聚合物成型加工原理01

1、2022年4月19日12时10分金政2022年4月19日12时10分0-1 高分子材料概述高分子材料概述0-2 聚合物成型加工在国民经济中的地聚合物成型加工在国民经济中的地位和作用位和作用0-3 高分子材料成型加工高分子材料成型加工0-4 本课程的主要内容要求本课程的主要内容要求2022年4月19日12时10分一、高分子材料在现代文明社会中一、高分子材料在现代文明社会中的地位和作用的地位和作用 二、高分子材料的用途二、高分子材料的用途三、高分子材料的特殊性三、高分子材料的特殊性 四、高分子材料的分类四、高分子材料的分类2022年4月19日12时10分现代文明的四大支柱：现代文明的四大支柱：能源

2、工程能源工程信息工程信息工程生物工程生物工程材料工程材料工程2022年4月19日12时10分2022年4月19日12时10分2022年4月19日12时10分2022年4月19日12时10分2022年4月19日12时10分材料工程和能源工程是四大工程的基础和保材料工程和能源工程是四大工程的基础和保障；障；材料工程分为金属材料、无机非金属材料、材料工程分为金属材料、无机非金属材料、高分子材料。高分子材料。高分子材料已占到人类所使用各种材料的高分子材料已占到人类所使用各种材料的78%，金属材料只占，金属材料只占19%，其它材料，其它材料3%。 2022年4月19日12时10分衣：人们的各种衣着，全是

3、由高分子材料做成，天衣：人们的各种衣着，全是由高分子材料做成，天然的包括毛线、皮草、绫罗绸缎。合成的包括涤纶、然的包括毛线、皮草、绫罗绸缎。合成的包括涤纶、腈纶、锦纶等。腈纶、锦纶等。食：食品包装、肠衣、口香糖。真正意义上的食，食：食品包装、肠衣、口香糖。真正意义上的食，天然的包括粮食、肉类、蛋类以及蔬菜。天然的包括粮食、肉类、蛋类以及蔬菜。住：建造房子的木料、稻草是天然高分子。现在的住：建造房子的木料、稻草是天然高分子。现在的塑料门窗，楼梯扶手、装配式房屋。塑料门窗，楼梯扶手、装配式房屋。行：一台轿车上有行：一台轿车上有300个塑料件、例如仪表板、保个塑料件、例如仪表板、保险杠、油管、水管等

4、。险杠、油管、水管等。2022年4月19日12时10分高分子材料具有玻璃态、高弹态和熔融态，高分子材料具有玻璃态、高弹态和熔融态，而不包括气态。因此，高分子材料的特殊性而不包括气态。因此，高分子材料的特殊性在于其介于固态（玻璃态）和液态（熔融态）在于其介于固态（玻璃态）和液态（熔融态）之间的高弹态。之间的高弹态。2022年4月19日12时10分高分子材料物理性质的特点：高分子材料物理性质的特点：:有高弹态；有高弹态；:Tm（Tf）低；）低；:比强度高；比强度高；:耐腐蚀性强。耐腐蚀性强。2022年4月19日12时10分聚乙烯形变随温度变化曲线聚乙烯形变随温度变化曲线TgTfT2022年4月19

5、日12时10分聚合物的柔性聚合物的柔性:分子链柔顺性好，流动活化能低，在较低的温度分子链柔顺性好，流动活化能低，在较低的温度下即可发生黏性流动，反之需要较高的温度。下即可发生黏性流动，反之需要较高的温度。 聚合物的极性聚合物的极性:聚合物极性越大，分子间相互作用越大，需要在聚合物极性越大，分子间相互作用越大，需要在较高的温度产生黏性流动，所以极性黏流温度高。较高的温度产生黏性流动，所以极性黏流温度高。分子量分子量:黏流温度是整个聚合物链开始运动的温度，分子黏流温度是整个聚合物链开始运动的温度，分子量越大，聚合物链越长，相对滑动时温度越高。量越大，聚合物链越长，相对滑动时温度越高。2022年4月

6、19日12时10分聚合物强度高，密度小，因此具有极高的比聚合物强度高，密度小，因此具有极高的比强度。强度。例如日本广岛大学研究生院综合科学研究科例如日本广岛大学研究生院综合科学研究科特任教授彦坂正道等，开发成功了拉伸强度特任教授彦坂正道等，开发成功了拉伸强度230 MPa，比强度高达钢铁的，比强度高达钢铁的25倍、铝的倍、铝的6倍的聚丙烯（倍的聚丙烯（PP）片材。）片材。2022年4月19日12时10分相对于一般材料而言（如金属材料），聚合相对于一般材料而言（如金属材料），聚合物具有良好的耐腐蚀性能；物具有良好的耐腐蚀性能；例如例如PP或者或者PE制作的下水管道能够耐制作的下水管道能够耐50到

7、到60年的污水腐蚀，钢管仅年的污水腐蚀，钢管仅10到到25年；年；耐腐蚀性塑料聚四氟乙烯（耐腐蚀性塑料聚四氟乙烯（PTFE）常用于化）常用于化工生产中，可在强酸强碱下工作较长时间工生产中，可在强酸强碱下工作较长时间（几年甚至十几年）。（几年甚至十几年）。2022年4月19日12时10分合成塑料合成塑料合成橡胶合成橡胶合成纤维合成纤维合成油漆、涂料合成油漆、涂料胶黏剂胶黏剂高分子功能材料高分子功能材料1838年，人们就在实验室里合成了聚氯乙烯年，人们就在实验室里合成了聚氯乙烯1863年，合成了酚醛塑料年，合成了酚醛塑料20世纪世纪40年代以后，塑料进入蓬勃发展阶段。年代以后，塑料进入蓬勃发展阶段

8、。据统计，据统计，1930年全世界塑料的年产量为年全世界塑料的年产量为10万万 吨，吨，1950年达年达1 60万吨，万吨，1960年达年达7 40万吨，万吨，1970年达年达3000万吨，万吨，2000年达年达1.8亿吨，亿吨，2008年达年达2.45 亿吨，亿吨，2010年达年达3 亿吨。亿吨。2022年4月19日12时10分使用的角度可把塑料分为通用塑料、工程塑料和高使用的角度可把塑料分为通用塑料、工程塑料和高性能工程塑料。这三大类品种大体上可以采用如下性能工程塑料。这三大类品种大体上可以采用如下分类：分类：通用塑料通用塑料聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯、聚苯乙烯、聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯、聚

9、苯乙烯、酚醛塑料和氨基塑料等。酚醛塑料和氨基塑料等。工程塑料工程塑料聚酰胺、聚甲醛、聚酰胺、聚甲醛、ABS、聚碳酸酯、聚、聚碳酸酯、聚酯、改性聚苯醚等。酯、改性聚苯醚等。高性能工程塑料高性能工程塑料聚芳醚、聚芳砜、聚芳酯、聚芳聚芳醚、聚芳砜、聚芳酯、聚芳杂环类、聚芳酰胺、聚对二甲苯、含氟材料等。杂环类、聚芳酰胺、聚对二甲苯、含氟材料等。2022年4月19日12时10分通用塑料的产量较大，占塑料总产量的通用塑料的产量较大，占塑料总产量的80以上。它们共同的特点是价格低、用途广，以上。它们共同的特点是价格低、用途广，可制成生活用品、一般零件和包装材料，以可制成生活用品、一般零件和包装材料，以代替纸

10、和木材，并部分代替金属。聚乙烯能代替纸和木材，并部分代替金属。聚乙烯能制造容器、管材和家具；聚丙烯用来制造汽制造容器、管材和家具；聚丙烯用来制造汽车、电视机零件和食品包装袋；聚氯乙烯可车、电视机零件和食品包装袋；聚氯乙烯可以制成各种硬质、软质的泡沫塑料、农用薄以制成各种硬质、软质的泡沫塑料、农用薄膜等。膜等。2022年4月19日12时10分1：PET 聚对苯二甲酸乙二醇脂聚对苯二甲酸乙二醇脂常见矿泉水瓶、碳酸饮料瓶等常见矿泉水瓶、碳酸饮料瓶等 。耐热至。耐热至70易变形，有对人体有害的物质融出。易变形，有对人体有害的物质融出。1号塑料号塑料品用了品用了10个月后，可能释放出致癌物个月后，可能释

11、放出致癌物DEHP。不能放在汽车内晒太阳；不要装酒、油等物不能放在汽车内晒太阳；不要装酒、油等物质质2022年4月19日12时10分2：HDPE高密度聚乙烯高密度聚乙烯常见白色药瓶、清洁用品、沐浴产品。不要常见白色药瓶、清洁用品、沐浴产品。不要再用来做为水杯，或者用来做储物容器装其再用来做为水杯，或者用来做储物容器装其他物品。清洁不彻底，不要循环使用。他物品。清洁不彻底，不要循环使用。2022年4月19日12时10分3：PVC 聚氯乙烯聚氯乙烯常见雨衣、建材、塑料膜、塑料盒等。可塑常见雨衣、建材、塑料膜、塑料盒等。可塑性优良，价钱便宜，故使用很普遍，只能耐性优良，价钱便宜，故使用很普遍，只能耐

12、热热81.高温时容易有不好的物质产生高温时容易有不好的物质产生,很少很少被用于食品包装。难清洗易残留，不要循环被用于食品包装。难清洗易残留，不要循环使用。若装饮品不要购买。使用。若装饮品不要购买。2022年4月19日12时10分4：LDPE 聚乙烯聚乙烯常见保鲜膜、塑料膜等常见保鲜膜、塑料膜等 。 高温时有有害物质高温时有有害物质产生，有毒物随食物进入人体后，可能引起产生，有毒物随食物进入人体后，可能引起乳腺癌、新生儿先天缺陷等疾病。保鲜膜别乳腺癌、新生儿先天缺陷等疾病。保鲜膜别进微波炉。进微波炉。2022年4月19日12时10分5：PP 聚丙烯聚丙烯常见豆浆瓶、优酪乳瓶、果汁饮料瓶、微波常见

13、豆浆瓶、优酪乳瓶、果汁饮料瓶、微波炉餐盒。熔点高达炉餐盒。熔点高达167，是唯一可以放进，是唯一可以放进微波炉的塑料盒，可在小心清洁后重复使用。微波炉的塑料盒，可在小心清洁后重复使用。需要注意，有些微波炉餐盒，盒体以需要注意，有些微波炉餐盒，盒体以5号号PP制造，但盒盖却以制造，但盒盖却以1号号PE制造，由于制造，由于PE不能不能抵受高温，故不能与盒体一并放进微波炉。抵受高温，故不能与盒体一并放进微波炉。2022年4月19日12时10分6：PS 聚苯乙烯聚苯乙烯常见碗装泡面盒、快餐盒。不能放进微波炉常见碗装泡面盒、快餐盒。不能放进微波炉中，以免因温度过高而释出化学物。装酸中，以免因温度过高而释

14、出化学物。装酸（如柳橙汁）、碱性物质后，会分解出致癌（如柳橙汁）、碱性物质后，会分解出致癌物质。避免用快餐盒打包滚烫的食物。别用物质。避免用快餐盒打包滚烫的食物。别用微波炉煮碗装方便面。微波炉煮碗装方便面。2022年4月19日12时10分7：PC其它类其它类常见水壶、太空杯、奶瓶。百货公司常用这常见水壶、太空杯、奶瓶。百货公司常用这样材质的水杯当赠品。很容易释放出有毒的样材质的水杯当赠品。很容易释放出有毒的物质双酚物质双酚A，对人体有害。使用时不要加热，对人体有害。使用时不要加热，不要在阳光下直晒。不要在阳光下直晒。2022年4月19日12时10分工程塑料是指机械性能好，可以代替金属制工程塑料

15、是指机械性能好，可以代替金属制造机械零件，并且能在一些特殊环境，如高造机械零件，并且能在一些特殊环境，如高温、低温、腐蚀、大载荷条件下长期工作的温、低温、腐蚀、大载荷条件下长期工作的一类塑料。工程塑料既可用作电工器材，又一类塑料。工程塑料既可用作电工器材，又可应用于机械工业，作钢铁和有色金属的代可应用于机械工业，作钢铁和有色金属的代用品。广泛使用工程塑料的工业部门包括：用品。广泛使用工程塑料的工业部门包括：机械制造、电子、化工、汽车、飞机制造、机械制造、电子、化工、汽车、飞机制造、原子能和建筑等。原子能和建筑等。2022年4月19日12时10分工程塑料的使用温度在工程塑料的使用温度在300 以

16、下，抗拉强以下，抗拉强度低于度低于200 MPa，作为结构材料还不能与钢，作为结构材料还不能与钢铁等金属相抗衡。国外约铁等金属相抗衡。国外约60用于建筑和包用于建筑和包装，约装，约20用于汽车和化工。国内在机械产用于汽车和化工。国内在机械产品中用作轴套、密封件、导管、导轨、罩壳、品中用作轴套、密封件、导管、导轨、罩壳、油箱以及受力小的仪表构件等。油箱以及受力小的仪表构件等。2022年4月19日12时10分聚酰胺（聚酰胺（PA，俗名：尼龙），俗名：尼龙）:低比重、高抗低比重、高抗拉强度、耐磨、自润滑性好、冲击韧性优异、拉强度、耐磨、自润滑性好、冲击韧性优异、加工简便、效率高、比重轻（只有金属的加

17、工简便、效率高、比重轻（只有金属的1/7）。典型的制品有泵叶轮、风扇叶片、阀）。典型的制品有泵叶轮、风扇叶片、阀座、衬套、轴承、各种仪表板、汽车电器仪座、衬套、轴承、各种仪表板、汽车电器仪表、冷热空气调节阀等零部件，大约每辆汽表、冷热空气调节阀等零部件，大约每辆汽车消耗尼龙制品达车消耗尼龙制品达3.64千克。聚酰胺在汽车千克。聚酰胺在汽车工业的消费比例最大，其次是电子电气。工业的消费比例最大，其次是电子电气。2022年4月19日12时10分聚碳酸酯（聚碳酸酯（PC）:具有较高的强度、延展性具有较高的强度、延展性及强韧性，冲击强度极高。聚碳酸酯的透明及强韧性，冲击强度极高。聚碳酸酯的透明度好，可

18、施以任何着色。广泛用于各种安全度好，可施以任何着色。广泛用于各种安全灯罩、信号灯，体育馆透明防护板，高层建灯罩、信号灯，体育馆透明防护板，高层建筑采光玻璃，汽车反射镜、挡风玻璃板，飞筑采光玻璃，汽车反射镜、挡风玻璃板，飞机座舱玻璃，摩托车驾驶安全帽。应用领域机座舱玻璃，摩托车驾驶安全帽。应用领域为计算机、办公设备、汽车、替代玻璃和片为计算机、办公设备、汽车、替代玻璃和片材，材，CD和和DVD光盘是最有潜力的市场之一。光盘是最有潜力的市场之一。2022年4月19日12时10分聚甲醛（聚甲醛（POM）具有类似金属的硬度、强度）具有类似金属的硬度、强度和钢性，在很宽的温度和湿度范围内都具有和钢性，在

19、很宽的温度和湿度范围内都具有很好的自润滑性、良好的耐疲劳性和弹性，很好的自润滑性、良好的耐疲劳性和弹性，此外它还有较好的耐化学品性。可替代锌、此外它还有较好的耐化学品性。可替代锌、黄铜、铝和钢制作许多部件，广泛应用于电黄铜、铝和钢制作许多部件，广泛应用于电子电气、机械、仪表、日用轻工、汽车、建子电气、机械、仪表、日用轻工、汽车、建材、农业、医疗技术、运动器械等领域。材、农业、医疗技术、运动器械等领域。2022年4月19日12时10分聚对苯二甲酸丁二醇酯（聚对苯二甲酸丁二醇酯（PBT）:加工性能和加工性能和电性能较好，玻璃化温度低，模具温度在电性能较好，玻璃化温度低，模具温度在50时即可迅速结晶

20、，加工周期短，被广泛时即可迅速结晶，加工周期短，被广泛应用于电子、电气和汽车工业中。由于应用于电子、电气和汽车工业中。由于PBT的高绝缘性及耐温性可用作电视机的回扫变的高绝缘性及耐温性可用作电视机的回扫变压器、汽车分电盘和点火线圈、办公设备壳压器、汽车分电盘和点火线圈、办公设备壳体和底座、各种汽车外装部件、空调机风扇、体和底座、各种汽车外装部件、空调机风扇、电子炉灶底座、办公设备壳件。电子炉灶底座、办公设备壳件。2022年4月19日12时10分 聚苯醚（聚苯醚（PPO）:常用的是由常用的是由 2，6-二甲基苯二甲基苯酚合成的聚苯醚，可在酚合成的聚苯醚，可在127121范围内范围内长期使用，具有

21、优良的耐水、耐蒸汽性能，长期使用，具有优良的耐水、耐蒸汽性能，制品具较高的拉伸强度、抗冲强度、抗蠕变制品具较高的拉伸强度、抗冲强度、抗蠕变性、耐磨性和电性能。主要用于代替不锈钢性、耐磨性和电性能。主要用于代替不锈钢制造外科医疗器械，在机电工业中可制作齿制造外科医疗器械，在机电工业中可制作齿轮、鼓风机叶片、管道、阀门、螺钉及其他轮、鼓风机叶片、管道、阀门、螺钉及其他紧固件和连接件、电子、电气工业中的零部紧固件和连接件、电子、电气工业中的零部件，如线圈骨架及印刷电路板等。件，如线圈骨架及印刷电路板等。2022年4月19日12时10分高性能工程塑料又称特种工程塑料，它同军高性能工程塑料又称特种工程塑

22、料，它同军事工业和尖端技术的发展密关，因此，虽在事工业和尖端技术的发展密关，因此，虽在世界塑料总产量中比例很小，仅占世界塑料总产量中比例很小，仅占1左右，左右，但它们的作用是别的任何材料都无法比拟的，但它们的作用是别的任何材料都无法比拟的，具有不容忽视的地位。在提高耐热性方面，具有不容忽视的地位。在提高耐热性方面，有一系列的特种工程塑料可以满足要求。有一系列的特种工程塑料可以满足要求。2022年4月19日12时10分聚砜的长期使用温度为聚砜的长期使用温度为150 ，短时为，短时为180 ，能够用于电绝缘而代替云母，增加电机，能够用于电绝缘而代替云母，增加电机的容量并缩小体积；聚芳砜在的容量并缩

23、小体积；聚芳砜在-240280 温温度范围内有良好的强度和电性能，可制成连度范围内有良好的强度和电性能，可制成连接器、开关部件和印刷电路板；聚苯砜长期接器、开关部件和印刷电路板；聚苯砜长期使用温度为使用温度为180 ，是砜族系统中耐热性最，是砜族系统中耐热性最好的聚合物。好的聚合物。2022年4月19日12时10分芳杂环的特点是耐热、耐辐射和突出的高温芳杂环的特点是耐热、耐辐射和突出的高温综合机械性能，目前进入商业化生产的有聚综合机械性能，目前进入商业化生产的有聚酰亚胺、聚海因、聚仲斑酸等，耐热性最高酰亚胺、聚海因、聚仲斑酸等，耐热性最高达达350 ，而正在研究中的聚苯并咪唑、聚，而正在研究中

24、的聚苯并咪唑、聚喹噁啉、聚噁二唑等，耐热性可望达到喹噁啉、聚噁二唑等，耐热性可望达到500 ，目前仅限于宇航方面的应用。，目前仅限于宇航方面的应用。2022年4月19日12时10分聚酰亚胺（聚酰亚胺（polyimide）：薄膜、涂料、塑料、）：薄膜、涂料、塑料、复合材料、胶黏剂、泡沫塑料、纤维、分离膜、复合材料、胶黏剂、泡沫塑料、纤维、分离膜、液晶取向剂、光刻胶等；液晶取向剂、光刻胶等；聚海因（聚海因（Poly Hydantoin） 聚乙内酰脲聚乙内酰脲（Polyhydantoinealanine）：绝缘漆、薄膜）：绝缘漆、薄膜聚苯并咪唑（聚苯并咪唑（Polybenzimidazole）：高温

25、结）：高温结构胶黏剂、耐热薄膜、隔膜、增强塑料、泡沫构胶黏剂、耐热薄膜、隔膜、增强塑料、泡沫材料材料2022年4月19日12时10分锦纶（聚酰胺）、腈纶（聚丙烯腈）、涤纶锦纶（聚酰胺）、腈纶（聚丙烯腈）、涤纶（聚酯）、维纶（聚乙烯醇）、丙纶（聚丙烯）（聚酯）、维纶（聚乙烯醇）、丙纶（聚丙烯）和氯纶（聚氯乙烯）等六种，其中前三种产量和氯纶（聚氯乙烯）等六种，其中前三种产量最大，占整个合成纤维产量的最大，占整个合成纤维产量的90。它们都。它们都具有强度高、耐磨、比重小、弹性大、防蛀、具有强度高、耐磨、比重小、弹性大、防蛀、防霉等优点。防霉等优点。2022年4月19日12时10分锦纶是最早出现的合成

26、纤维，尼龙锦纶是最早出现的合成纤维，尼龙66和尼龙和尼龙6先后于先后于1939年和年和1943年开始工业化生产。特年开始工业化生产。特点是比重小、强度高，具有突出的耐磨性，大点是比重小、强度高，具有突出的耐磨性，大多用于制造丝袜、衬衣、渔网、缆绳、降落伞、多用于制造丝袜、衬衣、渔网、缆绳、降落伞、宇航服，轮胎帘布等。宇航服，轮胎帘布等。2022年4月19日12时10分腈纶又称人造羊毛，比重低于羊毛，强度是羊腈纶又称人造羊毛，比重低于羊毛，强度是羊毛的三倍，手感柔软膨松，耐洗耐晒，可以纯毛的三倍，手感柔软膨松，耐洗耐晒，可以纯纺或同羊毛混纺，制作衣料、毛毯和工业毛毯。纺或同羊毛混纺，制作衣料、毛

27、毯和工业毛毯。腈纶毛线是市场上最畅销的产品之一。近年来，腈纶毛线是市场上最畅销的产品之一。近年来，复合材料需用的碳纤维数量日增，常常采用腈复合材料需用的碳纤维数量日增，常常采用腈纶纤维作为原丝。纶纤维作为原丝。2022年4月19日12时10分涤纶俗称涤纶俗称“的确良的确良”，它兼有锦纶和腈纶的特，它兼有锦纶和腈纶的特点，强度高、耐磨，混纺后的棉涤纶和毛涤纶点，强度高、耐磨，混纺后的棉涤纶和毛涤纶成为最常用的衣着用料。在工业上，涤纶还可成为最常用的衣着用料。在工业上，涤纶还可制作轮胎帘布、固定带及运输带等。涤纶纤维制作轮胎帘布、固定带及运输带等。涤纶纤维出世较晚，但出世较晚，但70年代产量已超过

28、锦纶而居合年代产量已超过锦纶而居合成纤维首位。成纤维首位。2022年4月19日12时10分芳纶坚韧耐磨，刚柔兼备，现在又发展成最有芳纶坚韧耐磨，刚柔兼备，现在又发展成最有希望的防弹材料。过去的防弹材料主要是防弹希望的防弹材料。过去的防弹材料主要是防弹铝板和钢板，都比较笨重，使用起来不灵活。铝板和钢板，都比较笨重，使用起来不灵活。现在用芳纶编织的防弹背心重量轻、结构紧凑、现在用芳纶编织的防弹背心重量轻、结构紧凑、层数多、防护力强，适合于警察和公安人员日层数多、防护力强，适合于警察和公安人员日常穿用。士兵在战场上感到威胁最大的是弹片常穿用。士兵在战场上感到威胁最大的是弹片和散弹，穿上一种内衬陶瓷板

29、的芳纶避弹衣，和散弹，穿上一种内衬陶瓷板的芳纶避弹衣，就可以保证肺、胸、脊骨等重要部位的安全。就可以保证肺、胸、脊骨等重要部位的安全。2022年4月19日12时10分2022年4月19日12时10分有机单体有机单体聚合反应聚合反应合成树脂合成树脂塑料塑料成型加工成型加工塑制品塑制品添加剂添加剂2022年4月19日12时10分一个完整的聚合物工业体系是由一个完整的聚合物工业体系是由材料合成制造材料合成制造和和制制品成型生产品成型生产两大系统组成，两大系统相互依存，制两大系统组成，两大系统相互依存，制品成型生产系统的地位决定了聚合物成型加工是一品成型生产系统的地位决定了聚合物成型加工是一门产品生产

30、的技术科学。门产品生产的技术科学。材料合成制造企业一般都是一些大型石化企业，投材料合成制造企业一般都是一些大型石化企业，投资巨大，数量较小；资巨大，数量较小；制品成型生产企业，投资较小，企业数量巨大。制品成型生产企业，投资较小，企业数量巨大。2022年4月19日12时10分任何一种材料的使用价值，不仅与其固有的性能有任何一种材料的使用价值，不仅与其固有的性能有关，而且很大程度上依赖这种材料可采用的成型加关，而且很大程度上依赖这种材料可采用的成型加工技术，因为如果一种材料不能用保质、高效、经工技术，因为如果一种材料不能用保质、高效、经济地成型加工制造成产品，那么其使用性能多么优济地成型加工制造成

31、产品，那么其使用性能多么优异，对使用者来说都是毫无价值的。异，对使用者来说都是毫无价值的。例例1：1953年，杜邦公司合成的均苯型聚酰亚胺，年，杜邦公司合成的均苯型聚酰亚胺，这种塑料耐高温、抗辐射、耐磨等多方面优异性能，这种塑料耐高温、抗辐射、耐磨等多方面优异性能，但由于其不熔不溶，难以用传统方法加工，长期未但由于其不熔不溶，难以用传统方法加工，长期未获推广应用。获推广应用。例例2 ：聚氯乙烯刚合成出来时，由于其流动温度与：聚氯乙烯刚合成出来时，由于其流动温度与分解温度相近，很难成型加工，直到分解温度相近，很难成型加工，直到PVC热稳定剂热稳定剂研制成功，才使研制成功，才使PVC广泛应用。广泛

32、应用。2022年4月19日12时10分生产一个制品的程序为：生产一个制品的程序为：:根据制品使用条件及用途，确定所用塑料材料品根据制品使用条件及用途，确定所用塑料材料品种及型号。种及型号。:根据材料加工性能、制品要求及成型特点确定成根据材料加工性能、制品要求及成型特点确定成型方法。型方法。:选择成型设备，加工成型模具。选择成型设备，加工成型模具。:实际加工调试，确定加工成型参数。实际加工调试，确定加工成型参数。:大批量生产。大批量生产。2022年4月19日12时10分纤维加工纤维加工挤出成型挤出成型塑料加工塑料加工橡胶加工橡胶加工挤出成型挤出成型注射成型注射成型压制成型压制成型压延成型压延成型

33、中空成型中空成型压制压制挤出挤出搪塑成型搪塑成型搪塑成型搪塑成型注射成型注射成型2022年4月19日12时10分精度批量投入成本制品成本成型方法高大多低注射高小小高、中压制低大中等高、中挤出低小小高压延2022年4月19日12时10分（1） 挤出成型:适用材料：热塑性塑料、橡胶:制品：具有一定截面形状的连续制品，管、棒、丝、板、薄膜:生产设备：挤出机、机头、辅机2022年4月19日12时10分（2） 注射成型:适用材料：热塑性塑料、热固性塑料、橡胶:制品：各种形状制品:生产设备：注射机、模具2022年4月19日12时10分（3） 中空吹塑成型:适用材料：热塑性塑料:制品：瓶、桶、球、水壶:生产

34、设备：挤出机或注射机、吹塑机2022年4月19日12时10分（4） 压延成型:适用材料：热塑性塑料、橡胶:制品：薄膜、片材、人造革:生产设备：压延机2022年4月19日12时10分（5） 涂覆成型:适用材料：热塑性塑料、热固性塑料、橡胶:制品：人造革、复合薄膜、薄膜、壁纸:生产设备：涂覆机2022年4月19日12时10分（6） 模压成型:适用材料：热塑性塑料、热固性塑料、橡胶:制品：各种形状制品:生产设备：油压机、模具2022年4月19日12时10分（7） 发泡成型:适用材料：热塑性塑料、热固性塑料、橡胶:制品：发泡制品:设备：挤出机、注射机、油压机等2022年4月19日12时10分（8） 热

35、成型:适用材料：热塑性片材、板材:制品：简易包装盒、杯、一次性餐具、化工设备、管道:设备：热成型机2022年4月19日12时10分（9） 流涎成型:适用材料：高分子溶液:制品：薄膜:流涎机2022年4月19日12时10分（10） 滚塑成型:适用材料：热塑性塑料粉末:制品：大型容器、中空制品（50000L容器、全塑船）:设备：滚塑机, 模具2022年4月19日12时10分（11） 搪塑成型:适用材料：热塑性塑料糊:制品：中空软制品、玩具2022年4月19日12时10分（12） 浇铸成型:适用材料：热塑性塑料、热固性塑料:制品：各种形状制品2022年4月19日12时10分（13） 浸渍成型:适用材

36、料：高分子溶液、乳液:制品：医用手套、复合手套2022年4月19日12时10分 将高聚物转变成为塑料制品也就是增添其使将高聚物转变成为塑料制品也就是增添其使用价值，在转变过程中，通常会发生化学变用价值，在转变过程中，通常会发生化学变化、物理变化、流动变形，因此围绕这些内化、物理变化、流动变形，因此围绕这些内容，要求学者已具有高化、高物、力学和数容，要求学者已具有高化、高物、力学和数学的基本知识。学的基本知识。 2022年4月19日12时10分 本课程主要讲两大部分：第一部分是基本理本课程主要讲两大部分：第一部分是基本理论，主要介绍：材料的加工性质；材料论，主要介绍：材料的加工性质；材料的流变性

37、质；熔体在管和狭缝中的流动等。的流变性质；熔体在管和狭缝中的流动等。第二部分基本工艺：物料的配制；塑料第二部分基本工艺：物料的配制；塑料一次成型；塑料的二次成型；橡胶成型一次成型；塑料的二次成型；橡胶成型纤维成型。纤维成型。 2022年4月19日12时10分1、聚合物的基本概念和主要品种、聚合物的基本概念和主要品种（1）了解聚合物的基本概念；）了解聚合物的基本概念；（2）熟悉各类聚合物的基本概念和主要品种；）熟悉各类聚合物的基本概念和主要品种；2、聚合物在国民经济中的重要地位与作用、聚合物在国民经济中的重要地位与作用（1）了解材料的重要性；）了解材料的重要性；（2）了解聚合物的重要性；）了解聚

38、合物的重要性；3、聚合物成型加工的学科分类、聚合物成型加工的学科分类（1）掌握聚合物成型加工的基本概念；）掌握聚合物成型加工的基本概念；（2）掌握聚合物加工基础的主要内容；）掌握聚合物加工基础的主要内容；（3）掌握聚合物基本成型方法。）掌握聚合物基本成型方法。2022年4月19日12时10分1-1 聚合物的加工性聚合物的加工性1-2 聚合物在加工过程中的黏弹行为聚合物在加工过程中的黏弹行为1-3 加工过程聚合物结晶加工过程聚合物结晶1-4 加工过程中聚合物的取向加工过程中聚合物的取向2022年4月19日12时10分基本概念：基本概念：热塑性与热固性热塑性与热固性聚合物的三次结构聚合物的三次结构

39、结晶与非结晶结晶与非结晶聚合物的三态与三种运动单元聚合物的三态与三种运动单元三种变形特点与模型三种变形特点与模型2022年4月19日12时10分热塑性与热固性热塑性与热固性线性聚合物是热塑性聚合物，它们加热熔化，线性聚合物是热塑性聚合物，它们加热熔化，流动成型、冷却固化，其变化过程为物理变流动成型、冷却固化，其变化过程为物理变化、没有化学变化，因此可重复使用。化、没有化学变化，因此可重复使用。2022年4月19日12时10分热塑性与热固性热塑性与热固性体型聚合物是热固性聚合物，它们是加热熔体型聚合物是热固性聚合物，它们是加热熔化、流动成型、加高热交联固化，整个过程化、流动成型、加高热交联固化，

40、整个过程有物理变化，也有化学变化，因此不可重复有物理变化，也有化学变化，因此不可重复使用。使用。 2022年4月19日12时10分聚合物的三级结构聚合物的三级结构一级结构一级结构近程结构，代表主链和取代基的近程结构，代表主链和取代基的组成，结构单元的连接顺序。组成，结构单元的连接顺序。2022年4月19日12时10分聚合物的三次结构聚合物的三次结构二次结构二次结构远程结构、大分子链的大小，大远程结构、大分子链的大小，大分子链的形态。分子链的形态。2022年4月19日12时10分聚合物的三次结构聚合物的三次结构三次结构三次结构是指大分子链在分子间力作用下，是指大分子链在分子间力作用下，相互聚集在

41、一起所形成的组织结构，是有序、相互聚集在一起所形成的组织结构，是有序、无序。无序。2022年4月19日12时10分结晶与非结晶结晶与非结晶一次和二次结构规则有序并且简单以及分子一次和二次结构规则有序并且简单以及分子间作用力强的大分子，三次结构排列整齐，间作用力强的大分子，三次结构排列整齐，易形成晶体结构称为结晶聚合物，例如易形成晶体结构称为结晶聚合物，例如PE。一、二次结构复杂、三次结构排列无规律，一、二次结构复杂、三次结构排列无规律，易形成无定形结构称为非结晶聚合物，例如易形成无定形结构称为非结晶聚合物，例如PVC。 2022年4月19日12时10分聚合物的三态与运动单元聚合物的三态与运动单

42、元玻璃态玻璃态:在此状态下，高聚物呈较刚硬的固体，在外力作在此状态下，高聚物呈较刚硬的固体，在外力作用下，形变量很小，而且形变为普弹形变，因为用下，形变量很小，而且形变为普弹形变，因为在此状态的变形只限于材料内部分子键角、键长在此状态的变形只限于材料内部分子键角、键长的变化。的变化。2022年4月19日12时10分聚合物的三态与运动单元聚合物的三态与运动单元玻璃态玻璃态:在此状态的塑料成型，一般只能采用一些机械加在此状态的塑料成型，一般只能采用一些机械加工的方法，如车、铣、刨等，但机械加工精度很工的方法，如车、铣、刨等，但机械加工精度很差。差。2022年4月19日12时10分聚合物的三态与运动

43、单元聚合物的三态与运动单元橡胶态橡胶态:在此状态的高聚物为柔软而具有弹性的固体，在在此状态的高聚物为柔软而具有弹性的固体，在此状态高聚物的形变可达原长的此状态高聚物的形变可达原长的510倍，这是因倍，这是因为在此状态下高分子的链段可以发生运动，从比为在此状态下高分子的链段可以发生运动，从比较卷曲的形态转化为伸展的形态，但分子与分子较卷曲的形态转化为伸展的形态，但分子与分子结构上总的排列依然不变。结构上总的排列依然不变。2022年4月19日12时10分聚合物的三态与运动单元聚合物的三态与运动单元橡胶态橡胶态:若要将高弹态的塑料加工成制品，可采用热压、若要将高弹态的塑料加工成制品，可采用热压、热弯

44、、热拉伸和真空吸塑、气压成型等加工方法，热弯、热拉伸和真空吸塑、气压成型等加工方法，一些化工企业用的塑料管道、塔器、贮罐的外壳一些化工企业用的塑料管道、塔器、贮罐的外壳一般均采用加热至高弹态的成型方法，冰箱内胆、一般均采用加热至高弹态的成型方法，冰箱内胆、塑料天花板、包装盒（快餐盒、食品盒）也是采塑料天花板、包装盒（快餐盒、食品盒）也是采用这种方法。用这种方法。2022年4月19日12时10分聚合物的三态与运动单元聚合物的三态与运动单元黏流态黏流态:聚合物发生了相态变化，由固体变成液体，处于聚合物发生了相态变化，由固体变成液体，处于黏流态的高聚物在外力作用下，发生的形变为不黏流态的高聚物在外力

45、作用下，发生的形变为不可恢复的永久形变，而且形变大小随时间的变化可恢复的永久形变，而且形变大小随时间的变化而增大。而增大。2022年4月19日12时10分聚合物的三态与运动单元聚合物的三态与运动单元黏流态黏流态:黏流态时，施加一个很小的外力，只要有足够长黏流态时，施加一个很小的外力，只要有足够长的时间就可以达到任意大的形变，主要因为在此的时间就可以达到任意大的形变，主要因为在此状态下，外力作用时，材料的分子间可以发生相状态下，外力作用时，材料的分子间可以发生相对运动，同时同一分子链又有分子链段的运动，对运动，同时同一分子链又有分子链段的运动，分子之间的相对位移是一种永久性的形变，即黏分子之间的

46、相对位移是一种永久性的形变，即黏性形变。而分子链的构象的变化为可逆形变，即性形变。而分子链的构象的变化为可逆形变，即弹性形变。因此，高聚物的运动是一种既有黏性弹性形变。因此，高聚物的运动是一种既有黏性形变，又有弹性形变的黏弹性运动。形变，又有弹性形变的黏弹性运动。2022年4月19日12时10分聚合物的三态与运动单元聚合物的三态与运动单元黏流态黏流态:在此状态，可采用注射成型、挤出成型、压延成在此状态，可采用注射成型、挤出成型、压延成型、吹塑成型、压制成型等加工方法，绝大多数型、吹塑成型、压制成型等加工方法，绝大多数的塑料制品都是在黏流态流动成型的，所以，这的塑料制品都是在黏流态流动成型的，所

47、以，这也是我们在流变学中主要研究的。也是我们在流变学中主要研究的。2022年4月19日12时10分三种变形特点与模型三种变形特点与模型普弹形变普弹形变高弹形变高弹形变塑性形变塑性形变 EFAFAFA( )ef ttc2022年4月19日12时10分形变与成型加工方式的关系形变与成型加工方式的关系 薄膜和纤维冷拉伸薄膜和纤维冷拉伸TgTfTdE薄膜和纤维热拉伸薄膜和纤维热拉伸真空和压力成型真空和压力成型中空成型中空成型压力成型压力成型挤出成型挤出成型薄膜吹塑薄膜吹塑注射成型注射成型熔融纺丝熔融纺丝2022年4月19日12时10分外力、内力和应力外力、内力和应力:外界作用在材料边界上的力称为表面力

48、，又称外界作用在材料边界上的力称为表面力，又称为外力。接触力是物体内的一部分通过假想的为外力。接触力是物体内的一部分通过假想的分隔面作用在相邻部分上的力，也即外力向物分隔面作用在相邻部分上的力，也即外力向物体内传递，又称为内力。材料单位面积受到的体内传递，又称为内力。材料单位面积受到的表面力作用称为应力。表面力作用称为应力。 2022年4月19日12时10分一、可挤压性一、可挤压性:定义：定义：extrudability指聚合物熔体通过挤压作指聚合物熔体通过挤压作用形变时，获得形状和保持形状的能力。用形变时，获得形状和保持形状的能力。:可挤压性的评定可挤压性的评定用熔融指数仪（用熔融指数仪（M

49、elt Flow Indexer，简称，简称MI仪）测定，十分方便仪）测定，十分方便 :MI定义：测定给定定义：测定给定P、T、聚合物的流动度，用、聚合物的流动度，用定温下十分钟内聚合物从出料孔挤出的重量来表定温下十分钟内聚合物从出料孔挤出的重量来表示。示。 2022年4月19日12时10分一、可挤压性一、可挤压性成型方法成型方法产品产品MI(g10 min-1)挤出挤出管管TgTTg2022年4月19日12时10分三、三、 可延性可延性:可延性的测量可延性的测量 :可延性的测定常在小型牵引试验机和拉伸仪中进可延性的测定常在小型牵引试验机和拉伸仪中进行，通过行，通过 来评价聚合物可延性。来评价

50、聚合物可延性。000L + LL=LL自然拉伸比2022年4月19日12时10分四、可纺性四、可纺性:定义：指聚合物通过挤压加工，形成连续的固态定义：指聚合物通过挤压加工，形成连续的固态纤维的能力。纤维的能力。:影响可纺性主要因素影响可纺性主要因素:成纤聚合物的分子量和分子量分布成纤聚合物的分子量和分子量分布;:熔体或原液的黏度熔体或原液的黏度;:喷丝板的结构形状和孔径尺寸喷丝板的结构形状和孔径尺寸;:拉伸比拉伸比(卷绕速度和吐出速度之比卷绕速度和吐出速度之比);:丝流与凝固介质丝流与凝固介质(湿纺湿纺)或冷却介质或冷却介质(熔纺熔纺)间的传质和传热间的传质和传热速率等。速率等。2022年4月

51、19日12时10分四、可纺性四、可纺性:评价指标评价指标:通常熔体细流的稳定性可表示为：通常熔体细流的稳定性可表示为：max036LvdL熔体细流最大稳定性长度表面张力d喷丝板孔直径v聚合物溶液的流动速度0聚合物溶液的黏度(稳态流动黏度)2022年4月19日12时10分四、可纺性四、可纺性:评价指标评价指标:通常聚合物的可纺性用最大拉伸比通常聚合物的可纺性用最大拉伸比 来表示，最大来表示，最大拉伸比指拉断丝条时的拉伸比。聚合物的表观拉拉伸比指拉断丝条时的拉伸比。聚合物的表观拉伸黏度越小，最大拉伸比值越大，其可纺性越好。伸黏度越小，最大拉伸比值越大，其可纺性越好。21/0max00(/)/8/n

52、LvvrLrv/E（松弛时间）表面张力r喷丝板孔半径L喷丝板孔道长度0聚合物溶液的黏度(稳态流动黏度)2022年4月19日12时10分基本概念：基本概念：黏弹性黏弹性 聚合物在加工过程中通常从固体变为液体（熔融和流动），聚合物在加工过程中通常从固体变为液体（熔融和流动），再从液体变为固体（冷却定型），所以在加工过程中聚合物再从液体变为固体（冷却定型），所以在加工过程中聚合物处于不同加工状态时下会分别表现出固体和液体的性质，即处于不同加工状态时下会分别表现出固体和液体的性质，即表现弹性和黏性。但由于聚合物大分子的长链结构和大分子表现弹性和黏性。但由于聚合物大分子的长链结构和大分子的逐步运动性质，

53、聚合物的形变和流动不可能是纯弹性的或的逐步运动性质，聚合物的形变和流动不可能是纯弹性的或纯黏性的而是弹性和黏性的综合，既黏弹性的熔体中有弹性纯黏性的而是弹性和黏性的综合，既黏弹性的熔体中有弹性行为。即聚合物熔体在受力形变后会存在一定的回复性，而行为。即聚合物熔体在受力形变后会存在一定的回复性，而不是单纯不可回复的黏性形变。不是单纯不可回复的黏性形变。2022年4月19日12时10分基本概念：基本概念：黏弹性黏弹性 2022年4月19日12时10分基本概念：基本概念：虎克定律和牛顿定律虎克定律和牛顿定律18世纪虎克和牛顿把世界的材料看得十分出奇简单，虎克认为世纪虎克和牛顿把世界的材料看得十分出奇

54、简单，虎克认为凡是固体都有弹性，服从虎克定律凡是固体都有弹性，服从虎克定律牛顿认为凡是液体都服从牛顿定律牛顿认为凡是液体都服从牛顿定律=E=E与时间无关与时间无关 ddudttdy =t与时间有关与时间有关 2022年4月19日12时10分基本概念：基本概念：模型元件模型元件虎克定律用弹簧元件模拟虎克定律用弹簧元件模拟=Et2022年4月19日12时10分基本概念：基本概念：模型元件模型元件牛顿定律用黏壶模拟牛顿定律用黏壶模拟t=t+C2022年4月19日12时10分基本概念：基本概念：模型元件模型元件开尔芬定律黏弹性暂时由弹开尔芬定律黏弹性暂时由弹簧与黏壶并联模拟簧与黏壶并联模拟0=1Ete

55、Et2022年4月19日12时10分E1普弹形变模量普弹形变模量E2高弹形变模量高弹形变模量2高弹形变黏度高弹形变黏度3黏性形变黏度黏性形变黏度加工过程中线型聚合物的总形变为加工过程中线型聚合物的总形变为22000EHV123=+1tEteEE 2022年4月19日12时10分聚合物的黏弹性形变与加工条件的关系2022年4月19日12时10分 在受外力时，试样立刻变形产生拉伸形变在受外力时，试样立刻变形产生拉伸形变 ，并且，并且比较小，外力去除后拉伸形变比较小，外力去除后拉伸形变 立刻恢复，外力使大立刻恢复，外力使大分子键长和键角发生形变所引起的。分子键长和键角发生形变所引起的。 高弹形变是外

56、力较长时间作用于聚合物，由于无高弹形变是外力较长时间作用于聚合物，由于无规热运动的大分子链段形变和位移所贡献，形变值规热运动的大分子链段形变和位移所贡献，形变值大具有可逆性，使聚合物表现出特有的高弹性。大具有可逆性，使聚合物表现出特有的高弹性。 黏性形变是聚合物在外力作用下沿力作用方向发黏性形变是聚合物在外力作用下沿力作用方向发生的大分子链之间的解缠结和相对滑移，表现宏观生的大分子链之间的解缠结和相对滑移，表现宏观流动，形变值大，具有不可逆性。流动，形变值大，具有不可逆性。以单轴拉伸为例以单轴拉伸为例2022年4月19日12时10分聚合物三种运动、形变和模型聚合物三种运动、形变和模型主要运动单

57、元主要运动单元化学键运动化学键运动链的运动链的运动大分子运动大分子运动聚集状态聚集状态玻璃态玻璃态高弹态高弹态黏流态黏流态外观外观固体固体弹性体弹性体液体液体形变特点形变特点1形变与应力同步形变与应力同步形变滞后应力形变滞后应力 形变滞后应力形变滞后应力2形变可恢复形变可恢复形变可逐渐恢形变可逐渐恢复复形变不可恢复形变不可恢复3形变率小形变率小形变率大形变率大形变率最大形变率最大形变性质形变性质普弹形变普弹形变黏弹形变黏弹形变塑性形变塑性形变模型元件模型元件弹簧弹簧弹簧加黏壶弹簧加黏壶黏壶黏壶引出模型引出模型虎克虎克开尔文开尔文牛顿牛顿2022年4月19日12时10分在一般条件下，在一般条件下

58、，E很小，聚合物形变主要由很小，聚合物形变主要由H和和V组成，组成，即有可逆形变和不可逆形变二种，只是由于加工条件不同即有可逆形变和不可逆形变二种，只是由于加工条件不同而存在而存在2种成份的相对差异。种成份的相对差异。当加工温度当加工温度T升高，上式升高，上式2和和3都降低导致都降低导致H和和V提高，但提高，但H随随T升高成比例增大，而升高成比例增大，而V随随T的升高以指数形式增大，的升高以指数形式增大，当加工温度高于黏流温度以致聚合物处于黏流态时聚合物当加工温度高于黏流温度以致聚合物处于黏流态时聚合物的形变发展以的形变发展以V为主，这时聚合物的黏度下降流动性大，为主，这时聚合物的黏度下降流动

59、性大，易于成型，同时由于黏性形变的不可逆性，提高了制品在易于成型，同时由于黏性形变的不可逆性，提高了制品在长期使用过程中的形状与尺寸稳定性，所以很多加工都是长期使用过程中的形状与尺寸稳定性，所以很多加工都是在黏流态下实现的，例如注射、挤出熔融纺丝。在黏流态下实现的，例如注射、挤出熔融纺丝。2022年4月19日12时10分 但黏流态聚合物的形变并不是纯黏性，也表现出但黏流态聚合物的形变并不是纯黏性，也表现出一定的弹性。例如流动中大分子因伸展而储藏了弹一定的弹性。例如流动中大分子因伸展而储藏了弹性能，当引起外力流动的外力消除后，伸展的大分性能，当引起外力流动的外力消除后，伸展的大分子恢复的卷曲过程

60、就产生高弹形变，它会使熔体产子恢复的卷曲过程就产生高弹形变，它会使熔体产生膨胀现象，这种弹性能如果储存在制品中，还会生膨胀现象，这种弹性能如果储存在制品中，还会引起制品的形状或尺寸的改变，有时还使制品出现引起制品的形状或尺寸的改变，有时还使制品出现内应力。内应力。2022年4月19日12时10分当加工温度低于黏流温度，温度降低导致聚合物形当加工温度低于黏流温度，温度降低导致聚合物形变组成中的弹性成分增加黏性成分下降，一些不希变组成中的弹性成分增加黏性成分下降，一些不希望材料有很大流动的成型加工在此温度下成型，因望材料有很大流动的成型加工在此温度下成型，因为松弛过程是由链段决定：为松弛过程是由链