第二章--高分子成型加工

1、高分子科學前沿與進展高分子科學前沿與進展中山大學環(huán)境材料研究所中山大學環(huán)境材料研究所2 什什么么叫聚合物的加工？叫聚合物的加工？ - -聚合物的加工是聚合物的加工是將將聚合物（有聚合物（有時還時還加入加入各各種種添加添加劑劑、助、助劑劑或改性材料等）或改性材料等）轉(zhuǎn)變?yōu)檗D(zhuǎn)變?yōu)檫m用適用材料或制品的一材料或制品的一種種工程技工程技術術。要。要實現(xiàn)這種轉(zhuǎn)變實現(xiàn)這種轉(zhuǎn)變，需要采用適需要采用適當當?shù)姆椒?。的方法?研研究究這這些方法些方法與與所所獲獲得的得的產(chǎn)產(chǎn)品品質(zhì)質(zhì)量量與與各各種種加工加工因素的因素的關關系，就是聚合物加工系，就是聚合物加工學學科的主要科的主要研研究究內(nèi)內(nèi)容。容。樹脂樹脂 1 概述概

2、述中山大學環(huán)境材料研究所中山大學環(huán)境材料研究所4 為為什什么么聚合物能加工成我聚合物能加工成我們們所需要的制品？所需要的制品？ 這這是由聚合物本身的是由聚合物本身的結構結構特點以及特點以及結構對結構對加工加工條條件（如件（如: :溫溫度、度、壓壓力等）的強依力等）的強依賴賴性性決決定的。定的。 在一定的加工在一定的加工條條件下，聚合物可以表件下，聚合物可以表現(xiàn)現(xiàn)出多出多種種狀態(tài)狀態(tài)而表而表現(xiàn)現(xiàn)出特殊的加工性出特殊的加工性質(zhì)質(zhì)。中山大學環(huán)境材料研究所中山大學環(huán)境材料研究所6 聚合物都有聚合物都有哪哪些特殊的加工性些特殊的加工性質(zhì)質(zhì)？良好的可模塑性（良好的可模塑性（MouldabilityMoul

3、dability）良好的可良好的可擠壓擠壓性性( (ExtrudabilityExtrudability) )良好的可良好的可紡紡性性( (SpinnabilitySpinnability) )良好的可延性良好的可延性( (StretchabilityStretchability) )中山大學環(huán)境材料研究所中山大學環(huán)境材料研究所7 可可擠壓擠壓性性( (ExtrudabilityExtrudability) ) -聚合物通聚合物通過擠壓過擠壓作用作用變變形形時獲時獲得形得形狀狀和保持形和保持形狀狀的能力。的能力。 可模塑性（可模塑性（MouldabilityMouldability）-材料在材

4、料在溫溫度和度和壓壓力作用下形力作用下形變變和在模具中模制成型的能力。和在模具中模制成型的能力。 可可紡紡性性( (SpinnabilitySpinnability)-)-聚合物通聚合物通過過加工形成加工形成連續(xù)連續(xù)的固的固態(tài)纖維態(tài)纖維的能力。的能力。 可延性可延性( (StretchabilityStretchability)-)-聚合物在一聚合物在一個個方向方向或或兩個兩個方向上受到方向上受到壓壓延或拉伸延或拉伸時變時變形的能力。形的能力。 2 添加劑添加劑一、增塑劑一、增塑劑加入聚合物中可以降低聚合物的玻璃化溫度，增加聚合物的塑性，加入聚合物中可以降低聚合物的玻璃化溫度，增加聚合物的塑性

5、，并導致聚合物的某些力學性能發(fā)生改變的化合物。并導致聚合物的某些力學性能發(fā)生改變的化合物。1、增塑的目的、增塑的目的（1）降低聚合物材料塑性變形溫度或給定溫度下的粘度，）降低聚合物材料塑性變形溫度或給定溫度下的粘度，從而改善加工性能。從而改善加工性能。（2）使制品在常溫下表現(xiàn)柔軟。）使制品在常溫下表現(xiàn)柔軟。（3）使制品的耐寒性增加。）使制品的耐寒性增加。（4）提高玻璃態(tài)聚合物的斷裂伸長率和沖擊強度。）提高玻璃態(tài)聚合物的斷裂伸長率和沖擊強度。2、增塑的原理、增塑的原理（1）非極性的增塑劑主要起溶劑化作用，使聚合物分子之）非極性的增塑劑主要起溶劑化作用，使聚合物分子之間的距離增大，降低了分子間作用

6、力，增加了體系的自由間的距離增大，降低了分子間作用力，增加了體系的自由體積，有利于鏈段運動。體積，有利于鏈段運動。（2）極性增塑劑主要起屏蔽作用，增塑劑分子的極性基團）極性增塑劑主要起屏蔽作用，增塑劑分子的極性基團與聚合物分子的極性基團相互作用，從而取代了聚合物分與聚合物分子的極性基團相互作用，從而取代了聚合物分子之間的相互作用，降低了分子間作用力，有利于鏈段運子之間的相互作用，降低了分子間作用力，有利于鏈段運動。動。2、增塑的原理、增塑的原理3、增塑劑的要求、增塑劑的要求（1）與被增塑聚合物的相容性要好）與被增塑聚合物的相容性要好（2）具有良好的熱、光和化學穩(wěn)定性）具有良好的熱、光和化學穩(wěn)定

7、性（3）增塑效果持久，耐浸洗、耐遷移、不易揮發(fā)）增塑效果持久，耐浸洗、耐遷移、不易揮發(fā)（4）物理性能良好：具有良好的電絕緣性、抗霉菌性、阻）物理性能良好：具有良好的電絕緣性、抗霉菌性、阻燃性，要求無色、無嗅、透明、無毒、價格低廉燃性，要求無色、無嗅、透明、無毒、價格低廉 4、常用的增塑劑、常用的增塑劑（1）苯二甲酸酯類）苯二甲酸酯類（2）磷酯類）磷酯類如：鄰苯二甲酸酯二辛酯如：鄰苯二甲酸酯二辛酯DOP如：磷酸三甲酚酯如：磷酸三甲酚酯TCP常用于阻燃塑料常用于阻燃塑料二、填充劑二、填充劑填充劑是指在組成和結構上與聚合物基體不同的固體添加劑，填充劑是指在組成和結構上與聚合物基體不同的固體添加劑，通

8、常為無機物。通常為無機物。例：例：惰性填充劑（填料）惰性填充劑（填料）活性填充劑活性填充劑( 補強劑補強劑)降低成本，增加體積，對性能降低成本，增加體積，對性能影響小影響小提高材料的性能提高材料的性能1、填充、填充劑分類劑分類 2、常用的填充劑、常用的填充劑炭黑炭黑白碳黑白碳黑 水合二氧化硅水合二氧化硅纖維纖維碳酸鈣碳酸鈣滑石粉滑石粉 MgO：SiO2H2O=3:4 鈦白粉鈦白粉 TiO23、補強的機理、補強的機理炭黑與橡膠分子之間產(chǎn)生物理吸附或化學吸附。炭黑與橡膠分子之間產(chǎn)生物理吸附或化學吸附。受力拉伸時，分子鏈較易在填料的表面滑動，而不易和炭黑脫受力拉伸時，分子鏈較易在填料的表面滑動，而不

9、易和炭黑脫離，這樣炭黑與橡膠形成了一種能夠滑動的牢固的鍵。離，這樣炭黑與橡膠形成了一種能夠滑動的牢固的鍵。以炭黑補強橡膠為例以炭黑補強橡膠為例4、影響補強效果的因素、影響補強效果的因素（1)粒子的大?。毫Ｗ釉叫?，比表面積越大，吸附點多，補粒子的大?。毫Ｗ釉叫。缺砻娣e越大，吸附點多，補強效果好。強效果好。（2 ) 粒子的表面性質(zhì)：表面活性大，補強效果好。粒子的表面性質(zhì)：表面活性大，補強效果好。（3 ) 補強劑的用量補強劑的用量硅烷硅烷 RSiX鈦酸酯鈦酸酯 三、穩(wěn)定劑（防老劑）三、穩(wěn)定劑（防老劑）老化老化在使用過程中在使用過程中在成型加工中在成型加工中受外界因素受外界因素O2，光，光熱熱微生物

10、微生物影響影響高分子材料發(fā)生高分子材料發(fā)生分子結構變化：降解、交聯(lián)分子結構變化：降解、交聯(lián)使用性能變化：強度下降、變色、發(fā)粘使用性能變化：強度下降、變色、發(fā)粘穩(wěn)定劑穩(wěn)定劑熱穩(wěn)定劑熱穩(wěn)定劑抗氧劑：自由基清除劑和過氧化氫分解劑抗氧劑：自由基清除劑和過氧化氫分解劑光穩(wěn)定劑：紫外光吸收劑，光屏蔽劑等光穩(wěn)定劑：紫外光吸收劑，光屏蔽劑等四、其他添加劑四、其他添加劑阻燃劑阻燃劑增加聚合物的阻燃性，阻止或延緩其燃燒增加聚合物的阻燃性，阻止或延緩其燃燒潤滑劑潤滑劑 為改進塑料熔體的流動性能，減少或避免對設備的摩擦和粘為改進塑料熔體的流動性能，減少或避免對設備的摩擦和粘附以及改進制品表面光亮度等，而加入的一類助劑

11、稱為潤滑劑。附以及改進制品表面光亮度等，而加入的一類助劑稱為潤滑劑?？轨o電劑抗靜電劑液體石蠟、脂肪酸、礦物油等液體石蠟、脂肪酸、礦物油等著色劑著色劑石墨、炭黑、表面活性劑等石墨、炭黑、表面活性劑等染料、顏料染料、顏料 3 塑料的成型加工塑料的成型加工一、擠出成型一、擠出成型 擠出成型又叫擠塑、擠壓、擠出模塑。是借助螺桿或柱塞擠出成型又叫擠塑、擠壓、擠出模塑。是借助螺桿或柱塞的擠壓作用的擠壓作用, ,使塑化均勻的塑料強行通過?？诙蔀榫哂惺顾芑鶆虻乃芰蠌娦型ㄟ^?？诙蔀榫哂泻愣ń孛娴倪B續(xù)制品。恒定截面的連續(xù)制品。60%的塑料制品的塑料制品是由擠出成型工是由擠出成型工藝加工的藝加工的主要設備主要

12、設備計量段計量段 和單螺桿擠出機相比，和單螺桿擠出機相比，雙螺桿擠出機的特點是：雙螺桿擠出機的特點是： 1 1、較高的固體輸送、較高的固體輸送能力和擠出產(chǎn)量；能力和擠出產(chǎn)量； 2 2、混合塑化能力高；、混合塑化能力高； 3 3、較低的塑化溫度，、較低的塑化溫度，減小分解可能；減小分解可能； 4 4、結構復雜，成本、結構復雜，成本高。高。二、注塑成型（注射成型）二、注塑成型（注射成型） 注射成型是將粒狀或粉狀塑料從注射成型機的料斗送入機簡注射成型是將粒狀或粉狀塑料從注射成型機的料斗送入機簡內(nèi)加熱熔融塑化后，在柱塞或螺桿加壓下，物料被壓縮并向前移內(nèi)加熱熔融塑化后，在柱塞或螺桿加壓下，物料被壓縮并向

13、前移動，通過機筒前端的噴嘴，以很快的速度注入溫度較低的閉合模動，通過機筒前端的噴嘴，以很快的速度注入溫度較低的閉合模具內(nèi)，經(jīng)過一定時間的冷卻定型后，開啟模具即得制品。具內(nèi)，經(jīng)過一定時間的冷卻定型后，開啟模具即得制品。成型過程成型過程生產(chǎn)周期短、生產(chǎn)效率高；生產(chǎn)周期短、生產(chǎn)效率高；能成型形狀復雜、尺寸精確或帶嵌件的制品；能成型形狀復雜、尺寸精確或帶嵌件的制品；成型塑料品種多；成型塑料品種多；易于實現(xiàn)自動化。易于實現(xiàn)自動化。 因此廣泛用于各種塑料制品的生產(chǎn)。其成型因此廣泛用于各種塑料制品的生產(chǎn)。其成型制品占目前全部塑料制品的制品占目前全部塑料制品的20203030。特點特點注塑機分類注塑機分類注塑

14、模具注塑模具三、吹塑成型三、吹塑成型 中空吹塑工藝是將擠出或注射成型所得的半熔融態(tài)管坯中空吹塑工藝是將擠出或注射成型所得的半熔融態(tài)管坯(型坯型坯)置于各種形狀的模具中，在管坯中通入壓縮空氣將其置于各種形狀的模具中，在管坯中通入壓縮空氣將其吹脹，使之緊貼于模腔壁上，再經(jīng)冷卻脫模得到中空制品的吹脹，使之緊貼于模腔壁上，再經(jīng)冷卻脫模得到中空制品的成型方法。成型方法。注射吹塑擠出吹塑四、壓四、壓 延成型延成型 壓延成型是生產(chǎn)塑料薄膜、人造革和片材的主要方法。它是將壓延成型是生產(chǎn)塑料薄膜、人造革和片材的主要方法。它是將已經(jīng)塑化好的接近粘流溫度的熱塑性塑料通過一系列相向旋轉(zhuǎn)著的已經(jīng)塑化好的接近粘流溫度的熱

15、塑性塑料通過一系列相向旋轉(zhuǎn)著的水平輥簡間隙，使物料承受擠壓和延展作用，而使其成為規(guī)定尺寸水平輥簡間隙，使物料承受擠壓和延展作用，而使其成為規(guī)定尺寸的連續(xù)片狀制品的成型方法。的連續(xù)片狀制品的成型方法。壓延成型示意圖用作壓延成型的塑料大多數(shù)是熱塑性非晶態(tài)塑料，其中以聚用作壓延成型的塑料大多數(shù)是熱塑性非晶態(tài)塑料，其中以聚氯乙烯用得最多。氯乙烯用得最多。五、壓縮成型（模壓成型，壓塑成型）五、壓縮成型（模壓成型，壓塑成型） 將粉狀、粒狀、碎屑狀或纖維狀的塑料放入加熱的陰模中，將粉狀、粒狀、碎屑狀或纖維狀的塑料放入加熱的陰模中，合上陽模后加熱使其熔化，并在壓力的作用下，使物料充滿模合上陽模后加熱使其熔化，

16、并在壓力的作用下，使物料充滿模腔，形成與模腔形狀一樣的模制品，再經(jīng)加熱或冷卻，脫模后腔，形成與模腔形狀一樣的模制品，再經(jīng)加熱或冷卻，脫模后即得制品。即得制品。六、澆鑄成型（鑄塑）六、澆鑄成型（鑄塑） 將已準備好的澆鑄原料將已準備好的澆鑄原料(通常是單體、初步聚合或縮聚通常是單體、初步聚合或縮聚的預聚體或聚合物、單體的溶液等的預聚體或聚合物、單體的溶液等)注入模具中使其固化注入模具中使其固化(完完成聚合或縮聚反應成聚合或縮聚反應)，從而得到與模具型腔相似的制品。，從而得到與模具型腔相似的制品。靜態(tài)澆鑄靜態(tài)澆鑄搪塑搪塑滾塑滾塑嵌塑嵌塑 層壓成型系指用成疊的、浸有或涂有樹脂的片狀底材以及塑料層壓成型系指