高分子加工與反應工程PPT學習教案

1、會計學1高分子加工與反應工程高分子加工與反應工程Contents高分子材料制品設計的一般原則和程序高分子材料制品設計的一般原則和程序高分子材料配方設計高分子材料配方設計第1頁/共33頁第四章第四章 高分子材料的配方設高分子材料的配方設計計需求是高分子材料研究、開發(fā)的原動力，汽車輕量化、火車提需求是高分子材料研究、開發(fā)的原動力，汽車輕量化、火車提速、宇宙揭秘、海洋開發(fā)等都對高分子材料提出了新的要求。速、宇宙揭秘、海洋開發(fā)等都對高分子材料提出了新的要求。研制新的高分子材料，實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化、開發(fā)產(chǎn)品的新價值，造福研制新的高分子材料，實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化、開發(fā)產(chǎn)品的新價值，造福于人類，是高分子材料科學與技術(shù)工作者的

2、職責。另一方于人類，是高分子材料科學與技術(shù)工作者的職責。另一方 面，高分面，高分子材料的性能是左右其工業(yè)價值的重要因素。子材料的性能是左右其工業(yè)價值的重要因素。高分子化合物的結(jié)構(gòu)與性能、材料的組成是影響材料性能的主要高分子化合物的結(jié)構(gòu)與性能、材料的組成是影響材料性能的主要因素；制造方法對材料性能具有一定的影響。因素；制造方法對材料性能具有一定的影響。第2頁/共33頁在配方設計時，需注意以下因素對材料性能的影響：在配方設計時，需注意以下因素對材料性能的影響： 制樣條件制樣條件( (成型方法、成型條件、試樣形狀等成型方法、成型條件、試樣形狀等) ) - -例例: :當采用注射成型、擠出成型和模壓成

3、型制作試樣時，當采用注射成型、擠出成型和模壓成型制作試樣時，成型壓力依次遞減，試樣的分子取向程度也依次遞減，成型壓力依次遞減，試樣的分子取向程度也依次遞減， 結(jié)果性結(jié)果性能也不同；能也不同； -如如: :注射成型時，料筒和模具的溫度越高，試樣分子取向注射成型時，料筒和模具的溫度越高，試樣分子取向的程度越低。的程度越低。 -對于薄的試樣，由于表面層所占的比例較大，其對拉伸對于薄的試樣，由于表面層所占的比例較大，其對拉伸強度等的影響比厚試樣的大。強度等的影響比厚試樣的大。 -對于結(jié)晶性高分子，成型條件不僅影響分子取向，而且對于結(jié)晶性高分子，成型條件不僅影響分子取向，而且也影響結(jié)晶性，對性能的影響較

4、顯著。也影響結(jié)晶性，對性能的影響較顯著。第3頁/共33頁 性能測試條件性能測試條件 如：升溫速度、作用力的形式及速度。如：升溫速度、作用力的形式及速度。 外界因素外界因素 如：溫度、濕度、使用環(huán)境及光的波長等，如耐熱性受氧如：溫度、濕度、使用環(huán)境及光的波長等，如耐熱性受氧 的的影響大；耐候性受光，尤其是紫外光的影響顯著。影響大；耐候性受光，尤其是紫外光的影響顯著。一方面，制品對性能的要求是多方面的，也是干差萬別的一方面，制品對性能的要求是多方面的，也是干差萬別的；另一方面，測定的性能是受制樣條件、測試條件及外界；另一方面，測定的性能是受制樣條件、測試條件及外界 因素等因素等影響的相對值。影響的

5、相對值。作為從事高分子材料成型加工技術(shù)人員必須了解這些影響作為從事高分子材料成型加工技術(shù)人員必須了解這些影響因素，并在制品的設計和配方設計時充分考慮到這些影響。因素，并在制品的設計和配方設計時充分考慮到這些影響。第4頁/共33頁價格和對環(huán)境的影響也是兩個必須考慮的因素。價格和對環(huán)境的影響也是兩個必須考慮的因素。在滿足性能要求的前提下，價格是支配材料制品普及程在滿足性能要求的前提下，價格是支配材料制品普及程 度度( (推廣推廣) )的決定因素。對環(huán)境的影響，事關(guān)人類持續(xù)發(fā)展的的決定因素。對環(huán)境的影響，事關(guān)人類持續(xù)發(fā)展的 頭等大頭等大事，同樣制約了材料制品的推廣應用事，同樣制約了材料制品的推廣應用

6、( (為人類社會樂于接受并大量為人類社會樂于接受并大量使用使用) )的關(guān)鍵。的關(guān)鍵。配方設計是一個富于挑戰(zhàn)性的、專業(yè)性很強的技術(shù)工作。配方設計是一個富于挑戰(zhàn)性的、專業(yè)性很強的技術(shù)工作。因此，配方設計決不是各種原材料之間簡單的、經(jīng)驗性因此，配方設計決不是各種原材料之間簡單的、經(jīng)驗性 的組合，的組合，而是在對高分子材料結(jié)構(gòu)與性能關(guān)系充分研究基礎(chǔ)而是在對高分子材料結(jié)構(gòu)與性能關(guān)系充分研究基礎(chǔ) 上綜合的結(jié)果上綜合的結(jié)果。一個好的制品，決不僅僅局限于配方設計，它還涉及成型一個好的制品，決不僅僅局限于配方設計，它還涉及成型加工工藝設計及成型設備的選型，制品的外觀設計及結(jié)構(gòu)加工工藝設計及成型設備的選型，制品的

7、外觀設計及結(jié)構(gòu) 設計、設計、模具設計等。模具設計等。第5頁/共33頁從嚴格意義上說，從嚴格意義上說，實際上是制品設計實際上是制品設計；而配方設計是其核而配方設計是其核心部分心部分。只有好的配方設計，再加上其他要素的配合，才。只有好的配方設計，再加上其他要素的配合，才 能獲得好的制品。能獲得好的制品。4.1 高分子材料制品設計的一般原則和程序高分子材料制品設計的一般原則和程序 一、制品設計：一、制品設計：第6頁/共33頁二、設計原則二、設計原則： 實用實用-按使用要求按使用要求 高效高效-能夠成型加工、加工性好、生產(chǎn)效率高能夠成型加工、加工性好、生產(chǎn)效率高 經(jīng)濟經(jīng)濟-成本低成本低三、設計程序：三

8、、設計程序： 由于可選擇的高分子品種、牌號多樣性，可采用成型加工上由于可選擇的高分子品種、牌號多樣性，可采用成型加工上藝和成型設備的可變性以及制品應用領(lǐng)域的特殊性，尤其是高分藝和成型設備的可變性以及制品應用領(lǐng)域的特殊性，尤其是高分子材料具有與金屬材料、無機材料、非金屬材料所沒有的獨特性子材料具有與金屬材料、無機材料、非金屬材料所沒有的獨特性能，如粘彈性、受使用條件和環(huán)境影響的顯著性以及靜態(tài)力學性能，如粘彈性、受使用條件和環(huán)境影響的顯著性以及靜態(tài)力學性能與動態(tài)力學性能較大的差異性等。能與動態(tài)力學性能較大的差異性等。 制品設計者只有透過現(xiàn)象，抓住本質(zhì)，深刻認識制品設制品設計者只有透過現(xiàn)象，抓住本質(zhì)

9、，深刻認識制品設 計與計與高分子的性能、成型加工工藝的密切相關(guān)性，利用成型加工技術(shù)高分子的性能、成型加工工藝的密切相關(guān)性，利用成型加工技術(shù)對材料結(jié)構(gòu)與性能的調(diào)節(jié)手段，才能充分發(fā)揮材料的功能，以較對材料結(jié)構(gòu)與性能的調(diào)節(jié)手段，才能充分發(fā)揮材料的功能，以較小材料和能源消耗，獲得優(yōu)異材料制品。小材料和能源消耗，獲得優(yōu)異材料制品。9第7頁/共33頁 (1)根據(jù)制品的使用目的和用途。根據(jù)制品的使用目的和用途。確定應具備的性能特點、確定應具備的性能特點、載荷條件、環(huán)境條件、成本限制、適用標準等，這是至關(guān)重要載荷條件、環(huán)境條件、成本限制、適用標準等，這是至關(guān)重要 的一環(huán)。的一環(huán)。 對于零部件，還應考慮與其他組

10、裝件之間的內(nèi)在聯(lián)系及在對于零部件，還應考慮與其他組裝件之間的內(nèi)在聯(lián)系及在整個產(chǎn)品中的地位與影響。同時應做好數(shù)據(jù)收集整個產(chǎn)品中的地位與影響。同時應做好數(shù)據(jù)收集(包括高分子性能數(shù)據(jù)、包括高分子性能數(shù)據(jù)、成型加工工藝的相關(guān)數(shù)據(jù)、應用數(shù)據(jù)等成型加工工藝的相關(guān)數(shù)據(jù)、應用數(shù)據(jù)等)，制定質(zhì)量要求，制定質(zhì)量要求(提出制品性能提出制品性能、分析影響主要性能的因素、使用環(huán)境、裝配、應用等、分析影響主要性能的因素、使用環(huán)境、裝配、應用等)、預測需求、預測需求(需需求量和時間、成本水平和市場前景等求量和時間、成本水平和市場前景等)。 (2)形狀造型設計。形狀造型設計。主要考慮制品的功能、剛度、強度和成主要考慮制品的功

11、能、剛度、強度和成型工藝等，應力求做到形狀對稱、造型輕巧、結(jié)構(gòu)緊湊。畫出型工藝等，應力求做到形狀對稱、造型輕巧、結(jié)構(gòu)緊湊。畫出 草圖，草圖，了解哪些件能是必需的，哪些是可選擇的；確定哪些尺了解哪些件能是必需的，哪些是可選擇的；確定哪些尺寸是規(guī)定的，哪寸是規(guī)定的，哪些尺寸可變。些尺寸可變。10第8頁/共33頁 (3)合理選材。合理選材。在分析制品使用目的和用途對材料性能要在分析制品使用目的和用途對材料性能要求與成型加工特點的基礎(chǔ)上，選擇多種候選材料，試制出樣求與成型加工特點的基礎(chǔ)上，選擇多種候選材料，試制出樣 品品，經(jīng)性能測試、收集用戶使用意見后，通過比較分析，確，經(jīng)性能測試、收集用戶使用意見后

12、，通過比較分析，確 定制定制品最終選用的材料。品最終選用的材料。 通常，選擇并不是唯一的，而且每種材料各有優(yōu)缺點，通常，選擇并不是唯一的，而且每種材料各有優(yōu)缺點，選材時應做到在滿足制品性能要求的前提下，選材時應做到在滿足制品性能要求的前提下，“揚長避短、合揚長避短、合 理使用理使用”。在選材對應考慮與成型加工工藝的相互適應性。在選材對應考慮與成型加工工藝的相互適應性。 (4)樣品的初步設計。樣品的初步設計。包括配方設計、工藝設計、結(jié)構(gòu)設包括配方設計、工藝設計、結(jié)構(gòu)設 計和模具設計等，涉及原材料、工藝、成本、質(zhì)量等諸多因計和模具設計等，涉及原材料、工藝、成本、質(zhì)量等諸多因素，務必統(tǒng)籌兼顧。素，務

13、必統(tǒng)籌兼顧。 配方設計是根據(jù)制品的功能、用途、所處的環(huán)境和成型配方設計是根據(jù)制品的功能、用途、所處的環(huán)境和成型 加加工對性能的影響，考慮到成本因素，確定高分子化合物與工對性能的影響，考慮到成本因素，確定高分子化合物與添加劑的品種、規(guī)格和配比以及混合料的制備技術(shù)，配制出添加劑的品種、規(guī)格和配比以及混合料的制備技術(shù)，配制出符合性能要求的混合料。符合性能要求的混合料。11第9頁/共33頁 工藝設計是在對多種成型工藝探討、比較的基礎(chǔ)廣，確工藝設計是在對多種成型工藝探討、比較的基礎(chǔ)廣，確定技術(shù)可行、經(jīng)濟合理的成型工藝條件。定技術(shù)可行、經(jīng)濟合理的成型工藝條件。 結(jié)構(gòu)設計及模具設計是按使用要求，利用已有的公

14、式或結(jié)構(gòu)設計及模具設計是按使用要求，利用已有的公式或計算機軟件，對制品進行受力分析和結(jié)構(gòu)設計，確定產(chǎn)品結(jié)計算機軟件，對制品進行受力分析和結(jié)構(gòu)設計，確定產(chǎn)品結(jié) 構(gòu)形狀造型和模具設計，畫出模具加工圖，確定模具加工工構(gòu)形狀造型和模具設計，畫出模具加工圖，確定模具加工工 藝條件。藝條件。 (5)樣品試制。樣品試制。在初步設計的基礎(chǔ)上，對試制樣品作整體在初步設計的基礎(chǔ)上，對試制樣品作整體檢驗，通過試模，檢驗并分析樣品的尺寸精度、粗糙度、成檢驗，通過試模，檢驗并分析樣品的尺寸精度、粗糙度、成 型型時間、成型難易程度、設計的合理性和是否存在應力集中時間、成型難易程度、設計的合理性和是否存在應力集中 等，等，

15、以獲得多種不同方案的工藝條件和樣品，供測試評價以獲得多種不同方案的工藝條件和樣品，供測試評價 用。用。第10頁/共33頁 (6)性能測試、定額測算及成本核算。性能測試、定額測算及成本核算。由此確定技術(shù)質(zhì)量由此確定技術(shù)質(zhì)量指標、測算班指標、測算班(臺臺)產(chǎn)量及原材料、水電煤的消耗定額、成品產(chǎn)量及原材料、水電煤的消耗定額、成品率，核定成本，得出理想的設計方案。如不符合制品要求，率，核定成本，得出理想的設計方案。如不符合制品要求， 則返回重新調(diào)整設計方案，再試驗，一直到符合要求為止。則返回重新調(diào)整設計方案，再試驗，一直到符合要求為止。 (7)制品合格后，制品合格后，編制設計說明書及有關(guān)技術(shù)文件包括原

16、編制設計說明書及有關(guān)技術(shù)文件包括原材料標準及檢驗方法、生產(chǎn)流程、工藝操作規(guī)程、制品企業(yè)材料標準及檢驗方法、生產(chǎn)流程、工藝操作規(guī)程、制品企業(yè) 標準及檢驗方法、環(huán)保及三廢處理、車間布置及配套設施標準及檢驗方法、環(huán)保及三廢處理、車間布置及配套設施 等等。13第11頁/共33頁高分子材料配方設計高分子材料配方設計制品對材料性能的要求制品對材料性能的要求配方設計配方設計配方的組成配方的組成配方的表示法配方的表示法第12頁/共33頁4.2高分子材料配方設計高分子材料配方設計一、制品對材料性能的要求一、制品對材料性能的要求 制品對性能的要求是多方面的，也是千差萬別的，要滿制品對性能的要求是多方面的，也是千差

17、萬別的，要滿 足全部性足全部性能的材料是不存在的，也是不必要的，只能抓住主能的材料是不存在的，也是不必要的，只能抓住主要矛盾，用其所要矛盾，用其所長，避其所短。長，避其所短。 必要時也可進行共混或復合。必要時也可進行共混或復合。 下表列出了高分子材料制品的各種主要性能，供選擇用。下表列出了高分子材料制品的各種主要性能，供選擇用。第13頁/共33頁高分子材料制品的主要性能高分子材料制品的主要性能第14頁/共33頁二、配方設計二、配方設計 在一個優(yōu)秀的配方設計中，高分子化合物通過與添加劑在一個優(yōu)秀的配方設計中，高分子化合物通過與添加劑的配合，以允許發(fā)揮其物理機械性能，改善成型加工性能，的配合，以允

18、許發(fā)揮其物理機械性能，改善成型加工性能， 降低制品成本，提高經(jīng)濟效益。因此，配方設門必須滿足以降低制品成本，提高經(jīng)濟效益。因此，配方設門必須滿足以 下基本原則：下基本原則： 1) 制品的性能要求；制品的性能要求； 2) 成型加工性能的要求；成型加工性能的要求； 3) 選用的原材料來源容易，產(chǎn)地較近，質(zhì)量穩(wěn)定可靠，選用的原材料來源容易，產(chǎn)地較近，質(zhì)量穩(wěn)定可靠，價格合理；價格合理； 4) 配方成本應在滿足上述三條的前提下，盡量選用質(zhì)量配方成本應在滿足上述三條的前提下，盡量選用質(zhì)量穩(wěn)定可靠、價格低的原材料；必要時采用不同品種和價格的穩(wěn)定可靠、價格低的原材料；必要時采用不同品種和價格的 原材料復配；適

19、當加入填充劑，降低成本。原材料復配；適當加入填充劑，降低成本。第15頁/共33頁配方設計的一般步驟為：配方設計的一般步驟為：1)在確定制品性能和用途的基礎(chǔ)上，收集高分子化合物在確定制品性能和用途的基礎(chǔ)上，收集高分子化合物和添加劑等各種原材料的資料，初定產(chǎn)外形狀、尺寸及各部和添加劑等各種原材料的資料，初定產(chǎn)外形狀、尺寸及各部 件的作用件的作用及成型加工方法。及成型加工方法。如能利用已經(jīng)建成的數(shù)據(jù)庫，則資料將更充整，且獲取時如能利用已經(jīng)建成的數(shù)據(jù)庫，則資料將更充整，且獲取時也更便捷。也更便捷。2)初選材料，并進行配方設計及試驗，先可設計若干個配初選材料，并進行配方設計及試驗，先可設計若干個配方，進

20、行小樣壓片試驗過性能測試初定合格的配方，再進行方，進行小樣壓片試驗過性能測試初定合格的配方，再進行 擴大試驗擴大試驗，確定加工性能。，確定加工性能。 3)依獲得的材料性能數(shù)據(jù)或憑經(jīng)驗，進行結(jié)構(gòu)設計依獲得的材料性能數(shù)據(jù)或憑經(jīng)驗，進行結(jié)構(gòu)設計(壁厚及壁厚及其他尺寸其他尺寸)。 4)制成實物模型，進行實樣試驗或模擬試驗。制成實物模型，進行實樣試驗或模擬試驗。 5)再設計與再試驗。如性能不合格，需再篩選配方。再設計與再試驗。如性能不合格，需再篩選配方。 6)依模型試驗相制品成本，進行最終選材和配方設計。依模型試驗相制品成本，進行最終選材和配方設計。 7)材料規(guī)范化材料規(guī)范化(原材料規(guī)格、牌號、產(chǎn)地、驗

21、收標淮、監(jiān)測原材料規(guī)格、牌號、產(chǎn)地、驗收標淮、監(jiān)測項目和監(jiān)測方法等項目和監(jiān)測方法等)。第16頁/共33頁配方設計要考慮的問題：配方設計要考慮的問題：1、加什么？（選什么？）、加什么？（選什么？）2、加多少？、加多少？3、協(xié)同效應。（相互影響）、協(xié)同效應。（相互影響）總之，既要符合使用性能，又要適應加工性能?？傊?，既要符合使用性能，又要適應加工性能。第17頁/共33頁配方的制定是一個經(jīng)驗加理論的過程：配方的制定是一個經(jīng)驗加理論的過程：初始工作人員：初始工作人員：要反復修改多次才得到一個配方；要反復修改多次才得到一個配方； 經(jīng)驗工經(jīng)驗工作人員：作人員：可能一次性得到合理配方；可能一次性得到合理配方

22、； 現(xiàn)在已經(jīng)發(fā)展到：現(xiàn)在已經(jīng)發(fā)展到：計計算機進行配方設計。算機進行配方設計。配方的指定過程：配方的指定過程：第18頁/共33頁1、基本配方：、基本配方：主體主體+交聯(lián)劑交聯(lián)劑+穩(wěn)定體系穩(wěn)定體系試驗所添加的配合劑的合理性，包括種類、用量（要求用量穩(wěn)妥）試驗所添加的配合劑的合理性，包括種類、用量（要求用量穩(wěn)妥）。2、性能配方：、性能配方：基本配方基本配方+性能體系性能體系針對某種性能要求：往往專門提高某一（些）性能。針對某種性能要求：往往專門提高某一（些）性能。3、實用配方：、實用配方：性能配方性能配方+加工體系、成本體系加工體系、成本體系要考慮原料的來源、生產(chǎn)的可行性和經(jīng)濟性，要全面考慮。要考慮

23、原料的來源、生產(chǎn)的可行性和經(jīng)濟性，要全面考慮。第19頁/共33頁 基本配方、性能配方、實用配方基本配方、性能配方、實用配方是相互制約、相互影是相互制約、相互影響的。響的。基本配方基本配方首先提出一組配合劑及其基本用量，一般采用傳統(tǒng)首先提出一組配合劑及其基本用量，一般采用傳統(tǒng)用量，并且盡可能簡單。用量，并且盡可能簡單。第20頁/共33頁三、配方的組成三、配方的組成第21頁/共33頁四、配方的表示法四、配方的表示法1、以聚合物質(zhì)量為、以聚合物質(zhì)量為100份的配方表示法份的配方表示法 以聚合物的量為基準（以聚合物的量為基準（100份），其它組分以相對于聚份），其它組分以相對于聚 合物的質(zhì)量份數(shù)表示。

24、合物的質(zhì)量份數(shù)表示。- 適用適用于科研論文和報告于科研論文和報告2、以混合料質(zhì)量為、以混合料質(zhì)量為100份的配方表示法份的配方表示法 以聚合物及各種添加劑以聚合物及各種添加劑的混合料總質(zhì)量為的混合料總質(zhì)量為100份，各組份，各組 份以質(zhì)量分數(shù)表示。份以質(zhì)量分數(shù)表示。- 便于成便于成本核算、計算材料消耗本核算、計算材料消耗3、以混合料體積為、以混合料體積為100份的配方表示法份的配方表示法 各組分體積總和為各組分體積總和為100。- 常用于按體積計算成本常用于按體積計算成本4、生產(chǎn)配方、生產(chǎn)配方按設備的生產(chǎn)能力，計算出各組分每次的投料質(zhì)量數(shù)。按設備的生產(chǎn)能力，計算出各組分每次的投料質(zhì)量數(shù)。- 便于生產(chǎn)操作便于生產(chǎn)操作第22頁/共33頁25第23頁/共33頁26第24頁/共33頁阻燃阻燃PVC制品配方的兩種表示方法制品配方的兩種表示方法第25頁/共33頁天然橡膠、丁苯橡膠、順丁橡膠、異戊橡膠的配方實例天然橡膠、丁苯橡膠、順丁橡膠、異戊橡膠的配方實例28第26頁/共33頁幾種橡膠的基本配方幾種橡膠的基本配方單位：質(zhì)量份單位：質(zhì)量