高分子材料成型加工

1、第一章绪论.1成型加工流动性是必要条件使固体状态、糊状或溶液状态的高分子材料熔融或变形，获得流动性，通过模具形成所需形状，并以相应的方法保持其已经取得的形状，最终得到制品的工艺过程。图1-6 p8 选择题 对应的成型方法在什么状态下进行 如压延成型在接近黏流温度，材料在高弹态。第二章 高分子材料学影响高分子材料性能的物理因素1.结晶性1.1聚合物结晶（1）高分子化合物链结构与结晶性有利于结晶：链结构简单，重复结构单元较少，相对分子质量适中；主链不带或只带极少的支链；主链化学对称性好，取代基不大且对称；链规整性好；高分子链的刚柔性及分子间作用力适中。（2）聚合物结晶过程：首先在熔体中出现一些结晶

2、的起始点，称为晶核。聚合物分子链在晶核上有序排列，使晶体向四周扩大，即为晶体的增长。成核过程和晶体增长过程是成核的关键。（3）成核方式和结晶方式成核方式：均相成核：分子链的初始集聚并达到一定的尺寸，其他分子链可以在这些初始集聚体上进行排列增长。 异相成核：体系中杂质提供分子链进行有序排列的场所。结晶方式：静态结晶和动态结晶。1.2成型加工与聚合物结晶（1）熔融温度和熔融时间 熔融温度越高，熔融时间越长，则残存的晶核越少，熔体冷却时主要以均相成核方试形成晶核，故结晶速度慢，结晶尺寸较大。反之，如熔融温度低，熔融时间短，则残存晶核，熔体冷却时会引起异相成核方式作用，结晶速度快，结晶尺寸小而均匀，有

3、利于提高机械性能和热变形温度。（2）成型压力：成型压力增加，应力和应变增加，结晶度随之增加，晶体结构，形态，大小等也发生变化，压力高，会发生较大的压力诱导结晶，熔体的结晶速率增加得到的晶片厚，熔点高，对熔体施加压力，会使熔体造成一定的取向，取向结晶。（3）冷却速度：Tm降低到Tg以下的温度 影响制品能否结晶，结晶速度，结晶度.冷却速度越快，结晶度越小，越快，结晶度越高，球晶尺寸大。1.3制品后处理与结晶性二次结晶：一次结晶后，在一些残留的非结晶区和结晶不完整的部分区域内，继续结晶并逐步完善的过程。后结晶：聚合物加工过程中的一部分来不及结晶的区域，在成型后继续结晶的过程。（在这一过程中不形成新的

4、结晶区，而是在球晶界面上使晶体进一步长大，是初结晶的继续）1.4成核剂与结晶性成核剂可促进异相成核，增加晶核，提高结晶速度，促进微晶的生成，球晶尺寸小，可使材料韧性提高，成核剂熔点比聚合物高，并与其有一定相容性，形成微晶，制品透明性也提高。1.5结晶性和物性聚合物聚合物结晶，分子链成有序的排列，聚合物体积收缩、密度增加，分子链之间引力增加，聚合物力学性能和热性能相应提高。冲击强度随结晶度的提高而降低，实际上，聚合物的韧性更多依赖于结晶的尺寸和结晶结构形态，因为冲击容易沿晶体表面传播而破坏。2.成型过程中的取向2.1流动取向聚合物熔体或浓溶液中的分子链，链段或几何形状不对称的固体粒子在剪切流动时

5、沿剪切流动的运动方向排列的现象称为流动取向。2.2拉伸取向聚合物的分子链、链段或微晶等受拉伸力的作用时沿受力方向作定向排列的现象称为拉伸取向。2.3影响聚合物取向因素（1）聚合物的结构：链结构简单，柔性大，相对分子质量低，有利于取向。（2）低分子化合物（3）温度：升高温度，熔体黏度下降，松弛时间减少，有利于取向也有利于解取向。（4）拉伸比：一定温度下，聚合物在屈服应力作用下被拉伸的倍数，即拉伸前后的长度比，称为拉伸比。2.4取向对材料的物性影响取向后，拉伸强度，弹性模量，冲击强度，透气性等增加。3熔体黏度与成型性3.1影响熔体黏度的内在因素（1）聚合物的链结构与极性 分子间作用力大，极性大，具

6、有刚性分子链和支链结构都使熔体黏度增大。（2）相对分子质量及其分布 相对分子质量大，黏度大，相对分子质量分布宽的聚合物熔体黏度小，易流动，但制品性能差。（3）材料组成：增塑剂 润滑剂 着色剂 改性剂 稳定剂3.2影响熔体黏度的外在因素（1）温度：T 高分子链热运动和分子间间距，黏度（2）压力：P 聚合物自由体积 分子链间距 分子间作用力，黏度（3）剪切速率 剪切应力或速率，黏度3.3聚合物成型性热分解性，成型温度范围，熔体黏度，注射成型时的成型周期，成型收缩率。第三章 添加剂(P60图3-1高分子材料添加剂的功能与分类)1.热稳定剂：能够防止高分子材料在成型加工或使用过程中因受热而发生降解或交

7、联的添加剂。 主要用于热敏性聚合物（聚氯乙烯PVC树脂）作用：去除聚合物降解后产生的活性中心（自由基），抑制聚合物进一步降解；对成为降解中心的不饱和双键结构起加成作用；转变在降解过程起催化剂作用的物质。2.抗氧剂对于不饱和橡胶，当主链含有（CCC）结构时，在双键位的单键具有相对不稳定性，易受O2的作用而产生降解。对于共价键结合的塑料，当加工时提供的能量等于或大于共价键键能时易产生断裂，而键能大小与聚合物的结构有关。3.交联剂及相关的添加剂交联：将线性或轻度支化型聚合物转变成二维网状结构或三维体型结构聚合物的反应过程。橡胶的交联剂称为硫化剂，其交联过程称为硫化；热固性塑料交联剂称为固化剂，其交联

8、过程称为固化。3.1常用的交联剂：(1)硫磺(S) 适用于不饱和橡胶,含少量双键的三元乙丙橡胶和丁基橡胶。（2）含硫化合物（R-S-S-R） 含硫化合物是分子中含有硫原子，能够在硫化温度分解出活性硫使得橡胶硫化的物质，因此又称为硫磺给予体。（3）有机过氧化物（）有机过氧化物受热分解产生自由基，能够引发聚合物的自由基发生交联反应。最常用的是过氧化二异丙苯（）和过氧化苯甲酰（）适用于氟橡胶、硅橡胶、乙丙橡胶等饱和橡胶、部分不饱和橡胶以及聚烯烃的交联，不能用于丁基橡胶和氯磺化聚乙烯橡胶 。（4）金属氧化物 常用的有ZnO、MgO和PbO,适用于含极性基团或活泼酸性基团的集合物，如氯丁橡胶、氯醚橡胶、

9、氯化丁基橡胶、溴化丁基橡胶的交联。需要注意，金属氧化物还可作为硫磺硫化体系中的硫化活性剂。（5）胺类化合物 胺类化合物中含有两个或两个以上的胺基，主要用于酚醛树脂、氨基树脂、环氧树脂等热固性塑料以及氟橡胶、丙烯酸酯橡胶的交联。（6）双官能团化合物 烯类双官能团化合物，如苯乙烯、甲基丙烯酸甲酯，可作为不饱和聚酯树脂的交联剂。（了解内容）（7）合成树脂 主要为酚醛树脂，可作为不饱和丁基橡胶、乙丙橡胶的交联剂。3.2其他交联剂（1）硫化促进剂 凡在胶料中能提高硫化速度，缩短硫化时间，降低硫化温度，减少硫化剂用量，并能够提高或改善硫化胶物理机械性能的物质称为硫化促进剂。分类：按化学结构 按促进能力按与

10、硫化氢反应的物质：酸性，中性，碱性（2）硫化活性剂凡能够提高胶料中硫化促进剂的活性，减少硫化促进剂的用量，缩短硫化时间的物质。无机活性剂：ZnO MgO CaO 和PbO等金属氧化物有机活性剂（3）防焦剂：少量加入即可防止或延迟胶料在加工和储存时产生焦烧的物质（硫化延缓剂）亚硝基化合物类 （2）有机酸类 （3）硫代酰亚胺化合物类第四章 高分子材料制品设计和配方设计 制品设计必须贯彻“实用，高效，经济”原则。第六章 高分子材料混合与制备1.混合设备按操作方式：间歇式：Z形捏合机（初混） 高速混合机（初混） 开炼机（塑化） 密炼机（塑化） 连续式：单螺杆混合挤出机（塑化）双螺杆挤出机（塑化） 行星

11、螺杆挤出机（塑化和混炼） FCM连续混炼机2.橡胶的塑炼与混炼2.1塑炼的目的为了降低生胶的弹性，增加可塑性，获得适当的流动性，使橡胶与配合剂在混炼过程中易于混合分散均匀，也有利于胶料进行各种成型操作。此外还要使生胶的可塑性均匀一致，从而使制得的胶料质量也均匀一致。降低分子量，降低分子量分布。2.2塑炼机理机理：机械作用使大分子链断裂，氧对橡胶分子起化学降解作用，两个作用同时存在。机械塑炼：低温塑炼：以机械降解作用为主，氧起稳定游离基的作用；高温塑炼：以自动氧化降解为主，机械作用强化橡胶与氧的接触。 机械力的作用：生胶的最大相对分子质量级分最先断裂而消失，低分子量几乎不变，而中等相对分子质量得

12、以增加，使其相对分子质量降低，相对分子质量分布变窄。 氧的作用：机械力作用使得橡胶大分子断裂生成大分子自由基，自由基活泼又会重新结合起来，氧可直接与橡胶大分子发生氧化反应，使得大分子氧化裂解，又可以作为活性自由基的稳定剂使自由基转变为稳定的分子。 温度作用：图像呈“U”型 低温塑炼，主要为机械力使分子链断裂，T,作用力塑炼效果;高温T机械作用力,热和自动催化氧化破坏作用增大,氧化降解速度。 静电作用：橡胶与机械间因摩擦带点，高电压会发生放电现象，是空气中的氧活化生成活性更高的原子态氧或臭氧，从而进一步促进橡胶分子进一步氧化断裂。2.3化学塑炼机理增塑剂加强氧化作用；促进橡胶分子断裂，从而提高塑

13、炼效果。 自由基接受型:使断链的橡胶分子自由基稳定（氧一样的自由基接受体作用，从而生成较短分子。 引发型：分解成不稳定自由基，引发橡胶大分子生成大分子自由基，进而氧化断链。 混合型或链转移型：使橡胶大分子自由基稳定，也在高温下引发橡胶形成自由基加速自动氧化断链。2.4塑炼工艺最广泛的方法为机械塑炼法，生胶之前需经过烘胶、切胶，选胶，破胶。（1） 开炼机塑炼 （2）密炼机塑炼（3）螺杆塑炼机塑炼3胶料的混炼混炼：将各种配合剂与可塑度合乎要求的生胶或塑炼胶在机械力作用下混合均匀，制成混炼胶的过程。3.1混炼理论（1）配合剂的性质，配合剂性质与生胶表面性质（2）结合橡胶的作用 有助于配合剂粒子的分散

14、（3）混炼胶结构：生胶与溶于生胶的配合剂为复合分散介质混炼胶实质上是有多种细分散体与生胶复合分散介质组成的胶态分散体系，与一般胶态分散体相比，混炼胶有自己的特点。分散介质不是单一的物质，而是由生胶和溶于生胶的配合剂共同组成；细粒状配合剂不仅是简单地分散在生胶中，还会与橡胶在接触面上产生一定的化学和物理的接结合作用，甚至在橡胶硫化后还保持这种结合。橡胶黏度很大，而且有些配合剂与橡胶有化学和物理结合，所以表现为胶料的热力学不稳定性不明显。3.2混炼工艺（1）间歇式混炼：开炼机混炼 密炼机混炼（2）连续混炼4 塑化（塑料的塑化）目的：使物料在温度和剪切力的作用下熔融，获得剪切混合作用，驱出其中的水分

15、和挥发物，使各组分的分散更趋均匀，得到具有一定可塑性的均匀物料，是分散混合过程，亦称塑料的塑炼。设备：开放式塑炼机、密炼机和挤出机。第七章 压制成型1.模具（1）溢式模具：由阴模和阳模组成，模压时，多余的物料可溢出。（2）不溢式模具：不让物料从模具型腔中溢出，使模压压力全部施加在物料上，制得高密度制品。（3）半溢式模具2.模压成型工艺 热固性塑料模压成型工艺过程：成型物料的准备，成型和制品的后处理。压塑料计量预压或预热加料闭模排气保压固化脱模制品后处理热固性塑料制品（1） 计量 重量法 容量法（2） 预压在室温下将松散的粉状或纤维状的热固性模塑料压成一定质量，形状规则的型坯工序 作用 优点：加

16、料快，准确，无粉尘；降低压缩率，可减少模具装料室和模具高度；预压料紧密，空气含量少，传热快，又可提高传热温度，缩短了预热和固化时间，制品也不会出现气泡；便于成型较大或带有精细嵌件的制品。（3） 预热 提高料温便于成型优点：加快塑料成型的固化速度，缩短成型时间；提高塑料的流动性，增进固化的均匀性，提高制品质量，降低废品率；可降低模压压力，可成型流动性差的塑料或较大的制品。（4） 嵌件安放（5）加料 闭模 排气 保压固化 脱模冷却 制品后处理3.橡胶制品的硫化3.1橡胶在硫化过程中的结构和性能变化结构：交联密度在一定硫化时间内是逐渐增加的，交联反应很降解反应都在发生，交联反应使橡胶分子成为网状结构

17、，降解反应使橡胶分子断键，硫化初期以交联为主，交联密度增加，到一定程度降解反应增加，交联密度下降。性能：硫化过程中，线型大分子逐渐转变为网状结构，可塑性减少，拉伸强度，定伸轻度、硬度，弹性增加，而伸长率，永久变形。 3.2硫化历程四个阶段：焦烧阶段 预硫阶段 正硫化阶段和过硫阶段1.焦烧阶段：硫化诱导期，在硫化前的延迟作用时间，尚未开始交联，胶料在模型内具有良好的流动性。2.预硫阶段：焦烧期以后橡胶开始交联，橡胶交联程度逐渐增加，并形成网状结构，橡胶的物理机械性能逐渐上升，但尚未达到预期的水平。3.正硫化阶段：交联反应达到一定程度，各项物理机械性能均达到或接近最佳值，其综合性能最佳。4.过硫阶

18、段 正硫化以后继续硫化便进入过硫阶段，氧化及热断链反应占主导地位，胶料物理机械性能下降。但不同橡胶在此阶段不同，天然橡胶、丁基橡胶等主链为线型大分子结构，在硫化阶段断链多于交联出现硫化返原现象；而对于大部分合成橡胶，如丁苯，丁腈橡胶等在过硫阶段中易产生氧化支化反应和环化结构，胶料物理机械性能变化很小，甚至保持恒定，这种胶料称为硫化非返原性胶料。第八章 挤出成型 1单螺杆挤出机基本结构及作用加料装置 料筒 螺杆螺杆：对物料塑化效果 分为三段：加料段、压缩段和均化段三段的螺杆直径、深度不一样压缩比A：指螺杆加料段第一个螺槽的容积与均化段最后一个螺槽的容积之比，表示塑料通过螺杆全过程被压缩的程度。获

19、得压缩比的方法：等距变深螺槽，等深变距螺槽，变深变距螺槽。（1）加料段：对料斗送来的塑料进行加热，同时输送到压缩段，塑料在该段内始终保持固体状态。（2）压缩段：对加料段送来的物料起挤压和剪切作用，螺杆与料筒的配合使物料接触传热面不断更新,在料筒外加热和螺杆摩擦的作用下,固体物料逐渐软化,熔融为黏流态。（3）均化段:计量段,将塑料均匀的物料在均化段螺杆与料筒和机头相配合产生的强大剪切作用和回压作用下进一步搅拌混合均匀,并定量定压地通过机头口模进行挤出成型。2.机头和口模 经过螺杆塑化后,通过机头和口模获得一定形状 两者是一个整体,决定其形状的是口模,是制品的成型部件。3.挤出理论（1）固体输送理

20、论（2）熔化理论（3）熔体输送理论：正流：是均化段熔体的主流（Z方向），由于螺杆旋转时螺棱的推挤作用引起的。 逆流：正流方向相反(-Z方向)，是由机头口模、过滤网等对料流的阻碍作用所引起的反压流动，将引起挤出生产能力的损失。横流：物料在沿X轴和Y轴两方向在螺槽的往复流动，也是由于螺杆旋转时螺棱的推挤作用和阻挡作用造成的，对总的挤出生产率影响不大，但对物料的热交换、混合和进一步均匀塑化影响很大。漏流：物料在螺杆和料筒的间隙沿着螺杆的轴向往料斗方向的流动，它也是由于机头和口模等对物料的阻力所产生的反压流动。4.典型的挤出制品成型工艺 （1）塑料管材的挤出机头和口模的分流器：黏流态塑料经过多孔板到达

21、分流器，塑料熔体逐渐形成环形，同时料层变薄，有利于塑料进一步均匀塑化。（2）塑料薄膜的挤出吹塑 吹胀比：表明了黏流态下大分子受到横向拉伸作用力的大小，控制薄膜的厚度；牵伸比：控制其拉伸取向程度。（3）塑料板材的挤出5.压出成型的影响因素（1）胶料的组成和性质（2）亚初级的结构特征（3）压出温度（4）压出速度（5）压出物的冷却第九章 注射成型1.注射机的基本结构（1）注射系统 加料装置 料筒 柱塞及分流梭分流梭的作用：将料筒内流经该处的物料引导成为薄层，使塑料流体产生分流和收敛流动，以缩短传热导程，既加快了热传导，也有利于减少或避免塑料过热而引起的热分解现象。（只有柱塞式注射机需要分流梭，螺杆机

22、不需要）螺杆*喷嘴：连接料筒和模具：通用式喷嘴：PE,PS PVC及纤维素； ·延伸式喷嘴：有加热装置，注射黏度较高的塑料；弹簧针阀式喷嘴：PA PET 低黏度的塑料，防止回流，倒流。（2）锁模系统作用是在注塑的时锁紧模具，而在脱模时取出制品时又能打开模具。为了保持模具严密闭合要求有足够的锁模力，以防在注射时使模具离缝或造成制品溢边现象2.塑化过程（1）热均匀性在料筒前端安装分流梭，它能在减少塑料层厚度，迫使塑料产生剪切和收敛流动，加强了热扩散作用。此外，料筒的热量可通过分流梭而传递给塑料，增大了对塑料加热面，改善了塑化情况。（2）塑化能力（了解） （3）料温分布（了解）3常见的注射制品缺陷及解决方案 应对措施针对成型工艺上 选择题缺陷产生原因因对措施（成型工艺