时间等问题。 1.吸湿性 要求有严密的包装，贮存库房的相对湿度最好不超过 70%， 对脲甲醛等易吸湿的塑料则更需要严加控制。
2019/2/10
8
压缩模塑
4.1 4.2 4.3 4.4 4.5 4.6
概述 成型前的准备工作 压缩模塑用的设备 模压过程与操作方法 模压成型的控制因素 冷压烧结成型
2019/2/10
1
4.1
一.简介
概述
压缩模塑又称压制成型、模压成型，是目前四大成型 方法之一。它不但可以成型热固性塑料制品，还可以成型热塑 性制品。 主要用来制造热固性塑料和一些流动性较差的或熔体
合，影响模具寿命。
2019/2/10 34
3.半溢料式模 半溢模，有些溢料，但溢料上可从模 具结构加以限制，它可以克服上述两种模 具部分缺点。 分类： a.无支承面： 这种模具和不溢料式相似，不同是型 腔上部有一定锥度，能够进行溢料，因此
加料量要求过量一些，且压机压力全施加
在制品上，因此制品尺寸较准确，制品的 质量比较均匀密实。
尺寸精度不高，施压不准确， 力学性能不易控制 尺寸精度、质量性能好 尺寸精确，质量性能较好
要求不严 格（浪费）
无 易 易 有 有 有
不溢式 半溢式 半溢式
无 部分溢料 部分溢料
计量 严格 不严格 不严格
2019/2/10
37
4.4
模压过程与操作方法
模压工序可分为加料、闭模、排气、固化、脱模、模
具洗理等。 一.嵌件安放 制品若带有嵌件，则第一个工序就是嵌件的安放。 嵌件通常是作为制品中的导电元件或是制品与其它物 体相互连接的部件。 嵌件安放要求准确、平稳。
成型前的准备工作
应注意吸湿性、贮存温度和贮存时间等问题。 1.吸湿性 要求有严密的包装，贮存库房的相对湿度最好不超过 70%， 对脲甲醛等易吸湿的塑料则更需要严加控制。
2019/2/10
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聚合物成型加工原理课件-PPT精选文档
24
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
*
*
Schematic of thermoplastic Injection molding machine
22
2019/3/12
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
2019/3/12
3
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4
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5
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6
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7
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8
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9
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10
改性粒料
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11
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
2019/3/12
12
Tyres and wheels
2019/3/12
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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
聚合物加工过程的物理和化学变化
通过调整吹塑机的温度、压力、吹气比等工艺参数，优化 薄膜的厚度分布、力学性能和外观质量。
牵引速度与卷取张力控制
合理控制牵引速度和卷取张力，确保薄膜在牵引过程中不 发生拉伸变形，同时保证卷取后的薄膜具有良好的平整度 和紧密度。
案例二
聚丙烯原料特性分析
01
研究聚丙烯的分子结构、结晶行为、流变性能等，为注塑成型
降解反应及影响因素
降解反应类型
聚合物的降解反应主要包括热降解、 氧化降解、水解和光降解等。这些反 应会导致聚合物分子量降低、性能劣 化甚至失去使用价值。
影响因素
聚合物降解的影响因素包括温度、氧气、水 分、紫外线辐射等。其中，高温会加速热降 解和氧化降解；水分和氧气则会促进水解和 氧化反应；紫外线辐射则会引起光降解。
聚合物加工过程的物理和化学 变化
目
CONTENCT
录
• 聚合物加工概述 • 聚合物加工过程中的物理变化 • 聚合物加工过程中的化学变化 • 物理化学变化对聚合物性能影响 • 典型案例分析 • 总结与展望
01
聚合物加工概述
聚合物定义与分类
聚合物定义
由大量重复单元通过共价键连接而成的大分子化合物，分子量高 达数千至数百万。
06
总结与展望
当前存在问题和挑战
加工过程中的热稳定性问题
聚合物的热稳定性是影响其加工性能的关键因素之一。当前，许多聚合物在高温加工过程 中容易发生热分解，导致产品质量下降和加工难度增加。
环保要求的提高
随着环保意识的增强，对聚合物加工过程的环保要求也越来越高。减少废弃物排放、降低 能耗和提高资源利用率是当前聚合物加工行业面临的重要挑战。
硫化反应机理研究
深入剖析橡胶硫化反应的化学机理，包括交联键的形成、断裂以及 硫化剂的作用机制等。
牵引速度与卷取张力控制
合理控制牵引速度和卷取张力，确保薄膜在牵引过程中不 发生拉伸变形，同时保证卷取后的薄膜具有良好的平整度 和紧密度。
案例二
聚丙烯原料特性分析
01
研究聚丙烯的分子结构、结晶行为、流变性能等，为注塑成型
降解反应及影响因素
降解反应类型
聚合物的降解反应主要包括热降解、 氧化降解、水解和光降解等。这些反 应会导致聚合物分子量降低、性能劣 化甚至失去使用价值。
影响因素
聚合物降解的影响因素包括温度、氧气、水 分、紫外线辐射等。其中，高温会加速热降 解和氧化降解；水分和氧气则会促进水解和 氧化反应；紫外线辐射则会引起光降解。
聚合物加工过程的物理和化学 变化
目
CONTENCT
录
• 聚合物加工概述 • 聚合物加工过程中的物理变化 • 聚合物加工过程中的化学变化 • 物理化学变化对聚合物性能影响 • 典型案例分析 • 总结与展望
01
聚合物加工概述
聚合物定义与分类
聚合物定义
由大量重复单元通过共价键连接而成的大分子化合物，分子量高 达数千至数百万。
06
总结与展望
当前存在问题和挑战
加工过程中的热稳定性问题
聚合物的热稳定性是影响其加工性能的关键因素之一。当前，许多聚合物在高温加工过程 中容易发生热分解，导致产品质量下降和加工难度增加。
环保要求的提高
随着环保意识的增强，对聚合物加工过程的环保要求也越来越高。减少废弃物排放、降低 能耗和提高资源利用率是当前聚合物加工行业面临的重要挑战。
硫化反应机理研究
深入剖析橡胶硫化反应的化学机理，包括交联键的形成、断裂以及 硫化剂的作用机制等。
聚合物加工原理
无损检测
采用无损检测技术对聚合物产品进行 检测，如超声波检测、X射线检测等
，以发现产品内部的潜在缺陷。
06
未来发展趋势与挑战
新型加工技术展望
3D打印技术
通过逐层堆积材料的方式构建物体，为聚合物加工提供了全新的思路，可实现复杂结构的 快速制造。
微纳加工技术
利用微纳米级的精度制造聚合物产品，在生物医学、微电子等领域具有广阔应用前景。
主要包括挤出机、模具、 冷却装置等。
注射成型技术
原理
将聚合物加热熔融后，通过注射 机以一定压力和速度注入模具型 腔中，经冷却固化后得到制品。
应用
适用于制造形状复杂、精度要求高 的制品，如家电外壳、汽车零件等。
设备
主要包括注射机、模具、加热装置 等。
压延成型技术
原理
将聚合物通过压延机的一组或多 组辊筒间隙，使其受到挤压和延 展作用，从而成为具有一定厚度
设备选型依据和建议
01
02
03
04
根据聚合物的性质选择合适的 设备类型，如粘度、熔点、热
稳定性等。
根据制品的要求选择合适的设 备规格和配置，如制品尺寸、
精度要求、生产效率等。
考虑设备的可靠性、稳定性和 维护方便性等因素，选择知名
品牌和优质产品。
根据实际生产情况和预算情况 进行综合评估，选择性价比高
聚合物分类
根据来源可分为天然聚合物和合 成聚合物；根据结构可分为线性 聚合物、支链聚合物和交联聚合 物。
聚合物结构特点
01
02
03
链状结构
聚合物分子链长，通常由 成千上万个重复单元组成。
多分散性
聚合物的分子量具有多分 散性，即分子量分布在一 个较宽的范围内。
采用无损检测技术对聚合物产品进行 检测，如超声波检测、X射线检测等
，以发现产品内部的潜在缺陷。
06
未来发展趋势与挑战
新型加工技术展望
3D打印技术
通过逐层堆积材料的方式构建物体，为聚合物加工提供了全新的思路，可实现复杂结构的 快速制造。
微纳加工技术
利用微纳米级的精度制造聚合物产品，在生物医学、微电子等领域具有广阔应用前景。
主要包括挤出机、模具、 冷却装置等。
注射成型技术
原理
将聚合物加热熔融后，通过注射 机以一定压力和速度注入模具型 腔中，经冷却固化后得到制品。
应用
适用于制造形状复杂、精度要求高 的制品，如家电外壳、汽车零件等。
设备
主要包括注射机、模具、加热装置 等。
压延成型技术
原理
将聚合物通过压延机的一组或多 组辊筒间隙，使其受到挤压和延 展作用，从而成为具有一定厚度
设备选型依据和建议
01
02
03
04
根据聚合物的性质选择合适的 设备类型，如粘度、熔点、热
稳定性等。
根据制品的要求选择合适的设 备规格和配置，如制品尺寸、
精度要求、生产效率等。
考虑设备的可靠性、稳定性和 维护方便性等因素，选择知名
品牌和优质产品。
根据实际生产情况和预算情况 进行综合评估，选择性价比高
聚合物分类
根据来源可分为天然聚合物和合 成聚合物；根据结构可分为线性 聚合物、支链聚合物和交联聚合 物。
聚合物结构特点
01
02
03
链状结构
聚合物分子链长，通常由 成千上万个重复单元组成。
多分散性
聚合物的分子量具有多分 散性，即分子量分布在一 个较宽的范围内。