高分子材料制备和加工工艺课件

1、第8章 高分子材料制备和加工工艺8.1 高分子材料简介8.2 聚合物的制备8.3 高分子材料成型与加工 重庆理工大学 材料科学与工程学院来 源天然高分子材料：自然界天然存在的高分子。纤维素、淀粉、蛋白质、木、竹、蚕丝、羊毛、油脂、天然橡胶等。 半天然高分子材料：经化学改性后的天然高分子。天然橡胶的硫化, 硝化纤维的合成等。合成高分子材料：由单体聚合人工合成的高分子。塑料、合成橡胶、合成纤维、胶粘剂和涂料等。 高分子材料是以高聚物（高分子化合物）为主加入多种添加剂形成的材料。8.1 高分子材料简介 录像 8.1.1 高分子材料的基本概念1、高分子化合物：也叫聚合物，是由许多个聚合物分子（高分子化

2、合物分子）组成的物质。其相对分子量很大，分子量大多在104106之间，其结构是由多个重复单元所组成。常用的聚合物的分子量（万）8.1 高分子材料简介塑料 分子量 纤维 分子量 橡胶 分子量聚乙烯 630 涤纶 1.82.3 天然橡胶 2040聚氯乙烯 515 尼龙-66 1.21.8 丁苯橡胶 1520聚苯乙烯 1030 维呢纶 67.5 顺丁烯胶 2530基本概念单体：组成高分子化合物的低分子化合物称作单体，即高分子化合物是由单体合成的，单体是高分子化合物的合成原料。 CH2=CHCl链节：高分子化合物是由成千上万个结构相同的基本单元通过共价键重复连接而成的长链大分子化合物，组成大分子链的这

3、种结构单元称作链节 CH2CHCl聚合度：单个聚合物分子所含单体单元的数目。 n2、高分子化合物的合成 高分子化合物的合成就是将单体通过聚合反应聚合起来形成化合物的过程。因此，高分子化合物也称为聚合物或高聚物。8.1 高分子材料简介基本概念聚合n材料名称 原料（单体） 重复结构单元（链节） 聚乙烯 乙烯 聚苯乙烯 苯乙烯 聚四氟乙烯 四氟乙烯 顺丁橡胶 丁二烯 腈纶 （聚丙烯腈） 丙烯腈 涤纶 （聚对苯二甲酸乙二醇酯） 对苯二甲酸 乙二醇 一些高分子化合物的单体和链节8.1 高分子材料简介基本概念3、高分子化合物的化学组成：高分子化合物的相对分子量虽然很大，但其化学组成一般比较简单，通常由C、

4、H、O、S、N、Cl、Si等元素构成。高分子材料不是由单一分子量的化合物所组成。即使是一种“纯粹”的高分子，也是由化学组成相同、分子量不等、结构不同的同系聚合物的混合物所组成。 重量分率平均分子量高聚物的分子量分布曲线 可用分布曲线或分部函数表示。 可通过曲线形状，直观判断分子量分布的宽窄 这种高分子材料的分子量不均一(即分子量大小不一、参差不齐）的特性，就称为分子量的多分散性。塑 料纤 维橡 胶涂 料胶粘剂功能高分子以聚合物为基础，加入（或不加）各种助剂和填料，经加工形成的塑性材料或刚性材料。具有可逆形变的高弹性材料。纤细而柔软的丝状物，长度至少为直径的100倍。涂布于物体表面能成坚韧的薄膜

5、、起装饰和保护作用的聚合物材料能通过粘合的方法将两种以上的物体连接在一起的聚合物材料具有特殊功能与用途但用量不大的精细高分子材料按性质和用途分：8.1 高分子材料简介高分子材料类别二、高分子材料的类别 塑料是以高聚物为主要成分，适当加入添加剂，可在一定的温度和压力下成形加工的一类高分子材料。（一）塑料的组成1、高聚物 塑料的主要组分。约占塑料的40%100%，决定了塑料的类型（热塑性或热固性）和基本性能，因此塑料的名称也多用其原料的名称来命名。如聚氯乙烯塑料、酚醛塑料等。、添加剂 为改善塑料工艺性或提高塑料使用性能而添加的。 填料 改善塑料的性能或降低成本等。 增塑剂 改进塑料的可塑性、流动性

6、和柔软性，改善制件的脆性与硬度。 稳定剂 提高塑料在加工和使用中对热、光、氧的稳定性。 润滑剂 提高塑料在加工成形中的流动性和脱模性。 固化剂 又称为交联剂、硬化剂。通过交联使树脂由线性结构转变为不溶不熔 的体型结构。 着色剂 赋予塑料制品的各种色泽。 除上述添加剂外，还有发泡剂、稀释剂等，并非各种塑料都要加入上述添加剂，而是根据塑料品种和使用要求加入所需的添加剂。 8.1 高分子材料简介塑料（二）塑料的分类1、按塑料受热时的行为分1）热塑性塑料特点：分子结构为线型或支链型。受热时软化或熔融，冷却时又会变硬，再加热时又会变软，因此可以反复加工。优点：加工成形简便，具有较高的力学性能， 废品回收

7、后可再利用。缺点：耐热性和刚性较差。常见的热塑性塑料：聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯、聚苯乙烯、ABS、聚酰胺(尼龙)、聚碳酸酯、聚甲醛、氟塑料、聚砜、聚芳酯、纤维素塑料等。2）热固性塑料特点：是开始受热时软化或熔融，可塑制成形；经过 一定时间的加热或加入固化剂后，分子结构由线型变为体型，固化成形。固化后的塑料质地坚硬、性质稳定，不溶不熔。因而热固性塑料只可一次成形，废品不可回收利用。优点：耐热性好，抗压性好，缺点：性能较脆，韧性差，常常需加入填料增强。热固性塑料主要有：酚醛树脂、环氧树脂、氨基树脂、不饱和聚酯等。8.1 高分子材料简介塑料8.1 高分子材料简介塑料2、按塑料的功能和用途分 1）通用

8、塑料：产量大、用途广、价格低。其产量占塑料总产量的75以上，构成塑料工业的主体，是一般工农业生产和日常生活不可缺少的廉价材料。主要品种：聚乙烯、聚氯乙烯、聚苯乙烯、聚丙烯、酚醛塑料(电木)和氨基塑料(电玉)等六大品种。 2）工程塑料：能在较宽温度范围和较长使用时间内，保持优良性能，并能承受机械应力作为结构材料使用的一类塑料。优点：耐热性高、低温性能好、耐腐蚀，自润滑性和尺寸稳定性良好，有较高的强度和刚度，因而在一些场合可代替金属材料作某些机械构件，或作其它特殊用途。通用工程塑料：长期使用温度在100150的塑料，如五大工程塑料聚酰胺（尼龙）、聚碳酸酯、聚甲醛、聚苯醚、热塑性聚酯等；特种工程塑料

9、：长期使用温度在150以上的。主要有聚苯硫醚、聚酰亚胺类、聚醚类、聚醚酮类、聚芳酯、氟塑料等。3）特种塑料：指具有特殊性能和特殊用途的塑料。产量少、价格较高。 如：导电塑料、导磁塑料、导热塑料、感光性塑料、医用高分子等。 （一） 橡胶制品的组成 橡胶材料都是多组分体系，主要原材料有： 生胶和再生胶 生胶包括未加配合剂的天然橡胶和合成橡胶。再生胶是废硫化橡胶经化学、热及机械加工处理后所制得的，具有一定可塑性，可重新硫化的橡胶材料。再生胶可部分代替生胶使用，以节省生胶、降低成本。 配合剂 橡胶中常用的配合剂包括硫化剂（如硫磺）、硫化促进剂、防老剂、补强剂（如炭黑、白炭黑），以及软化剂、着色剂、溶剂

10、、发泡剂、隔离剂等，品种很多，可根据橡胶制品的特殊要求进行选用 纤维和金属材料 橡胶的弹性大，强度低，因此很多橡胶制品必须用纤维材料或金属材料作骨架材料，以增大制品的机械强度，减小变形。 橡胶：具有高弹性，也称为弹性体。是一类在宽阔温度范围内表现良好高弹性行为的高分子材料的总称。8.1 高分子材料简介橡胶（二）橡胶制品的分类8.1 高分子材料简介橡胶来源天然橡胶合成橡胶从自然界含胶植物中提取的一种高弹性物质。主要化学成分是聚戊二烯。 热塑弹体硫化橡胶（热固性）由线性高分子组成，加热能流动，可反复加工成形。如聚氨酯热塑弹体、SBS热塑弹体。具有交联结构，加热不再呈流动态。热行为通用合成橡胶特种合

11、成橡胶性能与天然橡胶相同或相近、广泛用于制造轮胎、软管、密封件、传送带及其它大量橡胶制品，如丁苯橡胶、顺丁橡胶、氯丁橡胶、丁基橡胶等。具有耐寒、耐热、耐油、耐臭氧等特殊性能，用于制造特定条件下使用的橡胶制品，如实心车胎、轧辊、汽车缓冲器、密封材料等。如丁腈橡胶、硅橡胶、氟橡胶、聚氨酯橡胶等。性能和用途8.1 高分子材料简介橡胶（三）橡胶材料的特点 橡胶具有独特的高弹性，还具有良好的疲劳强度、电绝缘性、耐化学腐蚀性以及耐磨性等。 弹性模量小，一般在10102100102Pa，伸长变形可达1001000。 具有粘弹性，在外力作用下产生的形变等行为具有时间、温度依赖性，表现有明显的应力松弛和蠕变现象

12、。 必须加入配合剂才能使用。(四) 常见橡胶 天然橡胶：具有较高的弹性、较好的力学性能、良好的电绝缘性及耐碱性。主要用于制造轮胎、胶带、胶管等。 丁苯橡胶：由丁二烯和苯乙烯共聚而成的其耐磨性、耐热性、耐油、抗老化性均比天然橡胶好。缺点是生胶强度低、粘接性差、成型困难、硫化速度慢。 。顺丁橡胶：由丁二烯聚合而成。其弹性、耐磨性、耐热性、耐寒性均优于天然橡胶，是制造轮胎的优良材料。缺点是强度较低，加工性能差、抗撕性差。 乙丙橡胶：由乙烯和丙稀的共聚物。由于主链不含双链，分子链十分柔软。它具有优异的耐老化和耐高、低温特性。用于制作一般橡胶制品及内外轮胎等。8.1 高分子材料简介橡胶 丁腈橡胶由丁二烯

13、与丙烯睛聚合而成。其耐油性好，耐热、耐燃烧、耐磨、耐碱、耐有机溶剂。缺点是耐寒性差，其脆化温度为-10-20。 氯丁橡胶由氯丁二烯聚合而成。具有天然橡胶和一般通用橡胶所没有的优良性能。故有“万能橡胶”之称。缺点是耐寒性差，密度大，生胶稳定性差。用于制造矿井的运输管、胶管、电缆、高速带、垫圈等。氟橡胶以碳原子为主链，含有氟原子的聚合物。其化学稳定性高、耐蚀性能居各类橡胶之首，耐蚀性好，最高使用温度为300。主要用于国防和高技术中的密封件。硅橡胶由二甲基硅氧烷与其它有机硅单体共聚而成。具有高耐热性和耐寒性，抗老化能力强、绝缘性好。缺点是强度低、耐磨性、耐酸性差，价格较贵。SBS热塑弹体苯乙烯和丁二

14、烯的三嵌段共聚物。分子链的两端是柔性较小的聚苯乙烯段，中间是柔性很好的聚丁二烯。兼有硫化橡胶和热塑性橡胶的优点。强度高，弹性好，可反复回收利用。 8.1 高分子材料简介橡胶8.1 高分子材料简介纤维 类型：纤维可分为两大类：1、天然纤维：天然纤维是由纤维状的天然物质直接分离、精制而成，包括植物纤维(例如棉、麻等)、动物纤维(例如羊毛、蚕丝等)和矿物纤维(例如石棉等)。2、化学纤维：化学纤维是用天然或人工合成的聚合物为原料制成的纤维。根据原料的不同可分为 1）人造纤维 用天然聚合物为原料，经化学和机械加工制得的纤维。 2）合成纤维 用合成聚合物为原料制得的化学纤维。如：聚酯纤维、锦纶、聚丙烯脂、

15、聚酰胺纤维和聚丙烯腈纤维，它们主要用于纺织品和编织物等。 3）无机纤维 如玻璃纤维，也称“矿物纤维”，主要成分为无机物等。其中无机纤维根据原料来源不同又分为天然无机纤维和人造无机纤维。 特点：纤维具有韧性高和强度高的特点。 纤维：柔韧、纤细且均匀的线状、丝状物，具有相当的长度、强度的高聚物。1）涤纶 即聚酯纤维，又叫的确良，具有高强度、耐磨、耐腐蚀，易洗快干等优点，是很好的衣料纤维。2）尼龙 即聚酰胺，又称锦纶，其强度大、耐磨性好、弹性较好，主要缺点是耐光性差。3）腈纶 即聚丙烯腈，有人造羊毛之称。 4）维纶 性能与棉花相似，且强度高，缺点是弹性差，织物易皱。5）丙纶 即聚丙烯，以轻、牢、耐磨

16、著称，缺点是可染性较差，且晒易老化。6）氯纶 难燃、保暖、耐晒、耐磨、弹性好，但染色性差，热收缩大，限制了它的应用。 8.1 高分子材料简介纤维8.1 高分子材料简介胶粘剂1、胶粘剂的组成：主体材料是在胶粘剂中起粘合作用并赋予胶层一定的机械强度的物质，如各种树脂、橡胶等合成材料以及淀粉、蛋白质、磷酸盐、硅酸盐等天然物质；辅助构料是在胶粘剂中用以改善主体材料性能，或为便于施工而加入的物质。常用的有固化剂、增塑剂、填料和溶剂等。能把各种材料粘合在一起的物质称为胶粘剂，又称粘合剂。3、应用：胶粘剂在产品设备的连接、密封、修复等方面有突出的功能，如在结构粘合、耐高温和耐超低温密封、瞬间粘合、水下粘合、

17、推动新材料的开发等方面具有特殊的功效。2、胶粘剂具备的条件：流体浸滑、凝固、联结。被粘物 常用胶粘剂类型 被粘物 常用胶粘剂类型 金属木材 环氧胶、氯丁胶、聚醋酸乙烯酯胶 金属玻璃 环氧胶、丙烯酸酯胶 金属织物 氯丁胶 金属混凝土 环氧胶、聚酯胶、氯丁胶 金属纸张 聚醋酸乙烯酯胶 金属橡胶 氯丁胶、氰基丙烯酸酯胶 金属皮革 氯丁胶、聚氨酯胶 金属聚氯乙烯 聚氨酯胶、丙烯酸酯胶、氯丁胶 8.1 高分子材料简介涂料 涂料是应用于物体表面能结成坚韧保护膜的物质的总称。是保护和装饰物体表面的涂装材料，它能提高被涂物的使用寿命和使用效能。 作用： (1)防护作用。 (2)装饰作用。 (3)标志作用。 (

18、4)特种涂料的特殊作用。 涂料的主要成分有：树脂基料、颜料、溶剂，以及其他助剂如：增稠剂、催干剂、抗结皮剂、表面活性剂、杀菌剂、防霉剂等。其中树脂基料为成膜物。 依据成膜物分类，涂料可分为：(1)油性涂料；(2)天然树脂涂料；(3)沥青涂料；(4)醇酸树脂涂料；(5)酚醛树脂涂料：(6)氨基树脂涂料；(7)硝基涂料；(8)纤维素涂料；(9)过氯乙烯涂料；(10)乙烯树脂涂料；(11)丙烯酸树脂涂料；(12)聚酯树脂涂料；(13)环氧树脂涂料；(14)氨基甲酸酯涂料；(15)元素有机涂料；(16)橡胶涂料；(17)其他涂料。 聚合物是由许多单个的高分子链聚集而成，因而其结构有两方面的含义：（1）

19、单个高分子链的结构；（2）许多高分子链聚在一起表现出来的聚集态结构。可分为以下几个层次：一级结构近程结构结构单元的化学组成、连接顺序、立体构型，以及支化、交联等二级结构远程结构高分子链的形态（构象）以及高分子的大小（分子量）链结构聚集态结构三级结构晶态、非晶态、取向态、液晶态及织态等。聚合物的结构三、聚合物的结构8.1 高分子材料简介聚合物的结构线形高分子环状高分子支化高分子梳形高分子梯形高分子网状高分子星形高分子体型高分子1、 近程结构 又称为高聚物的一次结构，包括大分子链结构单元的化学组成、连接方式、空间构型、序列结构以及几何形状。8.1 高分子材料简介聚合物的结构2、 远程结构(二级结构

20、) 高分子链的运动是以链段为单元的，是蠕动。高分子大小和高分子由于单键旋转使分子中原子（基团）在空间出现不同排列方式而呈现多种构象，包括分子量和大分子形态（构象）。 高分子链在分子内旋转作用下可采取各种可能的形态，如取不同的构象，如伸直链、无规线团、折叠链、螺旋链等。 高分子链的构象8.1 高分子材料简介聚合物的结构3、 高分子的聚集态结构 高分子的聚集态结构也称三级结构，或超分子结构，它是指聚合物内分子链的排列与堆砌结构。 聚合物的聚集态结构主要包括晶态结构、非晶态结构、液晶态结构和取向态结构。8.1 高分子材料简介聚合物的结构1） 聚合物的晶态结构模型 聚合物晶态结构模型有两种：缨状胶束模

21、型：认为结晶聚合物中晶区与非晶区互相穿插，同时存在。在晶区分子链相互平行排列成规整的结构，而在非晶区分子链的堆砌完全无序。该模型也称两相结构模型。折叠链模型：聚合物晶体中，高分子链以折叠的形式堆砌起来的。 伸展的分子倾向于相互聚集在一起形成链束，分子链规整排列的有序链束构成聚合物结晶的基本单元。这些规整的有序链束表面能大自发地折叠成带状结构，进一步堆砌成晶片。 两相结构模型 折叠链模型 特点：聚合物中晶区与非晶区同时存在，同一条高分子链可以是一部分结晶，一部分不结晶；并且同一高分子链可以穿透不同的晶区和非晶区。8.1 高分子材料简介聚合物的结构2） 聚合物的非晶态结构 非晶态结构是一个比晶态更

22、为普遍存在的聚集形态，不仅有大量完全非晶态的聚合物，而且即使在晶态聚合物中也存在非晶区。 非晶态结构包括玻璃态、橡胶态、粘流态（或熔融态）及结晶聚合物中的非晶区。3） 聚合物的液晶态 液晶态是晶态向液态转化的中间态，既具有晶态的有序性（导致各向异性），又具有液态的连续性和流动性。8.1 高分子材料简介聚合物的结构8.2 聚合物的制备高分子材料原料聚合物合成单体农林副产品天然气煤化学石油化工合成纤维塑料成型加工聚合粘合剂涂料合成橡胶高分子材料制品加配合剂一、单体制备 录像 有机高分子化合物的绝大多数是碳氢化合物，制备它们所使用的原料，除了少数使用植物纤维素及天然橡胶外，主要是天然气和粗汽油，此外

23、，空气中的氮和海水中的氯等。制备单体涉及到的有机化学反应有取代、消去、环化等等。从反应过程考虑，要选择合适的温度、压力、反应物浓度、反应物的分离及催化剂等。聚合反应容器： 聚合塔、聚合釜、聚合管 高分子材料的生产，首先是制备单体，然后通过聚合反应实现分子量的增大。8.2 聚合物的制备单体制备二、聚合反应种类 根据单体与其生成的聚合物之间在分子组成与结构上的变化把聚合反应分为加聚反应和缩聚反应。（生成单一均聚物）加聚 录像 ：加聚反应是指聚合产物的重复结构单元的组成与单体相同的聚合反应，其聚合产物称加聚物；n O=C=N-R-N=C=O + n HO-R-OH聚氨基甲酸酯，简称聚氨酯特点：加聚反

24、应后的产物（加聚物），化学组成与原料单体相同，但共价键结构不同（前者单键，后者双键）。加聚物的相对分子质量是单体质量的整数倍。烯类聚合物或碳链聚合物大多是烯类单体通过加聚反应合成的。8.2 聚合物的制备聚合反应种类缩聚 录像 ：一种或多种单体相互混合而连接成聚合物，聚合产物的分子组成比单体分子少若干原子，即在聚合反应过程中伴随有水、氨、醇、卤化氢等小分子副产物生成（缩去） ，其聚合产物称缩聚物。例： 聚醚化反应：二元醇与二元醇反应n HO-R-OH + n HO-R-OHH-(OR-OR)n-OH + (2n-1) H2O特点：在生成聚合物分子的同时，伴随有小分子副产物的生成，如H2O, HC

25、l, ROH等。（1）缩聚反应的主产物（缩聚物）结构单元要比单体少若干原子（2）缩聚物的相对分子质量不是单体相对分子质量的整数倍。 8.2 聚合物的制备聚合反应种类 相应的聚合物含有两种或以上单体单元的结构单元。一般可分为四种形式：无规共聚、交替共聚、嵌块共聚和接枝共聚。 事实上单一的均聚物很少，绝大多数绝大多数聚合物是两种或两种以上的单体共同参加的聚合反应，叫做共聚合反应。得到的高聚物分子链中含有两种以上的单体链节，这种聚合物称为共聚物。 共聚 录像 a. 无规共聚物：-A-B-A-A-B-B-A 如氯乙烯醋酸乙烯等； b. 交替共聚物：-A-B-A-B-A-B-A 如苯乙烯顺丁烯二酸酐；

26、c. 嵌段共聚物：-A-A-A-B-B-B-A-A-A 如乙烯丙稀； d. 接枝共聚物：-A-A-A-A-A-A-A-A-A-A-A-A-A-A-A-A- 如天然橡胶乙烯 | | B-B-B-B-B-B-B B-B-B-B-B-B-B 8.2 聚合物的制备聚合反应种类（1）由一种单体合成的高分子：“聚”+ 单体名称 如聚氯乙烯、聚乙烯等（2）由两种单体通过缩聚反应合成的高分子：表明或不表明产物类型表明产物类型：“聚”+ 两单体生成的产物名称，如对苯二甲酸和乙二醇的缩聚产物叫“聚对苯二甲酸乙二酯”己二酸和己二胺的缩聚产物叫“聚己二酸己二胺”不表明产物类型：两单体名称或简称加后缀“树脂”，如 苯酚

27、和甲醛的缩聚产物叫“酚醛树脂” 尿素和甲醛的缩聚产物叫“脲醛树脂”三、合成高分子化合物的习惯命名法：8.2 聚合物的制备聚合物的命名（3）由两种单体通过链式聚合反应合成的共聚物： 两单体名称或简称之间 +“-”+“共聚物”：如乙烯和乙酸乙烯酯的共聚产物叫“乙烯-乙酸乙烯酯共聚物”（4） “聚”+高分子主链结构中的特征功能团： 指的是一类的高分子，而非单种高分子，如： 聚酯： 聚酰胺：8.2 聚合物的制备聚合物的命名12.1 加聚型聚合物的制备一、 概 述加成聚合反应（简称加聚）：含有双键的单体（如乙烯类、二烯类化合物等）在一定的外界条件下（光、热或引发剂）双键打开，并通过共价键互相链接而形成大

28、分子链的反应。 定义：8.2 聚合物的制备加聚型聚合物的制备 加聚型聚合物分类：1）均聚物: 由一种单体加聚而成的高分子。2）共聚物：由两种或两种以上的单体聚合而成的高分子。2、反应特点： 1）组分少，产品纯度、透明度高； 2）工艺简单，操作简便； 3）反应体系粘度大，温度不易控制； 4）若聚合物密度高于单体，反应需在密闭模具中进行。1、定义： 在不加入其他溶剂（除少量引发剂）的情况下，在单体相中进行的聚合反应。 本体聚合：8.2 聚合物的制备加聚型聚合物的制备二、制备方法 溶液聚合：1、定义：单体溶解于溶剂中的聚合方法。反应产物溶于溶剂称为均相聚合；反应产物不溶于溶剂称为非均相聚合或沉淀聚合

29、。2、特点： 1）反应散热快、易于控温； 2）反应粘度小，易于实现大型连续生产； 3）容易发生活性大分子链的溶剂链转移反应，降低产 物分子量。8.2 聚合物的制备加聚型聚合物的制备 悬浮聚合：1、定义： 以水为介质并加入分散剂，在强烈搅拌下将单体分散成若干小单体，经溶于单体内的引发剂引发而反应聚合。2、悬浮分散剂的种类： 1）水溶性分散剂：聚乙烯醇、明胶、苯乙烯等 2）水难溶性分散剂：碳酸钙、滑石粉、硅藻土等8.2 聚合物的制备加聚型聚合物的制备8.2 聚合物的制备加聚型聚合物的制备3、反应过程： 由于采用油性引发剂，且聚合在单体小液滴内进行，所以悬浮聚合是若干小本体聚合的效果叠加。4、特点：

30、 1）成分较少，产品纯度、透明度较高； 2）反应散热、控温比本体聚合更佳； 3）反应过程需控制体系粘度，即控制聚合转化率； 4）该反应适于制备较低分子量的聚合物。1、定义：借助于乳化剂和机械搅拌的作用，将单体分散在水中形成乳液而进行的聚合反应。 乳液聚合：2、乳化剂的作用： 1）作为表面活性剂，使水的表面张力降低，从而增加单体（油相）在水中的分散能力。 2）乳化剂分子包围因搅拌而形成的油滴周围，形成稳定 的乳液。8.2 聚合物的制备加聚型聚合物的制备8.2 聚合物的制备加聚型聚合物的制备3、反应过程： 研究表明，单体的引发及聚合通常是在胶束中进行。4、特点：1）聚合速度快，反应温度易于控制；2

31、）反应温度低，所得聚合物的分子量高；3）反应溶液粘度低；4）乳化剂、分散剂和稳定剂等加入，导致产品纯度低。 当溶于水中的乳化剂达到一定浓度时，就会形成乳化剂单体胶束。13.2 缩聚型聚合物的制备一、 概 述缩合聚合反应（简称缩聚）：由含有两种或两种以上单体相互缩合聚合而形成聚合物的反应，同时会析出水、氨、醇、氯化氢等小分子物质。 定义：8.2 聚合物的制备缩聚型聚合物的制备 缩聚型聚合物分类：1）均缩聚物: 由一种单体缩聚而成的高分子。2）共缩聚物：由两种或两种以上单体缩合而成的高分子。二、制备方法1、定义：将一定配比的单体、催化剂和相对分子质量调节剂加入到反应容器中，在高于聚合物熔点1020

32、的温度下进行的缩聚反应。 熔融缩聚：2、应用： 主要用于熔点与分解温度相差较大的聚合物【如聚酰胺（尼龙）、聚酯（涤纶）和聚氨酯等】的制备。8.2 聚合物的制备缩聚型聚合物的制备3、特点： 1）反应过程无溶剂，产品质量、生产效率高； 2）为实现产率高，产物相对分子量大，必须设法将反 应过程中生成的小分子副产物清除。 3）为控制聚合物的分子量，常加入分子量调节剂。 4）为避免聚合物氧化、降解，反应在惰性气氛下进行。1、定义：将单体和催化剂等加入到溶剂中进行的缩聚反应。根据反应条件的差异，可分为高温溶液缩聚和低温溶液缩聚两种类型。 溶液缩聚：2、应用： 主要用于树脂（如酚醛树脂、环氧树脂等），以及熔

33、点与分解温度接近的聚合物【如聚芳酰酯（芳纶）、聚芳酯】的制备。8.2 聚合物的制备缩聚型聚合物的制备3、特点：1）用溶液缩聚相界面缩聚制得的聚合物一般都比用熔融缩聚法制得的聚合物有较高的相对分子质量。 2）在后处理时，溶剂回收比较麻烦。1、定义：将两种单体分别溶解在两种互不相溶的溶剂中（一股为水和烃类） ，然后将两种溶液混合，使反应在两相界面处发生。 界面缩聚：2、应用： 主要用于高熔点芳香族高聚物的制备，如与加工工艺结合，可实现缩聚产物直接纺纱或制成薄膜。8.2 聚合物的制备缩聚型聚合物的制备3、特点： 1）界面缩聚中常采用活性高的单体，所以缩聚可在常温以至低温下以较快的速度进行，容易得到高

34、相对分子质量的产物。反应温度较低，反应速率快，副反应少。 2）由于界面缩聚采用的是活性较高的单体参加反应，反应可在较低温度下进行，所以有利于高熔点芳香族高聚物的制备。 8.3 高分子材料成型加工8.3.1 塑料成形加工8.3.2 橡胶成形加工8.3.3 纤维成型8.3 高分子材料成形加工塑料成形加工8.3.1 塑料成形加工一、概述1、定义 塑料成形加工是将各种形态的塑料（粉料、粒料、溶液或糊状物），根据其性能选择适当的成形方法制成所需形状和尺寸的制品。2、塑料成形加工的过程及方法 塑料成形加工过程：原料的配制和准备、成形、制品后加工。 塑料的成形方法主要有：挤出成形、注射成形、压制成形、传递成

35、形、压延成形。3、塑料的配制: 原料的制备、混合、塑化、粉碎和粒化物料的混合和塑化是最主要的工艺过程 8.3 高分子材料成形加工塑料成形加工塑料的原料：粒料 塑化的目的是使物料在温度和剪切力的作用下熔融，通过密闭的容器内叶轮的快速旋转搅拌物料进行混合。 高速混合机结构 混合1-出料口 2-快转叶轮 3-挡板 4-容器 5-回转盖 6-进料口 7-电动机 8-机座 8.3 高分子材料成形加工塑料成形加工塑化 塑化的目的是使物料在温度和剪切力的作用下熔融，获得剪切混合的作用，驱出其中的水分和挥发物，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。塑化常用的设备主要是开放式塑炼机、密炼机和挤出

36、机。 8.3 高分子材料成形加工塑料成形加工双辊切粒8.3 高分子材料成形加工塑料成形加工8.3 高分子材料成形加工塑料成形加工1、定义 挤出成形是使加热或未经加热的塑料,在挤出机的螺杆或柱塞的挤压作用下通过一定形状的口模而连续成形，所得制品为具有恒定断面形状的连续型材，如管材、板材、薄膜和中空制品等。 2、挤出成形的特点 (1) 连续成型生产效率高，成本低； (2) 模具机构较简单，制造维修方便； (3) 塑料内部结构均衡紧密； (4) 适用大多数热塑性塑料。 3、挤出成形方法 （1）根据塑化方式分为：干法（熔融法）、湿法（溶剂法） （2）根据加压方式分为：连续法（采用螺杆式挤出机）和间歇法

37、（采用柱塞式挤出机）二、塑料挤出成形 8.3 高分子材料成形加工塑料成形加工4、挤出成形设备 （1）挤出机 A、类型： （a）按螺杆数量分为：柱塞式挤出机、单螺杆挤出机、双螺杆挤出机和多螺杆挤出机 （b）按安装位置分为：卧式挤出机和立式挤出机 将原料在料筒中加热至流动状态，同时通过螺杆向前推压至机头，通过不同形状和结构的口模连续挤出，获得不同形状的型材，如管、棒、带、丝、板等。8.3 高分子材料成形加工塑料成形加工挤出硬管生产线（动画）B、结构：包括传动装置、加料装置、机筒、螺杆、机头、口模。 （2）挤出辅机 包括预处理设备、冷却与定形设备、牵引设备、切断与辊卷设备。8.3 高分子材料成形加工

38、塑料成形加工8.3 高分子材料成形加工塑料成形加工5、挤出成形过程与工艺要求 （1） 挤出成形过程 熔融、成形、定形三个阶段 （2）工艺要求：控制温度与压力、挤出速度与牵引速度。8.3 高分子材料成形加工塑料成形加工根据挤出和牵引方向的不向，可分为：(1)挤出吹塑薄膜工艺：挤出吹塑薄膜是将塑料挤成薄膜管，然后趁热用压缩空气将它吹胀，冷却定形后可得吹塑薄膜制品。一般吹塑薄膜的规格是膜厚0.010.25mm，直径100500mm。 6、典型挤出工艺平挤上吹法 平挤下吹法和平挤平吹法三种 8.3 高分子材料成形加工塑料成形加工(2)管材及异型材挤出成形工艺： (3)板材及片材成形工艺： 图13-8

39、挤板工艺流程图1片或板坯挤出 2碾平与冷却 3切边与牵引 4切断用挤出成形方法可以生产厚度为0.258mm的片材和板材。通常厚度为0.251mm称片材，I mm以上称板材。 管材及异型材是塑料挤出成形的主要产品。 1、定义： 是热塑性塑料成形的重要方法。 将粒状或粉状塑料加入到注射机的料筒中，经加热熔化呈流动状态后在注射机的柱塞或螺杆快速而又连续的压力下，从料筒前端的喷嘴中以很高的压力和很快的速度注入到闭合的模具中，充满模腔，随后经冷却（热塑性塑料）或加热（热固性塑料）固化后，开模得到与模具型腔相应的制品。 （动画) 8.3 高分子材料成形加工塑料成形加工三、塑料注射成形（注塑）2、特点 (1

40、) 成型期短，生产效率高。(2) 可以成型形状复杂，尺寸要求高及带嵌件的塑料制品。 (3) 注射和脱模可实现自动化作业。 (4) 适应性广 8.3 高分子材料成形加工塑料成形加工3、注射成形设备：注射成形设备主要是注射机和注射模具。 (1) 注射成形机 a 类型：（i）按外形特征分为立式、直角式、卧式 （ii）按塑化方式及注射方式分为柱塞式、螺杆式 b 结构（卧式）：包括注射系统、合模系统、液压传动系统、电器控制系统卧式注射机8.3 高分子材料成形加工塑料成形加工卧式注射机 1锁模液压缸 2锁模机构 3移动板 4顶杆 5固定板 6控制台 7料筒及加料器 8料斗 9定量供料装置 10注射缸8.3

41、 高分子材料成形加工塑料成形加工几种类型的注射机：螺杆式注射机：8.3 高分子材料成形加工塑料成形加工 主要用于热塑性塑料。能生产形状复杂、薄壁、嵌有金属或非金属的塑料制品。动模垫板动模板注塑模简化示意图定模板凹模凸模定模底板8.3 高分子材料成形加工塑料成形加工(2) 注射成形模具 a 模具结构：包括浇注系统、成形系统、结构零件 b 加热或冷却装置：为增加或降低熔料冷却速度而对摸具冷却或加热注射模 1定位环 2主流道衬套 3定模底板 4定模板 5动模板 6动模垫板 7模脚 8推杆固定板9推杆固定底板10拉料杆 11推杆 12导柱 13凸模 14凹模 15冷却水道8.3 高分子材料成形加工塑料

42、成形加工4、注射成形过程及工艺要求(1)成形前的准备：包括原料的检验、原料的预热及干燥、嵌件的预热和安放、试摸等；(2)注射：包括加料、塑化、注射入模(要求较高的注射压力）、保压冷却和脱模等几个步骤。 (3)制件的后处理 （a）原因：塑料在机筒由塑化不均匀或在模腔内冷却速度不同，常会发生不均匀的结晶和收缩，使制品存内应力而影响性能。 （b）处理方法：使制品在室温的加热液体介质或在热空气循环烘箱中静置一段时间。 8.3 高分子材料成形加工塑料成形加工5、注射成形方法（1）普通注射成形 （2）气体辅助注射成形：是借助于气体的作用将熔融塑料注射进入模具型腔，利用受压气体在塑件内的膨胀，使塑件形成中空

43、断面，而且保持完整的外形。 （3）反应注射成形：在高压下将两种液态组分分别注入液体混合室内，在一定的温度和压力下。借助于混合室内的螺旋翼的旋转而混合并相互作用，乘其尚在反应时，在一定的压力下将其注射进入模腔，而后在模具内发泡，即能成为表面密度较高而内层密度较低的泡沫塑料制品。 1-原料槽（主要原料和硬化剂） 2-旋转叶片 3-泵4-模具 5-加热器 6-销模装置 7-喷嘴 8-混合器9-清洗液 10-真空泵 11-马达12-阀 13-空压机图 聚氨酯反应注射成形原理图 将塑料原料（粉料或片状料）放入成型模加热熔化，加压，使塑料充满整个型腔，同时发生交联反应而固化。 模压成型主要用于热固性塑料，

44、适用于形状简单、尺寸精度要求不高的制品，但生产率低、模具成本较高。 四、模压成形：8.3 高分子材料成形加工塑料成形加工a加料 b压制成形 c顶出脱模 1-自动加料装置 2-料斗 3-上模板 4-阳模 5-压缩空气上、下吹管 6-阴模 7-下模板 8-顶出杆图1 热固性塑料模压成形工艺过程示意图 8.3 高分子材料成形加工塑料成形加工压塑模结构 1上加热板 2上模板 3承压块 4凸模 5加热器 6凹模7推杆8弹簧9导向柱 10推板 11支架 12下模底板8.3 高分子材料成形加工塑料成形加工2、特点 (1) 设备和模具结构简单，投资少、效果显著； (2) 塑件可趁热脱模，相对缩短生产周期； (

45、3) 塑件质量均衡，内应力小、尺寸稳定、耐热、强度高； (4) 成形工艺是间隙生产，效率低、劳动强度大，难以实现自动化； (5) 用于热固性塑料制品成形，可生产大型塑件，但难以生产形状复杂及带有金属嵌件的塑件。3、压制成形设备 （1）液压机 （2）压制用模具： 4、压制成形过程：流动、胶凝、硬化成形8.3 高分子材料成形加工塑料成形加工 1、定义 压延成形是生产塑料薄膜和片材的主要方法，它是将接近粘流温度的热塑性物料通过一系列相向旋转着的平行辊筒的间隙，使其受到挤压和延展作用，成为具有一定厚度和宽度的连续薄片状制品。 2、特点： 用于热塑性塑料成形，广泛用作农业薄膜、室内装饰等。其中以聚氯乙烯

46、用得最多，此外还有聚乙烯、ABS、聚乙烯醇等。五、塑料压延成形8.3 高分子材料成形加工塑料成形加工3、压延成形设备：压延机 （1）类型：按辊筒排列分L形、倒L形、Z形、S形等 （2）结构：机体、辊筒、挡料装置、传动装置、加热冷却装置等。4、压延成形过程：生产流程包括供料阶段和压延阶段，是一个从原料混合、塑化、供料、到压延的完整生产线。 供料阶段包括塑料各组分的混合、塑化、供料等； 压延阶段包括压延、牵引、刻花、冷却定形、输送以及切割、卷取等工序。1、定义 通过将挤出或注射的管坯或型坯趁热于半熔融的类橡胶状态时，置于各种形状的模具中，并及时在管坯或型坯中通入压缩空气将其吹胀，使其紧贴于型腔壁上

47、成形，经冷却脱模后，即得中空制品。2、特点： 用于热塑性塑料成形，生产效率高，产品抗拉强度高。3、成形过程： 塑料型坯制造、型坯的吹塑。六、 吹塑成形 注射吹塑成形工艺过程 1-准备 2-注射成形 3-注射模开启 4-吹塑成形 5-制品脱模 6-制品 8.3 高分子材料成形加工塑料成形加工8.3 高分子材料成形加工塑料成形加工4、吹塑成形的方法（录像）挤出吹塑拉伸吹塑七、热成形真空成型（吸塑成形）：对模腔抽真空，使板材在大气压作用下紧贴模腔内壁，冷却后硬化成形。抽真空前抽真空后8.3 高分子材料成形加工塑料成形加工 1、定义：先预制热塑性塑料片材，经夹紧、加热并在模具中成形的方法。 2、特点：

48、壁薄，成形快而均匀，周期短，适合自动化生产，用于热塑性塑料成形。 3、热成形方法：真空成形、压力成形、对模成形。8.3 高分子材料成形加工塑料成形加工凹模真空成形：一般用于要求外表精度较高，成形深度不高的塑件。（动画）8.3 高分子材料成形加工塑料成形加工 凸模真空成形方法一般用于内表面精度要求较高，有凸起形状的薄壁塑件，凸模真空成形方法较凹模真空成形方法塑件壁厚稍均匀。（动画） 8.3 高分子材料成形加工塑料成形加工 凹凸模真空成形方法是先将塑料板材夹在凹模上加热，软化后将加热器移开，然后通过凸模吹入压缩空气，凹模稍微抽真空使塑料板贴附在凸模的外表面。这种成形方法，由于将塑料板吹鼓延伸后再成

49、形，因此壁厚均匀，可用于成形较深的制件。 （录像）a）夹紧片材 b）预压拉伸 c）成形 d）开模及顶出 8.3 高分子材料成形加工塑料成形加工1、传递成形： 原理：又称压注成形，它是在压塑成形的基础上发展起来的热固性塑料成形方法，其工艺类似于注射成形工艺，所不同的是传递成形时塑料在模具的加料室内塑化，再经过浇注系统进入型腔，而注射成形是在注射机料筒内塑化。八、塑料传递成形与微电子塑封成形工艺过程：将塑料原料经过预处理，闭模后将原料加入加料室加热软化，随即在柱塞的挤压下通过模具的浇注系统将熔融塑料挤入型腔，塑料在型腔内继续受热受压而固化成形，然后开模取出制品，并清理型腔、加料室和浇注系统。塑料传

50、递成形1-注压活塞；2-加料套；3-阳模；4-阴模8.3 高分子材料成形加工塑料成形加工传递成形模具 1压柱 2加料室 3上模板 4凹模5导柱 6下模垫板 7固定板 8型芯 传递成形优点：成形周期短；塑件飞边小，易于清理；能成形薄壁多嵌件的复杂塑料制品；塑件的精度和质量较压塑件高。但传递成形加料室内总会留有余料，塑料损耗较大；模具结构较压塑模复杂，制造成本较高。2、微电子塑封 九、塑料的二次加工 即由模塑制件、棒材、管材、片材、挤出型材或其它形状材料，通过适当操作如机加工和装配制成制品。8.3 高分子材料成形加工塑料成形加工 分类：按其作业特点和在制品生产过程中所起的作用，大致可分为机械加工、

51、连接加工和修饰加工三类方法。 作用：1）作为成形技术的补充，例如单件或小批量生产一种塑料制品时，要为此数量不多的制品成形制造专用模具，可能既费时又费钱，用塑料型材借助机械加工来制造，就能取得既快又省的效果。2）可提高制品性能和增加制品使用功能，例如经过表面涂漆的制品，其抗老化性能可得到明显改善，而表面上镀金属后使制品兼有金属的一些特性。 8.3.2 橡胶成形8.3 高分子材料成形加工橡胶成形加工一、橡胶的加工 橡胶加工是指由生胶及其配合剂经过一系列化学与物理加工制成橡胶制品的过程。 塑炼修边模压硫化裁切片材管材型材制坯混炼成品检验橡胶压制成形的工艺流程 将经过塑炼和混炼预先压延好的橡胶坯料，按

52、一定规格和形状下料后，加入到压制模中，合模后在液压机上按规定的工艺条件进行压制，使胶料在受热受压下以塑性流动充满型腔，经过一定时间完成硫化，再进行脱模、清理毛边，最后检验得到所需制品的方法。8.3 高分子材料成形加工橡胶成形加工 橡胶的高弹性源于橡胶大分子链的长链特征、柔顺性、和高缠结性。橡胶材料的相对分子量约为近十万到上百万，如此巨大的分子链缠结在一起，使材料粘度大，高弹性，难以塑性变形和加工。为此首先要对其进行塑炼，切断分子链，使粘度下降，改善可塑性和加工流动性，便于混炼和成形。但塑炼的结果也使胶料的弹性下降，物理力学性能受损，为重新获得高弹性和优良的物理力学性能，成形后的半成品还必须硫化

53、，使分子量形成三维网状体型结构。 橡胶硫化前称为生橡胶，硫化后成为熟橡胶。硫化橡胶具有交联结构，加热不再呈流动态。8.3 高分子材料成形加工橡胶成形加工1、干胶制品的生产加工过程 1）生胶的塑炼 生胶塑炼之前须先经过烘胶、切胶、选胶和破胶等准备工序，然后进行塑炼。 在一定的温度下利用机械挤压、辊轧等方法，使生胶分子链断链，使其由强韧的弹性状态转变为柔软、具有可塑性的状态，这种使弹性生胶转变为可塑状态的加工工艺过程称为塑炼。目的：使生胶降低弹性，增加塑性。设备：螺杆式塑炼机或两辊式塑炼机。 过程：两个辊筒，水平排列，以不同转速相对回转。胶料置于两辊间上方，在摩擦力作用下被带入辊距间经受强烈剪切而

54、被塑炼。开炼机工作示意图 8.3 高分子材料成形加工橡胶成形加工开炼后的状态a上顶栓下降 b混炼开始 c配合剂混在橡胶内 d下顶栓打开卸料密炼机混炼工艺过程如图 8.3 高分子材料成形加工橡胶成形加工2）混炼 目的：通过机械的作用，使各种配合剂均匀地分散在胶料中。 配合剂种类及作用： 硫化剂：使橡胶具有高弹性及足够强度 硫化促进剂：促使硫化剂活化 防老剂：防止老化 增强剂：提高力学强度 填充剂：降低成本 设备：开炼机和密炼机应用最广泛。8.3 高分子材料成形加工橡胶成形加工8.3 高分子材料成形加工橡胶成形加工（3）制坯 制坯是将混炼胶通过压延或挤压的方法制成所需的坯料，通常是片材，也可为管材或型材。（4）裁切 在裁切坯料时，坯料质量分数应有超过成品质量分数5%10%的余量，结构精确的封闭式压制模成形时余量可减小到1%2%，一定的过量不仅可以保证胶料充满型腔，还可以在成形时排除型内的气体和保持足够压力。裁切可用圆盘刀或冲床按型腔形状剪切。（5）模压硫化 模压硫化是成形的主要工序，它包括加料、闭模、硫化、脱模和模具清理等步骤，胶料经闭模加热加压后成形，经过硫化使胶料分子交联，成为具有高弹性的橡胶制品。脱模后的橡胶制品经修边和检验合格后即为成品。 聚异戊二烯的硫化反应8.3 高分子材料成形加工橡胶成形加工（6）硫化原理：硫化是成