高分子材料成型加工

高分子材料制品 （塑料制品、 橡胶制品）
天然橡胶和布粘合鼠标垫 轮胎
PMMA
PU
涤纶
高分子材料的消耗率
生活中的塑料
塑料已成为当今家庭、办公室，以及产业中不可缺少的存在。 用图片介绍塑料在各种场所的应用。
客 厅
厨 房
浴
室
Problems：
1、高分子材料为何具有独特性能？如何划分三大合成材料： molecule weights of rubber（几十万）、fibre（5万左右）、 plastic（介于二者之间）
T=Tf－Td
整个大分子能移动，呈塑性，模量降至最低 较小外力能引起宏观流动，形变不可逆
粘流态
大多数成型方法在此范围
成型加工方法和实质
高分子材料成型加工是一个复杂的物理－化学变化过 程，其中，流动性是必要条件。
物理变化
软化、熔化、溶解、冷却固化、溶剂挥 发盐析、结晶、取向（拉伸强度↑）
接枝、嵌段、分解、降解、炭化、聚合、 交联
聚合物对加工
技术的适用性 不同
T＜Tg
大分子链上仅键长、键角发生变化 模量高、形变极小，不易大形变加工
玻璃态
只能进行机械加工
T=Tg－Tf
体积膨胀、大分子不能移动，但链段有足够活动空间、能移动，形变可逆。 非晶聚合物：Tg－Tf 近 Tf 侧加工，强力成型，形变可逆，Tg 下使用。
高弹态
结晶聚合物：Tg－Tm 拉伸
化学变化
成型加工过程中发生的物理－化学变化
（1）物理变化为主：热塑性塑料
材料 加热 流动 冷却 凝固
（2）化学变化为主：浇铸成型
单体或预聚体 加热或引发剂 聚合 成型
（3）物理变化－化学变化兼有：热固性塑料、橡胶
材料 加热 流动 交联（硫化） 成型
加工技术从形变出发：
（1）高聚物熔体－塑性形变：Tf(m)－Td多用于一次成型 （2）高聚物类橡胶态－弹性形变（残余形变）：
部分了解的章节
第二章、第三章、第四章、第十二章、第十三章
考核方式
习题、读书报告、期终考试
教 学 参 考 书
• 作者：潘祖仁 浙江大学 教授 • 1980年7月由潘祖仁先生和孙经武（天津 大学）合编《高分子化学》，为文化革命 后我国第一部正式的高校教材。 • 1986年由潘祖仁先生为主编，对全书进行 了较大修改后再次出版。其后十余年间一 直是各校的主要教材，1992年被评为全国 优秀教材。 • 1996年，潘祖仁先生再次对全书进行修定， 补充一些新内容后由化工出版社出版。 • 特点：主要参考G.Odian 的《Principles of Polymerization》，对一些经典理论 给予了系统的论述，对聚合方法和典型产 品制备进行了介绍，适合工科学生使用。 不足之处是对最新进展介绍的不够。
功能高分子材料－隐形眼镜
1950年人们逐渐开始配 戴材质是聚甲基丙烯酸甲酯 （PMMA）的隐形眼镜，具 有优越的光学特性，又能矫 正角膜性散光。1960年捷克 学者利用十年的时间发明了 软性隐形眼镜的材料，就是 一直延用至今的聚甲基丙烯 酸羟乙酯（HEMA）。
• 影响高分子材料制造的因素：
高分子化合物的性质（化学结构、物理结构）
（与高分子化合物的制造有关——高分子材料学）
成型加工过程:添加剂的作用 混合过程 成型过程
（添加剂、混合、各成型工艺章节）
高聚物的状态变化与成型加工的关系
1－熔融纺丝 2－注射成型 3－薄膜成型 4－挤出成型 5－压延成型 6－中空成型 7－真空和压力成型 8－薄膜和纤维热拉伸
这一过程的工程技术
1 如何实现—方法(挤出、注射、压制等) 2 方法不同，产品性能不同 3 材料不同，方法不同 4 方法不同，设备不同
3、高分子材料的制造
聚合反应 高分子 化合物制造 高分子材料 及制品生产
图0-5 表0-5
高分子反应 表0-6 复合化
表0-7
合金
来自百度文库填充
成型加工 （添加剂、混合、成型）
物 理
1、高分子材料的定义
高分子材料是一定配合的高分子化合物(由主要 成分树脂或橡胶和次要成分添加剂组成)在成型设 备中，受一定温度和压力的作用熔融塑化，然后通 过模塑制成一定形状，冷却后在常温下能保持既定 形状的材料制品。
2、高分子材料的成型加工
高分子材料 （聚合物+助剂） 成型加工工艺 实用的材料 或制品
2、一种聚合物应用的多样性：e.g： PE、PET等 3、高分子材料的环境适应性：
4、高分子材料的改性
塑料的发现
1869年31岁的印刷工人 约翰•海阿特发明赛璐珞
1909年贝克兰发明 酚醛树脂
现代生活中的高分子材料－塑料
现代生活中的高分子材料－工程塑料
橡胶的发展
橡 树 之 泪
丑却受宠的合成橡胶
教 学 参 考 书
• 复旦大学高分子科学系集体编写
• 1995年7月由复旦大学出版社出版
• 特点：对各种理论问题讲的较深，且 包含有许多近年发现的新理论，为一 本适合理科学生使用的书。各章中以 “小专栏”的形式插入相关的课外知 识，使教材生动活泼。不足之处是对 聚合方法和典型产品介绍不多，工科 学生需补充相关知识。
对制品性能的影响极为重要
附加性质对制品性能影响
（1）形状上的变化：使用上的要求 分子结构上的变化：交联、硫化
（2） 结构上 的变化
聚集态结构上的变化：微观结晶、取向 等
（3）性质上的变化：反应出制品宏观性能改变 ↑ 取向 ↑ 刚性 各相异性 交联 弹性、强度 如： 结晶
4、高分子材料的工程特征
结构上的特殊性 高分子材料 性能上的可变性
教 学 参 考 书
学习方法
高分子材料成型加工主要内容： （1）高分子材料； （2）成型加工工艺； （3）材料制品性能。
主要内容
高分子材料加工工艺 配方设计、混 合、配制 工艺特点、工 艺过程、工艺 条件、控制因 素 相关理论 影响加工工艺 制品性能的因 素、各种工艺 的原理、物理 和化学变化
材料制备
课程性质：
高分子材料与工程专业的 专业课程 核心课程
授课方式：
PowerPoint 1、讲课 录像 讲要点（部分章节） 2、自学 出专题、查资料、写报告 做相关的小课题
3、课外兴趣小组
写专题读书报告、集体讨论
授课内容与考核：
主要讲授的章节
绪论、第一章、第五章、第六章、 第七章、第八章、第九章、第十章、第十一章
高分子材 料成型加 工方法具 有多样性
（随加工过程而变）
材料本身 材料性能
成型加工中 产生的附加性质
有目的 的产生
结晶 交联 有利 取向 加工中 塑料降解 自发产 生
不利：分解、烧焦
结论： 材料不同
加工方法不同
性能要求不同
高分子材料的分类
塑料
三大合成材料
橡胶
纤维
(意义、分类：P2~P4)
聚合物 （树脂、生胶） 区分三个概念 高分子材料（塑料、胶料）
成型
聚合物助剂、配方设计、加工机械和模具是独立课程，故不做详细介绍
所需要的基本知识：
热力学、力学 物理化学、有机化学 质量和能量的传递 高分子化学、高分子物理 粘弹性流体力学（流变学）
（1）始终围绕一条主线“高分子材料－成型加工－性 能” ； （2）掌握高分子材料成型加工的三基：基本原理，基 本方法，基本规律； （3）结合《高分子材料工程实验》、《模具设计》、 《高聚物助剂和配方》和《高聚物流变学》等的学习， 加深对课程要求的理论、技术与应用的系统掌握和理解； （4）通过参加课外兴趣小组，加深对课程中某一内容 的深入而广泛的学习，同时理解成型加工的最新科研信 息； （5）加强同学之间的交流，加强与教师的讨论。
1、年轻学科、有生命力
2、最有发展前途 3、应用广泛
高分子材料学科在化工学科中的位置
石油 天然气 煤
乙烯 加工 C3、C4、C5 有机合成 丙烯 等碳氢化合物 苯乙烯 氯乙烯 聚合反应 成型加工 高聚物 制品 高 分 子 物 理 加工工艺 机械 模具 改性 应用 高分子材料
高分子化学 聚合反应工程 高分子合成工艺 生产过程及设备 反应机理 高分子化工
功能高分子材料－高吸水性树脂
•高吸水性树脂就是一种功能高分子材料，它具有优异的吸水、保 水功能，可吸收自身重量几百倍、上千倍，被冠予“超级吸附剂” 的桂冠。 •主要类型有聚丙烯酸酯类、聚乙烯醇类、醋酸乙烯共聚物类、聚 氨酯类、淀粉接校共聚物类等。聚丙烯酸酯类以丙烯酸和烧碱为 主要原料，采用逆向聚合法而制得。 •可以做成婴幼儿纸尿布以及纸餐巾等，此外还可用作室内空气芳 香剂，蔬菜、水果的保鲜剂、防霉剂、阻燃剂、防潮剂以及吸水 后体积膨胀的儿童玩具等。 •目前，全世界总生产能力已经超过130万吨/年，其中日本触媒化 学公司是目前世界上最大的生产公司，生产能力达到25万吨/年。
人类的文明史 = 材料的发展史
材料的三大领域
金属材料
非金属 无机材料
有机高分子 材料
改 性 合金材料 金属合金 高分子合金 复合材料
材料四要素
使用性能 合成/加工
化学 工程
性质
物理
结构/成分
材料的通性
（1）组成 （2）加工性（3）形状 （4）使用性（5）经济性（6）再生性
高分子材料在材料中的地位
高分子膜是指那些由具有特殊分离功能的高分子材 料制成的薄膜，能有选择地分离物质。目前应用于海水 淡化、反渗透、膜萃取、膜蒸馏等技术领域。
建于沙特阿拉伯的基塔自来水厂，是世界上最大的海水淡化厂， 日供应淡水12000吨，主要使用醋酸纤维素分离膜装置。
光敏高分子材料
• 光敏高分子材料以光敏树脂 为代表，主要用于照相、印 刷制版、印刷集成电路等。 • 印刷工业应用聚乙烯醇酸酯， 光照时交联而不溶而保留下 来，得到凸版。 • 光解性的光刻胶，重氮醌接 到酚醛树脂上，光作用下重 氮醌分解，图像被保留，分 辨率达10纳米。
9－薄膜和纤维冷拉伸
三种物理状态： 玻璃态：＜Tg 高弹态：Tg～Tf（Tm） 粘流态： Tf（Tm）＜Td
影响聚合物的状态变化的因素：
聚合物的分子结构
聚合物体系的组成
聚合物所受应力 环境温度
当聚合物和组成一定时，在一定外力作用下，聚合物聚集 态的转变主要与温度有关：
聚合物 主价键 聚集态 次价键 不同 内聚能 不同 性能 不同
绪
论
高分子科学 研究高分子化合物合成、改性，高分子及其聚集态的结 构、性能，聚合物的成型加工等内容的一门综合性学科。包括高 分子化学、高分子物理、高分子工程几个领域。
高分子 工程
高分子 科学
高分子 化学 高分子 物理
第一节 高分子材料
1、高分子材料的定义
2、高分子材料的成型加工
3、高分子材料的制造 4、高分子材料的工程特征
Tg－Tf，多用于二次成型
（3）高聚物溶液态：用于浸渍、湿法或干法纺丝
（4）高聚物分散体（悬浮体、溶液、胶乳）：搪塑
（5）高聚物单体或预聚体直接成型－化学加工：浇注 （6）高聚物机械加工－后处理
制品的性能
外观性质 制品性能 使用性质 耐久性质 = 材料内在性质
＋
加工中产生的附加性质
内在性质：通过选择合适材料容易解决 附加性质：加工中使材料发生实质性变化
聚合物加工工程
主讲人：白绘宇
聚合物加工工程
授课说明
•
授课内容
• 授课顺序
• 考核及要求 • 教材和参考书
教 材
周达飞 唐颂超 主编
中国轻工业出版社 上海普通高校“九五”重点教材
专 内
业：高分子材料 容：塑料、橡胶和合成纤维 三者的共性和各自的特性
学时数：48学时
主要讲授：加工工艺以及与工艺相关 的设备
高分子材料科学 与工程体系
高分子材料涉及的学科
分子结构 小分子化合物 形态形状 使 用 性 能
高分子化合物
制品
石油 天燃气 煤 其它
循环利用
聚合反应工程
高分子工程
聚合物成型加工
高分子科学
化学工程 …... 高 分 子 化 学 高分子物理 材料力学 流体力学 …...
有机化学 无机化学
物理化学 分析化学
现代生活中的高分子材料－橡胶
纤维的发展
•1855年瑞士人奥蒂玛斯把纤维素放在硝酸中得到硝 化纤维素溶液，制得第一根人造纤维； •1884年查唐纳脱把硝化纤维素放在酒精和乙醚中得 到溶液，得到人造丝；
功能高分子材料的发展
•功能高分子材料于20世纪60年代末开始得到发展。
•功能高分子是指具有化学反应活性、催化性、光敏性、 导电性、磁性、生物相容性、药理性、选择分离性，或具 有转换或贮存物质、能量和信息作用等功能的高分子及其 复合材料。 •目前已达到实用化的功能高分子有：离子交换树脂、分 离功能膜、光刻胶、感光树脂、高分子缓释药物、人工脏 器等等。 •高分子敏感元件、高导电高分子、高分辨能力分离膜、 高感光性高分子、高分子太阳能电池等功能高分子材料， 即将达到实用化阶段。