聚合物的加工性质演示文稿

聚合物的加工性质演示文稿当前第1页\共有51页\编于星期三\10点（优选）聚合物的加工性质当前第2页\共有51页\编于星期三\10点本门课程的研究对象、性质

高分子材料具有其它传统材料不能比拟的突出性能，在尖端技术、国防建设和国民经济各个领域已经成为不可缺少的材料。而大多数高分子材料需要经过成型加工才能形成制品，制品的质量取决于材料的选择和加工条件。当前第3页\共有51页\编于星期三\10点高分子材料成型加工与工艺是控制高分子制品结构和性能的中心环节，其内容涉及化学、物理、力学、机械、计算机模拟与控制等多学科，它的任务是了解高分子材料加工特性，确定最适宜的加工条件和设备，制得最佳产品，为合成具有预期性能的高分子材料提供理论依据，为解决高技术的突破提供关键材料。当前第4页\共有51页\编于星期三\10点第一章概论材料的加工性质当前第5页\共有51页\编于星期三\10点[教学内容和要点]

聚合物加工的概念、本门课程研究的主要任务、加工过程中聚合物的变化、聚合物加工过程与形式。重点是聚合物加工的基本概念和研究的基本任务。当前第6页\共有51页\编于星期三\10点1.1

聚合物材料的加工性聚合物的可挤压性、可模塑性、可纺性与可延性1.2

聚合物加工过程中的粘弹性行为

聚合物的粘弹性形变与加工条件的关系

粘弹性形变的滞后效应当前第7页\共有51页\编于星期三\10点

[思考题]1）聚合物成型加工主要研究的任务是什么？2）聚合物加工的过程由几步组成？3）聚合物加工的形式有哪些？试举例说明。4）聚合物加工中的松弛时间是如何表示的？当前第8页\共有51页\编于星期三\10点聚合物加工是将聚合物(有时还加入各种添加剂、助剂或改性材料等)转变成实用材料或制品的一种工程技术。要实现这种转变，就要采用适当的方法。研究这些方法及所获得的产品质量与各种因素(材料的流动和形变的行为以及其它性质、各种加工条件参数及设备结构等)的关系，就是聚合物加工这门技术的基本任务。

当前第9页\共有51页\编于星期三\10点加工过程中聚合物表现出形状、结构和性质等方面的变化。形状转变往往是为满足使用的最起码要求而进行的，例如将粒状或粉状聚合物制成各种型材、各种形式的制品等，大多数情况下总是使聚合物流动或变形来实现形状的转变。当前第10页\共有51页\编于星期三\10点材料结构的转变包括聚合物组成、组成方式、材料宏观与微观结构的变化等.这种转变主要是为满足对成品内在质量的要求而进行的，一般通过配方设计、原材料的混合、采用不同加工方法和成型条件来实现。当前第11页\共有51页\编于星期三\10点大多数情况下，聚合物加工通常包括两个过程：(1)

使原材料产生变形或流动，并取得所需要的形状，(2)

设法保持取得的形状（即固化)。

当前第12页\共有51页\编于星期三\10点聚合物加工与成型通常有以下形式：1.

聚合物熔体的加工2.

类橡胶状聚合物的加工3.

聚合物溶液的加工

4.

低分子聚合物或预聚物的加工5.聚合物悬浮体的加工

当前第13页\共有51页\编于星期三\10点根据加工方法的特点或聚合物在加工过程变化的特征，可用不同的方式对这些加工技术进行分类。常见的一种分类方法是根据聚合物在加工过程是否有物理或化学变化，而将这些加工技术分为三类：当前第14页\共有51页\编于星期三\10点第一类是加工过程主要发生物理变化。热塑性聚合物的加工属于此类。例如注射成型、挤出成型、压延成型等。加工过程中聚合物都必须加热到软化温度或流动温度以上，通过塑性形变或流动而成型，并通过冷却固化而得成品。当前第15页\共有51页\编于星期三\10点第二类是加工过程只发生化学变化的。如铸塑成型中单体或低聚物在引发剂或热的作用下因发生聚合反应或交联反应而固化。当前第16页\共有51页\编于星期三\10点第三类则是加工过程中同时兼有物理和化学变化的。热固性塑料的模压成型、注射成型和传递模塑成型以及橡皮的成型等。

当前第17页\共有51页\编于星期三\10点这些加工技术大致包括以下四个过程：（1）混合、熔融和均化作用；（2）输送和挤压；（3）拉伸或吹塑；（4）冷却和固化当前第18页\共有51页\编于星期三\10点第一篇聚合物加工的理论基础当前第19页\共有51页\编于星期三\10点

第一章材料的加工性质当前第20页\共有51页\编于星期三\10点聚合物具有一些特有的加工性质：良好的可模塑性(Mouldability)，可挤压性(Extrudability)，可纺性(Spinnability)，可延性(Stretchability)。

正是这些加工性质为聚合物材料提供了适于多种多样加工技术的可能性，也是聚合物能得到广泛应用的重要原因。当前第21页\共有51页\编于星期三\10点第一节聚合物材料的加工性当前第22页\共有51页\编于星期三\10点根据聚合物所表现的力学性质和分子热运动特征，可以将聚合物划分为玻璃态(结晶聚合物为结晶态)、高弹态和粘流态，通常称这些状态为聚集态。在聚合物及其组成一定时，聚集态的转变主要与温度有关。当前第23页\共有51页\编于星期三\10点熔融纺丝注射成型薄膜吹塑挤出成型压延成型中空成型真空和压力成型薄膜和纤维热拉伸薄膜和纤维冷拉伸图1-1线型聚合物聚集态与成型加工的关系当前第24页\共有51页\编于星期三\10点

聚合物在加工过程中都要经历聚集态转变，了解这些转变的本质和规律就能选择适当的加工方法和确定合理的加工工艺，在保持聚合物原有性能的条件下，能以最少的能量消耗，高效率地制得质量良好的产品。当前第25页\共有51页\编于星期三\10点玻璃化温度Tg以下的聚合物，在外力作用下大分子主链上的键角或键长可发生一定变形，弹性模量高，形变值小，故玻璃态聚合物不宜进行引起大变形的加工。在Tg以下的某一温度，材料受力容易发生断裂破坏，这一温度称为脆化温度，它是材料使用的下限温度。

当前第26页\共有51页\编于星期三\10点

在Tg以上的高弹态，聚合物模量减少很多，形变能力显著增大，形变是可逆的。达到高弹形变的平衡值与完全恢复形变不是瞬时的，高弹形变有时间依赖性，因此应充分考虑到加工中的可逆形变。对于非晶聚合物，在Tg～Tf温度区间靠近Tf一侧，由于聚合物粘性很大，可进行某些材料的真空成型、压力成型、压延和弯曲成型等。当前第27页\共有51页\编于星期三\10点高弹态的上限温度是Tf，由Tf(或Tm)开始聚合物转变为粘流态，通常又将这种液体状态的聚合物称为熔体。从Tf开始，材料在Tf以上不高的温度范围表现出类橡胶流动行为。这一转变区域常用来进行压延成型、某些挤出成型和吹塑成型等。当前第28页\共有51页\编于星期三\10点比Tf更高的温度使分子热运动大大激化，材料的模量降低到最低值，聚合物熔体形变的特点是不大的外力就能引起宏观流动，形变主要是不可逆的粘性形变，冷却聚合物就能将形变永久保持下来，因此这一温度范围常用来进行熔融纺丝、注射、挤出、吹塑和贴合等加工。

当前第29页\共有51页\编于星期三\10点

Tf与Tg一样都是聚合物材料进行成型加工的重要参考温度。当前第30页\共有51页\编于星期三\10点一、聚合物的可挤压性可挤压性是指聚合物通过挤压作用形变时获得形状和保持形状的能力。

当前第31页\共有51页\编于星期三\10点聚合物在固体状态下不能通过挤压而成型，只有当聚合物处于粘流态时才能通过挤压获得形变。挤压过程中，聚合物熔体主要受到剪切作用，可挤压性主要取决于熔体的剪切黏度和拉伸黏度。大多数聚合物熔体的黏度随剪切力或剪切速率增大而降低。当前第32页\共有51页\编于星期三\10点材料的挤压性质与聚合物的流变性(剪应力或剪切速率对粘度的关系)，熔融指数和流动速度密切有关。有关流变性和流动速率的测定和计算将在第二章中讨论。当前第33页\共有51页\编于星期三\10点熔融指数是评价热塑性聚合物特别是聚烯烃的挤压性的一种简单而实用的方法，它是在熔融指数仪中测定的。这种仪器只测定给定剪应力下聚合物的流动度(简称流度，即粘度的倒数)。用定温下10分钟内聚合物从出料孔挤出的重量（克）来表示，当前第34页\共有51页\编于星期三\10点当前第35页\共有51页\编于星期三\10点二、聚合物的可模塑性可模塑性是指材料在温度和压力作用下形变和在模具中模制成型的能力。可模塑性主要取决于材料的流变性，热性质和其它物理力学性质等，热固性聚合物还与聚合物的化学反应性有关。

当前第36页\共有51页\编于星期三\10点过高的温度，虽然熔体的流动性大，易于成型，但会引起分解，制品收缩率大；温度过低时熔体粘度大，流动困难，成型性差。适当增加压力，能改善聚合物的流动性，但过高的压力将引起溢料(熔体充满膜腔后溢至模具分型面之间)和增大制品内应力；压力过低时则造成缺料。当前第37页\共有51页\编于星期三\10点A-成型区域；a-表面不良线；b-溢料线；c-分解线；d-缺料线

模塑面积图当前第38页\共有51页\编于星期三\10点加工过程广泛用来判断聚合物可模塑性的方法是螺旋流动试验。它是通过一个阿基米德螺旋形槽的模具来实现的。聚合物熔体在注射压力推动下，由中部注入模具中，伴随流动过程熔体逐渐冷却并硬化为螺线。螺线的长度反映不同种类或不同级别聚合物流动性的差异。螺线愈长，聚合物流动性愈好。

当前第39页\共有51页\编于星期三\10点当前第40页\共有51页\编于星期三\10点通过螺线流动试验可以了解：（1）聚合物在宽广的剪切应力和温度范围内的流变性质；（2）模塑时温度、压力和模塑周期等的最佳条件；（3）聚合物分子量和配方中各种添加剂成分和用量对模塑材料流动性和加工条件的影响关系；（4）成型模具浇口和模腔形状与尺寸对材料流动性和模塑．条件、的影响。当前第41页\共有51页\编于星期三\10点三、聚合物的可纺性可纺性是指聚合物材料通过加工形成连续的固态纤维的能力。它主要取决于材料的流变性质，熔体粘度、熔体强度以及熔体的热稳定性和化学稳定性等。作为纺丝材料，首先要求熔体从喷丝板毛细孔流出后能形成稳定细流。

当前第42页\共有51页\编于星期三\10点纺丝过程由于拉伸和冷却的作用都使纺丝熔体粘度增大，也有利于增大纺丝细流的稳定性。但随纺丝速度增大，熔体细流受到的拉应力增加，拉伸形变增大，如果熔体的强度低将出现细流断裂。所以具有可纺性的聚合物还必须有较高的熔体强度。当前第43页\共有51页\编于星期三\10点四、聚合物的可延性可延性表示无定形或半结晶固体聚合物在一个方向或二个方向上受到压延或拉伸时变形的能力。材料的这种性质为生产长径比很大的产品提供了可能。利用聚合物的可延性，可通过压延或拉伸工艺生产薄膜、片材和纤维。

当前第44页\共有51页\编于星期三\10点当固体材料在Tg～Tm(或Tf)温度区间受到大于屈服强度的拉力作用时，就产生宏观的塑性延伸形变。在形变过程中在拉伸的同时变细或变薄、变窄。当前第45页\共有51页\编于星期三\10点随着取向程度的提高，大分子间作用力增大，引起聚合物粘度升高，使聚合物表现出“硬化”倾向，形变也趋于稳定而不再发展。取向过程的这种现象称为“应力硬化”。当应力达到e点，材料因不能承受应力的作用而破坏，这时的应力称为抗张强度或极限强度。形变的最大值称为断裂伸长率。

当前第46页\共有51页\编于星期三\10点聚合物通过拉伸作用可以产生力学各向异性，从而可根据需要使材料在某一特定方向(即取向方向)具有比别的方向更高的强度。当前第47页\共有51页\编于星期三\10点第二节聚合物加工过程中的粘弹行为当前第48页\共有51页\编于星期三\10点为什么要研究粘弹性行为?由于聚合物大分子的长链结