高分子材料成型工艺

【课程简介】课〔高分子化学、高分子物理、高分子材料、化工原理等〕的根底上开设的。与本课程相关艺方法及原理。【讲授内容与学时安排】48第一章绪论1其次章聚合物成型的根底理论10第三章成型用物料及其配制4第四章压缩模塑3第五章挤出成型6第六章注射成型6第七章中空吹塑3第八章泡沫塑料成型3第九章压延成型6第十章热成型及其它4总结与争论2【主要参考书】高分子材料成型加工原理王贵恒主编化学工业出版社20231聚合物成型加工技术【美】詹姆士F.史蒂文森编著刘廷华等译，化学工20239高分子材料根本加工工艺王加龙主编 有用塑料加工技术 叶蕊主编 金盾出版社2023年6月印刷塑料制品生产工艺手册吴培熙等编著 塑料工业有用手册其次版丁浩主编 第一章 绪论【学时安排】1个学时【根本内容】1－1 高分子材料成型工艺在高分子工业体系中的地位从原料到制品生产流程制品生产的组成1－2 高分子材料成型工艺的进展概况移植时期1－3 成型加工技术分类一次成型技术以物理变化为主的成型加工技术以化学变化为主的成型加工技术3、按成型加工的操作方式划分1－4本课程的主要内容和要求及高分子物理和高分子材料性能的根本学问的根底上进展的。重点介绍塑料的一次成型和二次成型以及成型过程中所涉及的理论根底。的概念，并进一步理解各种成型工艺所能适应的塑料品种及其优缺点。【教学根本要求】学时安排1.5～2个学时。【教学重点】以塑料材料的成型加工过程和成型技术的分类为重点。【思考题】塑料成型工艺的进展经受了哪三个时期？一次成型技术、二次成型技术和二次加工技术各包括哪些技术方法？举例说明。其次章 聚合物成型的理论根底10个学时【根本内容】2－1概述【学时安排】102－2【学时安排】5一、根本流淌类型【学时安排】0.5个学时34、拉伸流淌5、一维流淌、二维流淌和三维流淌1.5个学时1、牛顿流体牛顿流体剪切应力和剪切速率的关系2、非牛顿流体2、非牛顿流体A、宾哈液体：流淌方程为－y=r当y时完全不流淌 0 ∞B流变方程：=kn〔n1〕 k为流体的稠度 n为流淌指数 k、n均为常数kn1a 〔n1〕为假塑性流体粘度的表达式a为塑性粘度，又叫表观粘从今式可看出，表现粘度随剪切速率的增加而减小，也即流淌性增大。对于同一种物料，分子量一样时，分子量分布宽的流淌性对 的敏感性大。a．取向理论：b．缠结理论C、膨胀性流体：D有时间依靠性液体触变性流体〔摇溶性〕反触变性流体〔震凝性液体〕3、拉伸粘度：和拉伸应变速率

的关系也可用关系式表示： ──拉伸粘度拉伸粘度与拉伸应变速率的关系。【1个学时，重点是非牛顿流体方程和粘度的关系式。结合实际分析剪切粘度和拉伸粘度对成型加工的影响。三、温度和压力对粘度的影响0.5个学时1、温度对的影响：T的敏感性就越大。2、压力对粘度的影响3、典型的模塑范围图可以看出，只有温度、压力在要求范围内，才能模塑。压力增加相当于温度降低。0.5个学时1、剪切弹性物料所受剪切应力，对其发生的剪切弹性变形的比叫做剪切弹性模量 G=/R它表征了塑料熔体抵抗剪切变形的力量。影响剪切弹性模量的因素：主要是相对分子量分布，分布宽，模量小、弹性恢复大而缓慢；分布窄则相反。〔聚合物熔体受应力作用时，表观粘度对弹性模量的比值〕多少来推断。2、拉伸弹性对其发生拉伸弹性变形R的比。E=/RE1Mpa时，2。成型过程中，由拉伸应力引起的变形是弹性还是粘性占优势，仍旧依据松弛时间。力和剪切应力。仍可以用松弛时间来区分熔体中弹性是剪切弹性还是拉伸弹性。五、聚合物液体在导管内的流淌【学时安排】1.5个学时r管长和压力降关系式r = 2L其意义：剪切应力在中心处00，在管壁处r=R时，为最大，与牛顿型和非牛顿型流体无关。1牛顿型流体：任意质点流速Ur

P

(R2

r2)流淌方程：Q 8L将该式改写 R△P/2L=η·4Q/πR3与τ=η·比较剪切应力RP 2L Q，计算γ，在不同△Pτ、剪切应力和剪切速率曲线，即流淌曲线。是始终线。2、非牛顿性液体【教学难点】r=Kγn =〔τ/K〕1/n du/dr=〔τ/k〕1/nrn P1

n1 n1n得任意半径处的速度分布 v n

Rn rnr n12KL 流体的体积流率为流速×截面积，可得流量方程： 1 lnQ1lnPln

1 nR3n1将此式两边取对数得： n

3n n 12KL

3n1 Q流量关系式与剪切速率关系式比较得管壁处剪切速率 W n 在圆管中心处，剪切速率为零，管壁处最大。3、测聚合物流淌性的方法【教学重点】熔体流淌速率测试仪毛细管流变仪转矩流变仪六、流淌的缺陷1个学时1、管壁上的滑移21、管壁上的滑移2、端末效应出口效应〔Brass效应〕Le段有拉伸弹性形变，由收敛流淌造成的Ls段有剪切弹性形变。BB=Ds/D影响膨胀比的因素和改进方法。3、弹性对层流的干扰SR〔实际上是熔体弹性应变的大小〕SR=aJ=J=/G为表观剪切速率a为表观粘度 J为弹性柔量=1/GSR7时，将发生弹性湍流，引起熔体破坏。4、鲨鱼皮症症迹、缘由和影响因素：5、熔体裂开症迹、产生缘由。临界剪切速率和临界剪切应力定义，影响因素。的缘由。聚合物加热和冷却【学时安排】1个学时一．传热：热量传递方式，传导、对流、辐射。聚合物的传热主要靠传导和对流，传热速率打算于物料的固有性能──热集中系数=k/cp． 为导热系数列出某些材料的热性能。越大，传热越快。二．聚合物加热冷却的特点聚合物热集中系数很低，即传热速率很慢。〔热源与被加热塑料之间的提的太大。缘由：聚合物熔体粘度大，在成型过程中流淌时会因内摩擦产生较大的热量Q=1/J·=1/J·a2 J为热功当量Q0，管壁最大。4、结晶聚合物加热冷却特点。聚合物的结晶【学时安排】1个学时一．聚合物的结晶力量1、一般来说，具有严整的重复空间构造的聚合物通常都能结晶。2、适当的分子间力3、分子链节小，柔顺性适中，都有利于结晶。4、缩聚物比加聚物结晶困难。二、成型过程中影响结晶的因素【教学重点】1、冷却速度的影响TcTm时的状况2、熔融温度和熔融时间的影响3、应力作用的影响三、结晶对制件性能的影响1、结晶对制品密度及光学性能的影响2、结晶对制品性能的影响3、结晶对热及其它方面性能的影响4、结晶形聚合物，分子链排列规整、严密，与无定形聚合物相比，能更好地阻挡各种试剂地渗入，所以结晶度提高，耐溶剂性提高。成型过程中的定向作用【学时安排】2个学时一．纤维状填料的定向1、对于热固性塑料制品：以扇形模具为例分析。2、对于热塑性塑料：二、热塑性塑料成型过程中聚合物分子的定向【教学重点】1、取向度在模腔内分布；2、影响取向程度的因素；3、定向对制品性能的影响。三、拉伸定向【教学难点】1、定义：2、结晶与取向的关系：3、拉伸定向过程中的形变瞬时弹性形变分子排直形变粘性形变4、拉伸取向规律：拉伸时工艺掌握因素：拉伸比、拉伸速度、拉伸温度〔冷却温度〕5、拉伸非晶态高聚物的工艺过程〔PVC、PS〕6、拉伸晶态高聚物的工艺过程〔PET、PP、PE等〕【章末总结】本章重点介绍聚合物成型的流淌行为及流淌过程中的不稳定缘由，聚合物成型过程中的结晶、定向问题以及聚合物的加热和冷却的特点。本章为整个课10个学时。【要求学生把握内容以及熔体粘度的测定方法。聚合物剪切流淌和拉伸流淌过程中的粘度的影响因素，对成型过程的影响。造成聚合物不稳定流淌的缘由分析，聚合物成型过程中结晶的影响因素，热固性塑料和热塑性塑料流淌取向区分以及取向规律。结晶与取向的关系。【思考、作业题】塑料成型加工过程中受有那些应力？以什么应力为主？。分析。剪切粘度和拉伸粘度在塑料成型中意义如何？试说明剪切弹性模量和拉伸弹性模量及松弛时间的意义。成型过程中有那些因素影响聚合物的粘度？后，怎样削减或消退弹性效应？是什么？不利于结晶？塑料的定向各有何特点？并简要说明缘由。措施到达目的？结晶与定向有什么关系？强降、流体的粘度各有什么关系？如何用毛细管流变仪测聚合物的粘度？第三章 成型用的物料及其配制【学时安排】4个学时【根本内容】3－1概述：成型用的物料外形、组成及添加目的等粉料及粒料【学时安排】2.5个学时粉料──将树脂和助剂混合分散均匀，只要简洁的混合，又叫干混料。粒料──将粉料通过塑炼〔混炼〕或挤出作业，使之进一步塑化而制成粒子。一．粉料和粒料的组成【重点内容】聚合物〔树脂〕增塑剂稳定剂填料增加剂润滑剂7、着色剂〕主要包括原料的预备和混合两方面。1．原料的预备：2．原料的混合〔高速混合料温可d、某些助剂〔如润滑剂加工改性剂〕开头溶化而相互渗透。混合作用机理：混合一般靠三种作用来完成，集中、对流、剪切。混合程度的评定混合工艺过程〔参加液体组分，主要是增塑剂的物料〕的混合2〕对于干性物料〔非润性物料〕的初混合加料挨次：三、粒料的制备塑炼3、塑炼设备及原理：塑炼原理：两辊机塑炼的特点：密炼机塑炼：挤出机塑炼〔二〕造粒造粒的目的；【难点内容】1、热塑性塑料的工艺性塑料状态和温度的关系流淌性收缩性热塑性塑料成型收缩的缘由相容性其它 稳定性也是影响热塑性塑料工艺性的两个重要方面。2、热固性塑料的工艺性收缩性造成热固性塑料收缩的缘由；降低热固性塑料在成型时的收缩率方法。流淌性在成型温度和压力下布满整个模具型腔的力量。测定其流淌性的方法有三种：①测流程法；②测流淌时间法；③流淌速度测量法影响热固性塑料流淌性的因素主要包括两个方面：①原材料的影响：②模具及成型工艺的影响：水分及挥发分含量固化速度细度和均匀度压缩率分散体【学时安排】1.5个学时一、成型用分散体及其分类1、分散体定义2、分散体分类二、分散体的组成及其各组分的作用1．树脂分散剂稀释剂胶凝剂填充剂作用主要是降低本钱。要求：外表活性剂7．其它【重点内容】1．原料预备混合脱泡贮存四、分散体的流变行为【难点内容】1、分散体的黏度总是大于分散媒的黏度，影响黏度的因素2、流淌行为五、搪塑成型【重点内容】1、方法：2、糊塑料在烘熔中的变化：可分为两个阶段，胶凝和熔化。3、影响搪塑制品质量的因素粘度预热温度糊塑料在模具中的停留时间也会影响制品厚度。烘熔温度和时间六、糊塑料其它成型方法介绍：1、流涎薄膜2、蘸浸成型3、滚塑性能。艺性能有什么不同，把握搪塑制品的成型方法及原理。【思考、作业题】何谓浆料和母料？物料混合有哪些机理？塑料成型时熔融物料的混合以哪种机理为主？点？何谓润性物料与非润性物料？协作时各应留意怎样的加料挨次？热固性塑料和热塑性塑料的工艺性能有何不同？如何测它们的流淌性？影响热塑性塑料和热固性塑料收缩率和流淌性的缘由有哪些？过程中的物理变化和流变行为。糊塑料还能用什么方法成型？第四章 压塑模塑3【根本内容】概述10分钟压缩模塑设备【学时安排】10分钟一、压机分上动式压机和下动式压机二、模具溢式模具、半溢式模具和不溢式模具4-3【学时安排】30一、成型材料预处理1、预压2、预热预热的作用及工艺ABD二、模压1、安放嵌件2、加料3、闭模4、排气5、固化6、脱模7、清理模具型腔8、后处理模压工艺条件的掌握1.5个学时一、模压温度1顺当地布满型腔；2、模压温度影响因素3、模压温度选择依据：二、模压压力【难点内容】计算： 1、模压压力的作用三、模压时间1、模压时间定义2、模压时间与模压温度、预热状况、固化速度、制品壁厚关系。3、模压温度、模压压力和模压时间关系 冷压烧结成型【学时安排】0.5个学时PTFE一、冷压制坯二、烧结1、烧结原理2、烧结步骤升温三、冷却要了解。【要求把握内容】压缩模塑的特点，模压过程及影响因素。【思考、作业题】1、在一样的条件下模塑成型时，为什么经过预热的料所得到得制品强度高？变化有何影响？3、用热固性塑料模压一厚壁圆管状制品，制品外径180㎜，内径160㎜，高60该制品时的最小加料量、最短模压时间、和所用液压机的最小吨位？拉应力？5、模压压力、模压温度、模压时间的选择和对制品强度的影响？素会对制品质量产生影响？

第五章 挤出成型工艺分析。【根本内容】5-1概述【学时安排】205-2学时安排】30一、成型物料的预处理二、挤出造型【难点内容】1、料筒、机头和口模的温度和压力分布2、螺杆转速对挤出的影响三、定型与冷却四、牵引、卷取和切断5-3几种挤出制品成型工艺一、管材挤塑【学时安排】1个学时【重点内容】1、管材挤出成型工艺流程软管的流程，2、挤出工艺分析挤出机机头造成合流痕的缘由：消退这种现象方法：定径径。外定径和内定径的区分。冷却牵引切割3、操作时留意事项二、吹塑薄膜的挤出【学时安排】1个学时【重点内容】1、吹塑薄膜的生产原理及特点：2、吹塑薄膜的生产方式平挤上吹法特点：平挤下吹法特点：挤出机的选择工艺流程:挤出管坯吹胀〔冷却、牵引〕管泡卷取工艺掌握因素δδ=b/αβ冷却速率冷冻线高度的影响因素：牵引加开口剂。三、板材挤出【学时安排】1个学时；0.25mm1、工艺流程2、挤出机和机头3、三辊压光机三辊压光机的作用：三辊压光机的构造：压光机和机头的距离一般为50~100mm。压光机各辊的温度压光机的线速度4、冷却过程中留意事项。5、切边6、牵引牵引速度掌握7、切割方法有电热切、锯切和剪切。β射线测厚仪。四、其它挤出制品【学时安排】11、波浪管2、电线电缆3、打包带4、编织袋对三种产品进展了具体分析。型工艺过程及影响产品质量的因素。【思考、作业题】热固性塑料型材为什么不能用挤出成型？影响热塑性塑料挤出型材截面尺寸的因素有哪些？PVCδα和牵引比β6.管状物吹塑成筒膜，试证明以上四参数之间的关系δ=b/αβ。挤出成型耐高压大口径的管材时，为什么以承受内定径方法为好？挤出管材〔尤其是硬管〕时，造成“合流痕”的缘由是什么？如何消退？挤出吹膜的冷冻线凹凸的影响因素有哪些？其与薄膜性能有什么关系？PP〔BOPP〕的生产工艺过程？并简要说明。

第六章 注 塑压力和时间。【根本内容】概述20注塑设备简介【学时安排】10分钟一、注射机柱塞式注射机螺杆式注射机二、模具组成。热塑性塑料注塑过程【学时安排】3个学时一、成型前预备1、成型物料的预处理包括物料检验、染色、造粒、枯燥等。2、料筒清洗3、嵌件预热4、涂脱模剂二、注射成型【(一)注射成型周期1．入模预备期2、充模期压实期保压期倒流与封口期6、继冷期(二)熔融塑化过程1、柱塞式注射机塑化特点：2、螺杆式注射机塑化特点3、塑化温度的影响4、螺杆转速和背压的影响5、成型时间的影响(三)流淌造型过程压力损失温度上升冷流道和热流道的区分浇口和流道的区分流体通过浇道时的温升3．熔体进入模腔后的流淌熔体在模腔内的流淌方式AB模腔内熔体向前推动的运动机理B4．模腔内熔体的压实与增密〔1〕压实期增压作用影响压实效果的因素(四)冷却定型过程1．外压作用下的冷却保压的目的保压的条件保压压力的选择保压时间的影响：熔体倒流3．浇口封断后的冷却冷却的作用4、脱模〔五〕力。三、热处理和调湿处理1、热处理热处理作用：热处理的根本方法：需热处理的制件：内应力的检验2、调湿处理调湿处理的原理调湿处理的根本方法调湿处理的目的：热固性塑料注塑【学时安排】1个学时一、概述二、热固性塑料注射过程塑化原理对塑化后热固性塑料熔体根本要求2、热固性塑料熔体在充模过程中的流淌：因此流淌充模阶段的工艺掌握3、在模腔内的固化树脂的固化速率与模腔温度成正比。6－5注射成型的进展【学时安排】11、气辅注射2、液体注射3、发泡注射4、双层注射型方法进展简要介绍。通过学习，要会分析在生产过程中注射制品消灭的问题。【思考作业题】热塑性塑料在螺杆注射机料筒内与在单螺杆挤出机料筒内的塑化过程有那些一样点和不同点？热塑性塑料注射过程中，塑化温度、喷嘴温度、模具温度应如何选择？响？何对熔体的流淌产生影响？试分析快速充模和慢速充模各有何利弊？注射压力大小对流淌充模有何影响？射成型时都要有保压期？实现保压期往模腔中补料的必要条件是什么？化？件四周和壁厚较大变化的部位都简洁消灭应力开裂？10.注射制品产生以下现象的缘由及解决方法：〔1〕制品凹陷〔2〕制品翘曲变形〔3〕制品外表有银丝和波浪〔4〕制品缺料一样点和不同点？12.了解制品的热处理和调湿处理的目的和方法。

第七章 中空吹塑【重点内容】中空吹塑成型过程中工艺因素分析【根本内容】7-1【学时安排】107－2【学时安排】20挤出机、机头、吹塑模具7－3中空吹塑工艺分析【学时安排】2个学时一、挤出吹塑和注射吹塑成型过程及特点挤出吹塑过程：注射吹塑过程：二、成型工艺条件的选择及掌握【重点内容】1、型坯温度2、模具温度和冷却时间3、充气压力和充气速率充气压力：4、吹胀比【难点内容】1、拉伸吹塑工艺过程二、拉伸吹塑工艺掌握1、型坯温度2、拉伸比拉伸比与吹胀比有如下关系：b=4~6/a 拉伸倍率=拉伸比×吹胀比3、吹塑空气压力7－4【学时安排】20备、原料、制品以及进展。通过学习，把握在生产中空吹塑制品时消灭问题的分析和解决方法。【思考作业题】1.生产大型中空吹塑制品承受什么吹塑方式好？为什么？2、中空吹塑过程中型坯温度、空气吹塑速率、吹塑模具温度如何掌握？3.中空吹塑瓶消灭以下现象的缘由是什么？如何解决？型坯自重下垂型坯弯曲制品变形严峻挤出吹塑的制品熔合线明显开模时制品开裂第八章 泡沫塑料的成型【学时安排】4个学时方法，可发性聚苯乙烯模压发泡、聚乙烯交联发泡等。【根本内容】概述【学时安排】20分钟泡沫塑料定义，特点，用途以及所用原材料。泡沫塑料的分类：1、按软硬程度分〔即机械强度分：2、按密度分3、按气孔构造不同分泡沫塑料的发泡方法及原理【学时安排】1个学时一、泡沫塑料的发泡方法【重点内容】〔一〕物理发泡法1、惰性气体发泡法2、低沸点的液体发泡法3、溶动身泡法4、交联发泡法〔组合泡沫塑料〕5、烧结发泡法〔二〕化学发泡法1、化学发泡剂发泡法无机发泡剂和有机发泡剂2、发泡组分间相互作用析出气体发泡法〔三〕机械发泡法PVC和脲甲醛泡沫塑料等。二、泡沫塑料的发泡原理【难点内容】1、泡沫的形成2、泡沫的增长3、泡沫的稳定泡沫塑料的成型工艺【学时安排】2个学时20分钟一、聚苯乙烯泡沫塑料【重点内容】〔一〕可发性珠粒法1、可发性聚苯乙烯珠粒的制造2、预发泡3、熟化熟化原理熟化方法4、模塑成型成型过程：工艺掌握：A温度和蒸气压：B时间：C冷却5、其它成型挤出发泡过程：对螺杆的要求：工艺掌握：注射〔二〕聚苯乙烯树脂一步法挤动身泡板材发泡成型过程工艺掌握二、聚乙烯泡沫塑料【重点内容】〔一〕聚乙烯发泡的特点1、聚烯烃结晶度高，在未到达结晶熔融温度以前，树脂几乎不能流淌，而达熔2、PE结晶度高结晶快；从熔融状态到晶态时放出大量的结晶热；熔融聚烯烃的3、聚烯烃塑料的透气性大，使发泡的气体难保持。〔二〕聚烯烃的交联交联度：〔三〕聚乙烯泡沫塑料的成型1、挤出法举例配方工艺流程2、模压法一步法配方：两步法三、其它塑料的发泡简介8－4泡沫塑料的进展【学时安排】10分钟乙烯发泡方法和常见成型工艺。烯泡沫塑料的发泡方法和成型工艺分析。【思考作业题】了解泡沫塑料的三种发泡方法，以及气发泡沫的发泡原理。PS模压的过程？熟化的目的何在？PE泡沫塑料的化学发泡法为什么先交联再发泡？承受这种方法发泡时应留意什么？了解聚氨酯泡沫塑料的发泡过程。第九章 压延成型6【重点内容】分别力的影响因素、压延工艺过程中影响因素。【根本内容】概述【学时安排】15压延根本过程、其制备平面状连续体的特点、压延用原料、压延产品。压延设备简介【学时安排】20分钟9-32一、几个概念：二、流淌分析剪切作用【重点内容】1、定义2、影响分别力因素辊距材料的种类和性质压延速度辊筒直径和长度辊筒进料处的存料量供料方式9-4【学时安排】11PVC配方：生产工艺2PVC〔无色透亮硬片〕(2)生产工艺流程〔3〕生产工艺掌握辅机工艺参数9－5压延工艺过程中的影响因素〔以软质PVC薄膜为例排】1.5一、原材料因素树脂配方中其它组分的影响影响辊温的因素：配方因素辊速的影响，压延各辊应维持肯定的温度梯度〔温差，辊筒的速比辊距和辊隙间存料压延效应 压延效应的因素。3、压延设备因素〔三高两低现象分别力影响辊筒工