高分子材料成型加工

聚合物加工工程主講人：白繪宇

聚合物加工工程

授課說(shuō)明

授課內(nèi)容授課順序考核及要求教材和參考書教材周達(dá)飛唐頌超主編中國(guó)輕工業(yè)出版社上海普通高?！熬盼濉敝攸c(diǎn)教材專業(yè)：高分子材料學(xué)時(shí)數(shù)：48學(xué)時(shí)內(nèi)容：塑料、橡膠和合成纖維三者的共性和各自的特性主要講授：加工工藝以及與工藝相關(guān)的設(shè)備課程性質(zhì)：高分子材料與工程專業(yè)的專業(yè)課程

核心課程授課方式：1、講課PowerPoint錄像2、自學(xué)講要點(diǎn)（部分章節(jié)）出專題、查資料、寫報(bào)告做相關(guān)的小課題3、課外興趣小組寫專題讀書報(bào)告、集體討論授課內(nèi)容與考核：主要講授的章節(jié)部分了解的章節(jié)考核方式緒論、第一章、第五章、第六章、第七章、第八章、第九章、第十章、第十一章第二章、第三章、第四章、第十二章、第十三章習(xí)題、讀書報(bào)告、期終考試作者：潘祖仁浙江大學(xué)教授1980年7月由潘祖仁先生和孫經(jīng)武（天津大學(xué)）合編《高分子化學(xué)》，為文化革命后我國(guó)第一部正式的高校教材。1986年由潘祖仁先生為主編，對(duì)全書進(jìn)行了較大修改后再次出版。其后十余年間一直是各校的主要教材，1992年被評(píng)為全國(guó)優(yōu)秀教材。1996年，潘祖仁先生再次對(duì)全書進(jìn)行修定，補(bǔ)充一些新內(nèi)容后由化工出版社出版。特點(diǎn)：主要參考G.Odian的《PrinciplesofPolymerization》，對(duì)一些經(jīng)典理論給予了系統(tǒng)的論述，對(duì)聚合方法和典型產(chǎn)品制備進(jìn)行了介紹，適合工科學(xué)生使用。不足之處是對(duì)最新進(jìn)展介紹的不夠。教學(xué)參考書復(fù)旦大學(xué)高分子科學(xué)系集體編寫1995年7月由復(fù)旦大學(xué)出版社出版特點(diǎn)：對(duì)各種理論問(wèn)題講的較深，且包含有許多近年發(fā)現(xiàn)的新理論，為一本適合理科學(xué)生使用的書。各章中以“小專欄”的形式插入相關(guān)的課外知識(shí)，使教材生動(dòng)活潑。不足之處是對(duì)聚合方法和典型產(chǎn)品介紹不多，工科學(xué)生需補(bǔ)充相關(guān)知識(shí)。

教學(xué)參考書教學(xué)參考書學(xué)習(xí)方法高分子材料成型加工主要內(nèi)容：

（1）高分子材料；（2）成型加工工藝；（3）材料制品性能。

主要內(nèi)容高分子材料加工工藝相關(guān)理論材料制備配方設(shè)計(jì)、混合、配制影響加工工藝制品性能的因素、各種工藝的原理、物理和化學(xué)變化成型工藝特點(diǎn)、工藝過(guò)程、工藝條件、控制因素聚合物助劑、配方設(shè)計(jì)、加工機(jī)械和模具是獨(dú)立課程，故不做詳細(xì)介紹所需要的基本知識(shí)：熱力學(xué)、力學(xué)物理化學(xué)、有機(jī)化學(xué)質(zhì)量和能量的傳遞高分子化學(xué)、高分子物理粘彈性流體力學(xué)（流變學(xué)）（1）始終圍繞一條主線“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，基本規(guī)律；（3）結(jié)合《高分子材料工程實(shí)驗(yàn)》、《模具設(shè)計(jì)》、《高聚物助劑和配方》和《高聚物流變學(xué)》等的學(xué)習(xí)，加深對(duì)課程要求的理論、技術(shù)與應(yīng)用的系統(tǒng)掌握和理解；（4）通過(guò)參加課外興趣小組，加深對(duì)課程中某一內(nèi)容的深入而廣泛的學(xué)習(xí)，同時(shí)理解成型加工的最新科研信息；（5）加強(qiáng)同學(xué)之間的交流，加強(qiáng)與教師的討論。緒論高分子工程高分子物理高分子化學(xué)高分子科學(xué)

研究高分子化合物合成、改性，高分子及其聚集態(tài)的結(jié)構(gòu)、性能，聚合物的成型加工等內(nèi)容的一門綜合性學(xué)科。包括高分子化學(xué)、高分子物理、高分子工程幾個(gè)領(lǐng)域。高分子科學(xué)1、高分子材料的定義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第一節(jié)

高分子材料人類的文明史=材料的發(fā)展史

金屬材料有機(jī)高分子材料非金屬無(wú)機(jī)材料改性合金材料復(fù)合材料金屬合金高分子合金材料的三大領(lǐng)域材料四要素化學(xué)工程合成/加工使用性能結(jié)構(gòu)/成分性質(zhì)物理材料的通性高分子材料在材料中的地位（1）組成（2）加工性（3）形狀（4）使用性（5）經(jīng)濟(jì)性（6）再生性1、年輕學(xué)科、有生命力2、最有發(fā)展前途3、應(yīng)用廣泛石油天然氣煤加工C3、C4、C5等碳?xì)浠衔镉袡C(jī)合成乙烯丙烯苯乙烯氯乙烯聚合反應(yīng)高聚物成型加工制品高分子化學(xué)聚合反應(yīng)工程高分子合成工藝生產(chǎn)過(guò)程及設(shè)備反應(yīng)機(jī)理高分子物理加工工藝機(jī)械模具改性應(yīng)用高分子化工高分子材料高分子材料科學(xué)與工程體系高分子材料學(xué)科在化工學(xué)科中的位置高分子化學(xué)有機(jī)化學(xué)物理化學(xué)化學(xué)工程…...聚合反應(yīng)工程高分子物理小分子化合物高分子化合物制品聚合物成型加工材料力學(xué)流體力學(xué)…...分子結(jié)構(gòu)形態(tài)形狀使用性能無(wú)機(jī)化學(xué)分析化學(xué)物理循環(huán)利用石油天燃?xì)饷浩渌叻肿涌茖W(xué)高分子工程高分子材料涉及的學(xué)科

高分子材料是一定配合的高分子化合物(由主要成分樹脂或橡膠和次要成分添加劑組成)在成型設(shè)備中，受一定溫度和壓力的作用熔融塑化，然后通過(guò)模塑制成一定形狀，冷卻后在常溫下能保持既定形狀的材料制品。1、高分子材料的定義高分子材料成型加工工藝實(shí)用的材料或制品（聚合物+助劑）這一過(guò)程的工程技術(shù)1如何實(shí)現(xiàn)—方法(擠出、注射、壓制等)2方法不同，產(chǎn)品性能不同3材料不同，方法不同4方法不同，設(shè)備不同2、高分子材料的成型加工3、高分子材料的制造高分子材料及制品生產(chǎn)高分子化合物制造成型加工聚合反應(yīng)高分子反應(yīng)復(fù)合化合金填充表0-5表0-6表0-7（添加劑、混合、成型）圖0-5影響高分子材料制造的因素：高分子化合物的性質(zhì)（化學(xué)結(jié)構(gòu)、物理結(jié)構(gòu)）

（與高分子化合物的制造有關(guān)——高分子材料學(xué)）成型加工過(guò)程:添加劑的作用

混合過(guò)程成型過(guò)程

（添加劑、混合、各成型工藝章節(jié)）1－熔融紡絲2－注射成型3－薄膜成型4－擠出成型5－壓延成型6－中空成型7－真空和壓力成型8－薄膜和纖維熱拉伸9－薄膜和纖維冷拉伸高聚物的狀態(tài)變化與成型加工的關(guān)系三種物理狀態(tài)：玻璃態(tài)：＜Tg高彈態(tài)：Tg～Tf（Tm）粘流態(tài)：Tf（Tm）＜Td影響聚合物的狀態(tài)變化的因素：聚合物的分子結(jié)構(gòu)聚合物體系的組成聚合物所受應(yīng)力環(huán)境溫度當(dāng)聚合物和組成一定時(shí)，在一定外力作用下，聚合物聚集態(tài)的轉(zhuǎn)變主要與溫度有關(guān)：聚合物聚集態(tài)不同性能不同內(nèi)聚能不同主價(jià)鍵次價(jià)鍵聚合物對(duì)加工技術(shù)的適用性不同成型加工方法和實(shí)質(zhì)高分子材料成型加工是一個(gè)復(fù)雜的物理－化學(xué)變化過(guò)程，其中，流動(dòng)性是必要條件。物理變化軟化、熔化、溶解、冷卻固化、溶劑揮發(fā)鹽析、結(jié)晶、取向（拉伸強(qiáng)度↑）化學(xué)變化接枝、嵌段、分解、降解、炭化、聚合、交聯(lián)成型加工過(guò)程中發(fā)生的物理－化學(xué)變化（1）物理變化為主：熱塑性塑料（2）化學(xué)變化為主：澆鑄成型（3）物理變化－化學(xué)變化兼有：熱固性塑料、橡膠材料加熱流動(dòng)冷卻凝固

加熱或引發(fā)劑單體或預(yù)聚體聚合成型材料加熱流動(dòng)交聯(lián)（硫化）成型加工技術(shù)從形變出發(fā)：（1）高聚物熔體－塑性形變：Tf(m)－Td多用于一次成型（2）高聚物類橡膠態(tài)－彈性形變（殘余形變）：

Tg－Tf，多用于二次成型（3）高聚物溶液態(tài)：用于浸漬、濕法或干法紡絲（4）高聚物分散體（懸浮體、溶液、膠乳）：搪塑（5）高聚物單體或預(yù)聚體直接成型－化學(xué)加工：澆注（6）高聚物機(jī)械加工－后處理制品的性能內(nèi)在性質(zhì)：通過(guò)選擇合適材料容易解決制品性能外觀性質(zhì)使用性質(zhì)耐久性質(zhì)材料內(nèi)在性質(zhì)加工中產(chǎn)生的附加性質(zhì)＋=附加性質(zhì)：加工中使材料發(fā)生實(shí)質(zhì)性變化對(duì)制品性能的影響極為重要附加性質(zhì)對(duì)制品性能影響（1）形狀上的變化：使用上的要求（3）性質(zhì)上的變化：反應(yīng)出制品宏觀性能改變?nèi)纾航Y(jié)晶剛性↑取向各相異性交聯(lián)彈性、強(qiáng)度↑結(jié)構(gòu)上的變化分子結(jié)構(gòu)上的變化：交聯(lián)、硫化聚集態(tài)結(jié)構(gòu)上的變化：微觀結(jié)晶、取向等（2）4、高分子材料的工程特征高分子材料結(jié)構(gòu)上的特殊性性能上的可變性（隨加工過(guò)程而變）高分子材料成型加工方法具有多樣性材料性能材料本身成型加工中產(chǎn)生的附加性質(zhì)有目的的產(chǎn)生加工中自發(fā)產(chǎn)生有利不利：分解、燒焦結(jié)晶交聯(lián)取向塑料降解結(jié)論：材料不同性能要求不同加工方法不同高分子材料的分類三大合成材料塑料橡膠纖維(意義、分類：P2~P4)區(qū)分三個(gè)概念聚合物高分子材料高分子材料制品（樹脂、生膠）（塑料、膠料）（塑料制品、橡膠制品）輪胎天然橡膠和布粘合鼠標(biāo)墊PMMA滌綸PU

高分子材料的消耗率

生活中的塑料

塑料已成為當(dāng)今家庭、辦公室，以及產(chǎn)業(yè)中不可缺少的存在。

用圖片介紹塑料在各種場(chǎng)所的應(yīng)用。客廳廚房浴室Problems：1、高分子材料為何具有獨(dú)特性能？如何劃分三大合成材料：moleculeweightsofrubber（幾十萬(wàn)）、fibre（5萬(wàn)左右）、plastic（介于二者之間）2、一種聚合物應(yīng)用的多樣性：e.g：PE、PET等3、高分子材料的環(huán)境適應(yīng)性：4、高分子材料的改性塑料的發(fā)現(xiàn)1869年31歲的印刷工人約翰?海阿特發(fā)明賽璐珞1909年貝克蘭發(fā)明酚醛樹脂現(xiàn)代生活中的高分子材料－塑料現(xiàn)代生活中的高分子材料－工程塑料橡膠的發(fā)展橡樹之淚丑卻受寵的合成橡膠現(xiàn)代生活中的高分子材料－橡膠1855年瑞士人奧蒂瑪斯把纖維素放在硝酸中得到硝化纖維素溶液，制得第一根人造纖維；1884年查唐納脫把硝化纖維素放在酒精和乙醚中得到溶液，得到人造絲；纖維的發(fā)展功能高分子材料的發(fā)展功能高分子材料于20世紀(jì)60年代末開始得到發(fā)展。功能高分子是指具有化學(xué)反應(yīng)活性、催化性、光敏性、導(dǎo)電性、磁性、生物相容性、藥理性、選擇分離性，或具有轉(zhuǎn)換或貯存物質(zhì)、能量和信息作用等功能的高分子及其復(fù)合材料。目前已達(dá)到實(shí)用化的功能高分子有：離子交換樹脂、分離功能膜、光刻膠、感光樹脂、高分子緩釋藥物、人工臟器等等。高分子敏感元件、高導(dǎo)電高分子、高分辨能力分離膜、高感光性高分子、高分子太陽(yáng)能電池等功能高分子材料，即將達(dá)到實(shí)用化階段。功能高分子材料－高吸水性樹脂高吸水性樹脂就是一種功能高分子材料，它具有優(yōu)異的吸水、保水功能，可吸收自身重量幾百倍、上千倍，被冠予“超級(jí)吸附劑”的桂冠。主要類型有聚丙烯酸酯類、聚乙烯醇類、醋酸乙烯共聚物類、聚氨酯類、淀粉接校共聚物類等。聚丙烯酸酯類以丙烯酸和燒堿為主要原料，采用逆向聚合法而制得?？梢宰龀蓩胗變杭埬虿家约凹埐徒淼?，此外還可用作室內(nèi)空氣芳香劑，蔬菜、水果的保鮮劑、防霉劑、阻燃劑、防潮劑以及吸水后體積膨脹的兒童玩具等。目前，全世界總生產(chǎn)能力已經(jīng)超過(guò)130萬(wàn)噸/年，其中日本觸媒化學(xué)公司是目前世界上最大的生產(chǎn)公司，生產(chǎn)能力達(dá)到25萬(wàn)噸/年。

高分子膜是指那些由具有特殊分離功能的高分子材料制成的薄膜，能有選擇地分離物質(zhì)。目前應(yīng)用于海水淡化、反滲透、膜萃取、膜蒸餾等技術(shù)領(lǐng)域。

建于沙特阿拉伯的基塔自來(lái)水廠，是世界上最大的海水淡化廠，日供應(yīng)淡水12000噸，主要使用醋酸纖維素分離膜裝置。光敏高分子材料以光敏樹脂為代表，主要用于照相、印刷制版、印刷集成電路等。印刷工業(yè)應(yīng)用聚乙烯醇酸酯，光照時(shí)交聯(lián)而不溶而保留下來(lái)，得到凸版。光解性的光刻膠，重氮醌接到酚醛樹脂上，光作用下重氮醌分解，圖像被保留，分辨率達(dá)10納米。光敏高分子材料

1950年人們逐漸開始配戴材質(zhì)是聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）的隱形眼鏡，具有優(yōu)越的光學(xué)特性，又能矯正角膜性散光。1960年捷克學(xué)者利用十年的時(shí)間發(fā)明了軟性隱形眼鏡的材料，就是一直延用至今的聚甲基丙烯酸羥乙酯（HEMA）。功能高分子材料－隱形眼鏡在塑料中加入蓄光型發(fā)光材料經(jīng)加工就可制成發(fā)光塑料。發(fā)光塑料是近年來(lái)興起的一種高附加值新型功能材料。其產(chǎn)品如：交通領(lǐng)域通道標(biāo)識(shí)、樓梯標(biāo)識(shí)、標(biāo)志線；發(fā)光涂料、發(fā)光開光、發(fā)光壁紙、工藝品、玩具、體育休閑用品。功能高分子材料－－發(fā)光材料導(dǎo)電高分子自發(fā)現(xiàn)之日起就成為材料科學(xué)的研究熱點(diǎn)。目前，它已成為一門新型的多學(xué)科交叉的研究領(lǐng)域，并在世界范圍內(nèi)吸引了一大批材料設(shè)計(jì)專家。功能高分子材料－導(dǎo)電高分子材料液晶高分子作為一類新型的高性能材料，極大地引起了科學(xué)界和工業(yè)界的關(guān)注，得到了廣泛的應(yīng)用，并發(fā)展為高分子科學(xué)中最活躍的領(lǐng)域之一。液晶高分子竹子地板地毯則可以選擇耐久的羊毛制品或者PET地毯主要采用水性涂料、粉末涂料和輻射固化涂料等用于戶外美化環(huán)境的產(chǎn)品：可以回收的塑料做成長(zhǎng)椅、桌子和交通標(biāo)志牌。生物降解高分子材料

目前自然界的污染存在“白色”（塑料）和“黑色”（橡膠）垃圾。發(fā)展可生物降解的產(chǎn)品是必要而且急需的，但許多具體問(wèn)題不能解決。

1、可降解塑料袋承重能力低；2、可降解塑料袋色澤暗淡發(fā)黃，透明度低；3、是價(jià)格偏高，成本難以接受。一次性醫(yī)療用品如輸液管、藥品瓶、醫(yī)用膠粘劑等。診斷儀器如聽診器、內(nèi)窺鏡及各種其他診斷儀器。體外裝置如人工假肢、血液透析或灌注裝置等。人體器官如心臟導(dǎo)管、心臟補(bǔ)片、人工心臟泵材料、氣管導(dǎo)管、人工膀胱、人工腦膜、動(dòng)脈補(bǔ)片、人工血管及人工關(guān)節(jié)等。整形外科手術(shù)材料如面部整形植入物等。生物降解材料是指那些可由體液、酶或微生物的作用而引起分解的材料，用于縫線、人體植入、控釋藥物等。人造心臟人造關(guān)節(jié)人工腎碳纖維復(fù)合材料玻璃鋼復(fù)合材料高分子材料的五個(gè)條件1以聚合物為主體：配混時(shí)聚合物量>50%特例－鈣塑材料（PP20%,CaCO380%）2屬多相復(fù)合體系：兩組分以上宏觀均相，微觀分相3具有可加工性：4良好的使用性能和適當(dāng)?shù)膲勖?能夠工業(yè)化規(guī)模生產(chǎn)：聚合物成千上萬(wàn)，能工業(yè)化生產(chǎn)的不多例如：PS、PVC通用塑料：PP、PE、PVC、PS、PMMA工程塑料：PC、PBT、PA、POM高分子材料加工技術(shù)程序高分子材料制備成型工藝制品（配料、混合、粉化、?；ㄋ芑⒁淮?，二次成型）（定型、后加工）圖0-6衡量聚合物