材料成型加工

材料成型加工

MaterialProcessing課程團(tuán)隊(duì)介紹王華平王海風(fēng)

陳仕艷姚晶晶公共郵箱clcxjg2015@163.com密碼：2015clcxjg課程設(shè)置目的體現(xiàn)工科學(xué)校特色－工程背景體現(xiàn)學(xué)科特色－纖維與無機(jī)材料提高實(shí)踐能力－實(shí)例提高綜合應(yīng)用知識(shí)的能力－系統(tǒng)化課程安排和特點(diǎn)課程性質(zhì)：必修開課對(duì)象：材料學(xué)院授課時(shí)間：30學(xué)時(shí)/2學(xué)分－實(shí)際32學(xué)時(shí)授課方式：PowerPoint課程內(nèi)容和時(shí)間安排：第二周：緒論（王華平老師）第三至九周：材料加工成型-無機(jī)篇（王海風(fēng)老師）第十至十八周：材料加工成型-高分子篇（王華平、陳仕艷老師）第十九周：考試

課程主要章節(jié)和內(nèi)容緒論新型陶瓷各種新型陶瓷技術(shù)工藝人工晶體各種人工晶體生長可控技術(shù)及方法特種玻璃特種玻璃的制備和加工多孔材料無機(jī)纖維緒論高分子材料加工體系－－新認(rèn)識(shí)流變結(jié)晶與高分子材料加工關(guān)系高分子材料加工——單元過程機(jī)理數(shù)字化加工－－纖維成形加工微加工、輻射、等離子等加工新技術(shù)生物材料智能材料能源材料等新型材料的加工參考教材《中國材料工程大典》《聚合物成型原理及成型技術(shù)》《高分子材料成型加工原理》《高分子材料輻射加工技術(shù)及進(jìn)展》《功能高分子與新技術(shù)》《環(huán)境友好材料的生產(chǎn)和研究》《新型無機(jī)材料》《無機(jī)材料合成》等材料科學(xué)與工程學(xué)科相關(guān)期刊選讀加工方面文獻(xiàn)《材料成型加工》課程要求

成績評(píng)定方法平時(shí)成績+期終考試平時(shí)成績：20%其中：出勤、課堂紀(jì)律各10%期終考試：80%其中：個(gè)人小論文完成程度及團(tuán)隊(duì)匯報(bào)30%期終考試卷面成績50%小論文要求：每個(gè)人一篇關(guān)于材料加工方面的小綜述自己檢索一篇有關(guān)新材料或新的加工方法或加工進(jìn)展等研究的英文論文，完成精讀，結(jié)合自身體會(huì)，從以下角度進(jìn)行評(píng)述，并重新成文。

論文基本結(jié)構(gòu)簡要表述，研究目的與意義、研究方法與結(jié)果表述方法的合理性、內(nèi)容的創(chuàng)新性？論文的不足之處等？推測材料組成、特征與加工工藝的關(guān)系，預(yù)測加工工藝與結(jié)構(gòu)性能等關(guān)系？要求：題目要求范圍小而新，表達(dá)自己的見解體會(huì)，約5000字(不含圖表），12月20號(hào)前與英文稿一起提交?？荚噧?nèi)容一、選擇題（每題2分，共計(jì)20分）二、填空題（每空1分，共計(jì)15分）三、名詞解釋（每題3分，共計(jì)15分）四、論述題（在下列5個(gè)題目中任意選擇3題進(jìn)行回答，每題10分，共計(jì)30分）五、思考題（在下列2個(gè)題目中任意選擇1題進(jìn)行回答，20分）緒論1.材料—人類文明及發(fā)展的物質(zhì)基礎(chǔ)

材料科學(xué)技術(shù)既古老又年輕，既普通又深?yuàn)W

古老：材料的歷史和人類社會(huì)的歷史同樣悠久年輕：至今依然保持著蓬勃發(fā)展的生機(jī)普通：與每個(gè)人的衣食住行息息相關(guān)深?yuàn)W：包含許多讓人充滿希望又困惑的難解之迷材料：具有滿足制定工作條件下使用要求的形態(tài)和物理性狀的物質(zhì)稱之為材料

當(dāng)代文明的三大支柱：信息、能源、材料材料發(fā)展史石器時(shí)代青銅器時(shí)代鐵器時(shí)代硅時(shí)代新材料時(shí)代緒論1.材料—人類文明及發(fā)展的物質(zhì)基礎(chǔ)緒論1.材料—人類文明及發(fā)展的物質(zhì)基礎(chǔ)用工程塑料、復(fù)合材料替代金屬趨勢

工程塑料

金屬塑料0.101.0520104060708090200010輕質(zhì)化、結(jié)構(gòu)功能一體化、高性能化緒論1.材料—人類文明及發(fā)展的物質(zhì)基礎(chǔ)材料成型加工是實(shí)驗(yàn)科學(xué)與技術(shù)實(shí)踐早于理論材料科學(xué)與技術(shù)水平取決于人類發(fā)現(xiàn)與發(fā)明能力，與其它科學(xué)與技術(shù)相輔相成，尤其與合成與加工技術(shù)相關(guān)緒論1.材料—人類文明及發(fā)展的物質(zhì)基礎(chǔ)

新技術(shù)革命——新材料、信息技術(shù)、生物技術(shù)新材料及裝備業(yè)－－制造業(yè)基礎(chǔ)新材料高技術(shù)發(fā)展需要具有特殊性能傳統(tǒng)材料不具

備的優(yōu)異性能用新技術(shù)提高性能或出現(xiàn)新功能緒論2.材料科學(xué)與工程分類按原材料分類金屬材料無機(jī)（非金屬）材料有機(jī)高分子材料復(fù)合材料按應(yīng)用分類結(jié)構(gòu)材料工程材料信息材料功能材料建筑包裝醫(yī)用農(nóng)用紡織按成型加工分類金屬材料加工---液態(tài)成型到固態(tài)成型無機(jī)（非金屬）材料加工有機(jī)高分子材料加工復(fù)合材料加工按學(xué)科分類材料學(xué)材料成型與加工材料物理與化學(xué)材料科學(xué)與工程本課程教學(xué)內(nèi)容緒論3.材料成型加工-目的材料科學(xué)與工程四要素材料科學(xué)與工程：研究相關(guān)材料組成、結(jié)構(gòu)、制備工藝流程與材料性能和用途關(guān)系的知識(shí)的產(chǎn)生及其作用性質(zhì)properties使用效能performance組成與結(jié)構(gòu)composition-structure合成與生產(chǎn)過程synthesis-processing緒論3.材料成型加工-目的材料的高性能化和功能化-----先進(jìn)性最終產(chǎn)品的要求（材料物理化學(xué)）原材料及性質(zhì)（化學(xué)及合成工藝）確定并優(yōu)化：成型加工的工藝/方法及工程實(shí)施緒論3.材料成型加工-目的塑料粒料不同的工藝流程不同實(shí)用價(jià)值材料成型加工學(xué)緒論4.材料成型加工-內(nèi)容（重點(diǎn)）1原料特性的認(rèn)知-成形加工性能

2產(chǎn)品性能及結(jié)構(gòu)的表征-服務(wù)性能3工藝原理（演變規(guī)律）--過程與基本要素4工程技術(shù)與裝備—實(shí)施緒論4.材料成型加工-內(nèi)容正確選擇原料、認(rèn)識(shí)特性選擇恰當(dāng)?shù)某尚图庸すに嚭蜋C(jī)械設(shè)備制造合格的材料制品不同原料不同成型加工工藝及設(shè)備學(xué)習(xí)內(nèi)容4.1天然材料的加工與利用—原料特性纖維素/離子液體/水三元體系的相平衡基于Boom等提出的聚合物三元體系中濁點(diǎn)數(shù)據(jù)的線性關(guān)系方程LCP(LinearizedCloudpointCurveCorrelation)，建立全濃度區(qū)域的相分離曲線成型機(jī)理4.2DiscontinuousStapleFiber工程裝備Characteristics

Spinningspeed: 600-2,500m/minDrawingspeed: 100-300m/minCapacity: upto200tons/dayTiterrange: 0.9-70dtexAdvantagesveryhighfiberqualityveryfinestaplefibers4.3PANCF制備工藝流程26技術(shù)集成與控制重點(diǎn)解決基于工藝與專用裝備的高精度快速響應(yīng)的多工序數(shù)字控制集成技術(shù)－穩(wěn)定性！27PETPEPP/PE/PVC4.4瓶級(jí)聚酯回收料特點(diǎn)

含有聚苯乙烯、聚乙烯、不干膠、糖份、紙片、水份等雜質(zhì)

主要影響成品纖維的色澤、紡絲組件的使用壽命及成品的其他技術(shù)指標(biāo)廢瓶料聚酯的紡絲比纖維級(jí)聚酯切片的紡絲要困難得多

難點(diǎn)：原料來源繁雜分子量分布寬粘度范圍大等再生滌綸高性能化功能化PET：依據(jù)來源，一般瓶片含第三單體有機(jī)高分子：PP、PE、PS、PVC、PEN、PLA、PTT、PBTPC、PMMA等有機(jī)添加劑：染料、助劑、表面活性劑、苯并咪等無機(jī)添加劑：顏料、Tio2、炭黑、催化劑等雜質(zhì)：灰塵等再生PET原料組成再生滌綸高性能化功能化－原料體系的綜合利用技術(shù)再生滌綸差別化功能化加工技術(shù)難點(diǎn)與問題均勻性穩(wěn)定性可加工性關(guān)注基于原料特性的改性技術(shù)－共性技術(shù)原料特性：高粘度高收縮應(yīng)力面料蓬松；陽離子可染光澤可控（亮度、透光度、反射度）染色可控（深度、純度、牢度、鮮艷）手感可調(diào)（柔軟、干爽、溫暖、涼爽）功能（抗紫外、抗菌、保健等）組合

高效（5％以內(nèi)）低成本化可行性再生滌綸原料的高性能化功能化技術(shù)PVCPP/PEPENPET有效利用瓶片中PEN增加再生聚酯的剛性和回彈性萘環(huán)結(jié)構(gòu)使PEN比PET具有更高的物理機(jī)械性能有效利用分子鏈上Cl鍵生產(chǎn)功能化抗菌纖維有效利用瓶片中PP、PE與PET熔點(diǎn)相近，……利用原位一步共沉淀法制備Al/Si包覆的納米TiO2技術(shù)，具有高分散性、高穩(wěn)定性（03132217.4）建立納米TiO2/熱塑性高聚物紡絲工程模型，形成高溫高壓高剪切紡絲工藝,成功應(yīng)用于實(shí)際生產(chǎn)熱塑性高聚物功能納米材料紡絲成形共混造粒納米復(fù)合樹脂納米復(fù)合纖維卷繞納米技術(shù)及納米結(jié)構(gòu)納米復(fù)合功能材料：微米時(shí)代－納米時(shí)代！菌種抑菌率(%)金黃葡萄球菌MSSA100金黃葡萄球菌NRSA98.5大腸桿菌100銅綠假單桿菌99.9桔草菌95.0沙門豕桿菌95.0奈瑟氏淋球菌95.0抗菌、抑菌、抗病毒纖維

(納米銀、單質(zhì)銀、可再生含氯…)功能改性技術(shù)緒論4.材料成型加工-內(nèi)容1.成型與加工低成本化系統(tǒng)化、高速化、自動(dòng)化：優(yōu)化工藝，提高產(chǎn)能與靈活性2.提高通用材料附加值改性與加工新技術(shù)微量改性，新聚酯、微孔塑料等；激光加工、磁控加工、輻射加工,振動(dòng)加工,精細(xì)加工（微納加工）、超聲加工,等離子加工、

非穩(wěn)態(tài)加工、數(shù)字化加工、虛擬加工等3.新材料成型與加工高性能材料、高功能材料、高智能（感性）材料、生物材料加工等緒論5.新材料及其成型加工外力T=40℃鎳-鈦合金1958年，美國海軍軍械實(shí)驗(yàn)室冶金師布勒意外發(fā)現(xiàn)的奇特現(xiàn)象，溫度對(duì)合金的組織結(jié)構(gòu)和硬度可能有很大影響1963年，當(dāng)溫度達(dá)某一定值，即稱為轉(zhuǎn)變溫度時(shí)，就會(huì)完完全全恢復(fù)到原來的彎曲形狀，是一種記憶現(xiàn)象。緒論5.新材料及其成型加工“永不忘本”的形狀記憶合金

1969年7月20日阿姆斯特朗東方夏令時(shí)間晚10:56“對(duì)一個(gè)人來說，這是邁出一小步；但對(duì)人類來說，這是跨了一大步。緒論5.新材料及其成型加工我國航空能源技術(shù)：輕質(zhì)大面積300－500m2/3Kg，自動(dòng)展開2007年國家科技進(jìn)步二等獎(jiǎng)

緒論5.新材料及其成型加工金屬鎳金屬鈦1形狀記憶合金薄膜真空蒸發(fā)法離子束增強(qiáng)沉積法激光熔融方法直流和射頻磁控濺射方法應(yīng)用于微電子機(jī)械系統(tǒng)新型驅(qū)動(dòng)元件傳感元件緒論5.新材料及其成型加工2合金紗合金合金紗形狀合金織物形狀記憶花式紗線形狀記憶針織物（人工喉管，支撐架等器官）形狀記憶機(jī)織物緒論5.新材料及其成型加工1微孔塑料性能及制備

所謂微孔塑料是指泡孔直徑在1～10μm(比普通泡沫塑料小幾百倍)、泡孔密度在109～1012個(gè)/cm3(單位體積中泡孔的個(gè)數(shù))之間的泡沫塑料圖1：微孔塑料成型過程圖3：微孔塑料注射成型系統(tǒng)示意圖圖2：微孔塑料連續(xù)擠出系統(tǒng)示意圖緒論5.新材料及其成型加工氣體溶解在塑料中形成均相體系，通過快速降壓或升溫形成氣泡核，然后氣泡核進(jìn)行成型定型，得到微孔塑料合成塑料與氣泡劑微孔塑料加工方法特殊結(jié)構(gòu)和功能的新型材料－Nike應(yīng)用緒論5.新材料及其成型加工緒論5.新材料及其成型加工信息社會(huì)的神經(jīng)——光纖子父2009年諾貝爾物理獎(jiǎng)1971年，第一公里高純度光纖問世1981年光纖通訊系統(tǒng)投入使用緒論5.新材料及其成型加工信息社會(huì)的神經(jīng)——光纖2007年12月27號(hào)臺(tái)灣7.2級(jí)地震調(diào)查顯示：97%用戶無法正常訪問國外網(wǎng)站

57%用戶認(rèn)為工作生活受到了嚴(yán)重影響

緒論5.新材料及其成型加工100億個(gè)電話或1000萬套電視節(jié)目中間是直徑為8微米或50微米具有高折射率的纖芯，外面裹上低折射率的包層，最外面是塑料護(hù)套，整個(gè)外部直徑為125或250微米高聚物光纖（POF）的性能與制備高聚物光纖,亦稱有機(jī)光纖,是以透明高聚物為芯材、用比芯材折射率低的高聚物為皮材所組成的能傳輸光線的纖維。目前廣泛使用的是塑料光纖,橡膠光纖正在開發(fā)研究中,兩者統(tǒng)稱高聚物光纖(POF)聚合物

紡絲包層和拉伸光纜加工具有特殊結(jié)構(gòu)和功能的有機(jī)光纖

低損耗POF耐熱POF耐熱POF耐濕POF

……

透明性好適當(dāng)?shù)恼凵渎誓透邷匦詮?qiáng)韌性

……緒論5.新材料及其成型加工聚合物種類纖維加工技術(shù)

透光率傳輸損耗

聚合物光纖性能與用途

GI型POF制作方法全反射型POF制作方法棒管法沉積法復(fù)合紡絲法兩步共聚法界面-凝膠共聚法用引發(fā)劑擴(kuò)散控制法緒論5.新材料及其成型加工緒論5.新材料及其成型加工49緒論5.新材料及其成型加工50緒論5.新材料及其成型加工51緒論5.新材料及其成型加工52緒論5.新材料及其成型加工53緒論6.材料成型加工的明天材料制備工藝和技術(shù)的開發(fā)工藝流程智能化原子或分子加工，自組裝系統(tǒng)研究差別化纖維的構(gòu)效關(guān)系

（重點(diǎn)研究吸水、導(dǎo)濕、保暖、蓬松、柔軟、染色、光澤、生物可控降解、防熔滴阻燃、抗靜電、抗老化、抗紫外、耐久性功能性與纖維結(jié)構(gòu)的關(guān)系）開發(fā)微量改性熔體直紡技術(shù)開發(fā)差別化功能化纖維設(shè)計(jì)與加工專家系統(tǒng)建立集纖維工藝與裝置特征、差別化功能化結(jié)構(gòu)與性能與一體的纖維新產(chǎn)品快速發(fā)應(yīng)體系熔體直紡微量改性體系纖維設(shè)計(jì)與數(shù)字化加工技術(shù)表面功能構(gòu)筑技術(shù)纖維表面表面構(gòu)筑劑普通纖維材料表面構(gòu)筑技術(shù)親/疏水基團(tuán)抗菌基團(tuán)條件應(yīng)激性基團(tuán)等等特定功能纖維材料條件應(yīng)激性智能纖維材料功能性表面構(gòu)筑纖維的化學(xué)錨固技術(shù)可控性自由基接枝共聚常溫常壓連續(xù)等離子體處理紫外線引發(fā)表面處理反應(yīng)紡絲工藝緒論6.材料成型加工的明天納米技術(shù)與材料下一次工業(yè)革命？新型纖維素纖維資源使用的原料來源多樣化，除棉短絨、木材外，有竹子、農(nóng)作物廢料如秸稈、甘蔗渣、椰殼等，此外還有生物合成纖維素如細(xì)菌纖維素等，如竹漿資源與麻漿資源等近年來已受到了廣泛的關(guān)注。原生纖維:棉、毛、絲、