第七章成型物料的配制

第七章成型物料的配制第1页，课件共86页，创作于2023年2月概述塑料及制品的成型加工过程第2页，课件共86页，创作于2023年2月以高分子化合物（树脂）为主体，配以一定的添加剂，能够在加热加压作用下塑化成型为一定形状制品，常温下不再变形的材料。塑料第3页，课件共86页，创作于2023年2月塑料分类

1.按塑料受热行为：分为热塑性塑料和热固性塑料热塑性塑料受热后会从固体状态逐步转变为流动状态。这种转变理论上可重复无穷多次。热塑性塑料是可以再生的。例如：聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯、聚苯乙烯和涤纶树脂等。绝大多数高分子化合物为热塑性高分子。第4页，课件共86页，创作于2023年2月塑料分类热固性塑料受热后先转变为流动状态，进一步加热则转变为固体状态。这种转变是不可逆的。即热固性塑料是不可再生的。能通过加入固化剂使流体状转变为固体状的高分子。例如：酚醛树脂、环氧树脂、氨基树脂、不饱和聚酯、聚氨酯、硫化橡胶等。第5页，课件共86页，创作于2023年2月塑料分类

2.按塑料使用功能：分为通用塑料和工程塑料塑料通用塑料:产量大，价格便宜，原料来源丰富，应用面广。力学性能和热性能比较差，作为非结构材料使用。例如：聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯、聚苯乙烯酚醛和氨基塑料等，占塑料总量的80％。第6页，课件共86页，创作于2023年2月塑料分类

2.按塑料使用功能：分为通用塑料和工程塑料塑料工程塑料:具有优异的力学性能、热性能、尺寸稳定性、耐化学腐蚀性或能满足特殊要求的塑料，作为结构材料使用。例如：

聚甲醛、聚酰胺、聚碳酸酯、聚酯、聚苯醚、聚砜、聚酰亚胺、聚苯硫醚、聚四氟乙烯、改性聚丙烯、聚醚醚酮等。第7页，课件共86页，创作于2023年2月常见热塑性塑料（P205）1.聚乙烯2.聚丙烯3.聚氯乙烯4.聚苯乙烯及苯乙烯共聚物第8页，课件共86页，创作于2023年2月常见热塑性塑料5.聚甲醛6.聚酯7.聚酰胺8.聚碳酸酯9.聚氨酯第9页，课件共86页，创作于2023年2月1）

结构单元：

聚乙烯（PE－polyethylene）：——CH2—CH2——［］2）种类：（a）HDPE（b）LDPE（c）LLDPE（d）UHMWPE第10页，课件共86页，创作于2023年2月

3）性质：①耐化学腐蚀；②良好的电绝缘性和高频介电性能；③韧性、耐寒性好；④较低的摩擦系数；⑤不易吸水；⑥不耐热，不耐大气老化。第11页，课件共86页，创作于2023年2月

4）应用：

聚乙烯是塑料中产量最大的一类品种，属于结晶性塑料，外观乳白，半透明。低密度聚乙烯(LDPE)

：日用制品、薄膜、软质包装材料、层压板、电线电缆包覆等。线性低密度聚乙烯(LLDPE)

：超薄薄膜、农用地膜、拉伸缠绕膜、注塑制品、电缆护套等

高密度聚乙烯(HDPE)：小负荷齿轮和轴承、管材、阀门、高频电缆绝缘层、硬质包装材料等。第12页，课件共86页，创作于2023年2月UHMWPE分子量100～400万。北京助剂二厂生产。线型结构，结晶困难，相对密度不超过0.94。与普通PE相比：具有极好的耐磨性、低摩擦性、极高的耐冲击性、自润滑性好、耐腐蚀、生理相容性好。硬度低、耐热性较差、加工困难及抗蠕变性差。应用：耐磨输送管道，机械零件，医用材料。第13页，课件共86页，创作于2023年2月1）

结构单元：

聚氯乙烯（PVC－polyvinylchloride

）：2）

性质：具有较高的强度、刚性；良好的电绝缘性、耐化学腐蚀性；能溶于四氢呋喃和环已酮等有机溶剂；具有阻燃性；但热稳定性较差，使用温度较低，介电常数、介电损耗较高。——CH2—CH——［］Cl│第14页，课件共86页，创作于2023年2月3）应用：

纯聚氯乙烯属无规立构，无色透明，硬而脆，很少应用。常利用橡胶和增塑剂对其改性处理。

硬聚氯乙烯：用于工业管道、给排水系统、板件、管件、建筑及家用防火材料，化工防腐设备及各种机械零件。

增塑（软）聚氯乙烯：用于窗帘、桌布、雨衣、手提箱、人造革、墙纸；农用薄膜、耐酸碱软管及电线电缆包覆层等。第15页，课件共86页，创作于2023年2月1）

结构单元：

聚丙烯（PP-polypropylene)）：

2）

性质：无毒、无味、无臭、半透明蜡状固体。密度小，力学性能高于聚乙烯；耐热性、耐水性良好，化学稳定性好；但不耐芳香族和氯化烃溶剂，耐寒性差，易老化。——CH2—CH——［］CH3│第16页，课件共86页，创作于2023年2月3）应用：

聚丙烯属等规立构，结晶性塑料，外观乳白半透明。主要用于家庭厨房用具、包装薄膜、医疗器械、高频绝缘材料；化工管道、家用电器部件等，以及汽车及机械零部件，如车门、方向盘、齿轮、接头等。第17页，课件共86页，创作于2023年2月1）

结构单元：

聚苯乙烯（PS-polystyrene

）：2）

性质：

无毒、无味、无色透明状固体。电绝缘性优良，介电损耗极小；耐化学腐蚀性优良，但不耐苯、汽油等有机溶剂；强度较低，硬度高，脆性大，不耐冲击，耐热性差，易燃。——CH2—CH——［］│第18页，课件共86页，创作于2023年2月

3）应用：

聚苯乙烯属无规立构，非晶性塑料，高度透明（透光率为88～92％）。

主要用于日用、装潢、包装及工业制品；仪器仪表外壳、灯罩、光学零件、装饰件、透明模型、玩具、化工储酸槽，包装及管道的保温层，冷冻绝缘层等。第19页，课件共86页，创作于2023年2月1）

结构单元：

聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA-polymethylmethacrylate

）：2）

性质：

较高的强度和韧性、优良的光学性能，透光率比普通硅玻璃好（透光率约为91～93％）；优良的电绝缘性；耐化学腐蚀性好，热导率低；但硬度低，表面易擦伤，耐磨性差，耐热性不高。CH2—C—]—［│CH3COOCH3│第20页，课件共86页，创作于2023年2月

3）应用：

聚甲基丙烯酸甲酯又称有机玻璃，属无规立构，非晶性塑料。

主要用于飞机、汽车的窗玻璃和罩盖，光学镜片，仪表外壳，装饰品，广告牌，灯罩，光学纤维，透明模型，标本，医疗器械等。

第21页，课件共86页，创作于2023年2月1）

结构单元：

聚四氟乙烯（PTFE）：2）

性质：

出色的耐热、耐寒能力（-180～+260℃长期使用）；摩擦系数极低，有自润滑效果；化学稳定性极佳，俗称“塑料王”；极好的电绝缘性和介电性；但强度低，抗蠕变性较差，不易加工成形。——CF2—CF2——［］第22页，课件共86页，创作于2023年2月

3）应用：

聚四氟乙烯属结晶性塑料，外观呈瓷白色，一般在360～380℃烧结成形。

主要用于轴承、垫圈等自润滑材料；高温电缆绝缘材料、电器元件；化工管道及零件；不粘锅涂层等。第23页，课件共86页，创作于2023年2月1）

结构：尼龙的品种很多，如尼龙6、尼龙66、尼龙610等。数字表示基本单元中的碳原子数目。所有尼龙分子结构单元中都有一个相同的特征基团－酰胺基：

聚酰胺（尼龙或锦纶）（PA－polyamides

）：——C—N——［］‖OH│第24页，课件共86页，创作于2023年2月

3）应用：纤维增强尼龙主要用于轴承、齿轮、高压密封圈、阀门、包装材料、输油管、汽车保险杠及丝织品等。

2）

性质：

聚酰胺属结晶性塑料，半透明，乳白，略带黄色。

由于酰胺基的存在，分子之间有很强的氢键作用，因此聚酰胺的强度高，韧性好；另外耐磨性和自润滑性好，摩擦系数低；具有良好的耐油、耐溶剂性、阻燃性；但吸水性大，热膨胀系数大，耐热性不高。第25页，课件共86页，创作于2023年2月1）

结构单元：

聚甲醛（POM-polyformaldehyde

）：——CH2—O——［］2）

性质：

具有较高的强度、硬度、刚性、韧性、耐磨性和自润滑性，耐疲劳性能高，吸水性小，摩擦系数小，耐化学品腐蚀性好，电绝缘性能良好，但热稳定性差，易燃。具有较高的综合性能，可以替代一些金属和尼龙。第26页，课件共86页，创作于2023年2月

3）均聚甲醛的改性：

工业上利用共聚反应来生成共聚甲醛，来改善热稳定性。共聚甲醛的结构单元为：

4）应用：

聚甲醛属结晶性塑料，乳白色。部分取代有色金属和合金，用于制造低载荷齿轮、轴承，塑料弹簧等。—CH2—O—［］x—CH2-CH2-CH2-CH2-O—［］y，第27页，课件共86页，创作于2023年2月1）

结构单元：

聚碳酸酯（PC-polycarbonate

）：2）

性质：

①低温冲击韧性极佳；②高模量、高强度、抗蠕变，尺寸稳定性好；—O—C—O——［］│O———C—││CH3CH3第28页，课件共86页，创作于2023年2月

3）应用：由于聚碳酸酯具有优异的综合力学性能，又高度透明，故俗称“透明金属”。纤维增强聚碳酸酯可部分取代钢、有色金属等制造仪器仪表的机械传动部件。未增强聚碳酸酯用于制作车灯罩、护目镜、安全帽、门窗玻璃甚至防弹玻璃等。③透光率高，约为86～92％；④电绝缘性好。第29页，课件共86页，创作于2023年2月1）

结构单元：丙烯晴(A)、丁二烯(B)、苯乙烯(S)三种单体（共聚生成）

ABS塑料：2）

性质：丙烯晴能提高强度、硬度、耐热性和耐腐蚀性，丁二烯能提高韧性，苯乙烯能提高电性能和成型加工性能。ABS塑料具有较好的抗冲击性能、尺寸稳定性和耐磨性，成型性好，不易燃，耐腐蚀性好，但不耐酮、醛、酯、氯代烃类溶剂。第30页，课件共86页，创作于2023年2月

3）应用：ABS作为“坚韧、质硬且刚性”的材料，是最早被人类认识和使用的“高分子合金”。用于轻载齿轮、轴承，电器外壳，汽车部件，各类容器、管道等。第31页，课件共86页，创作于2023年2月1）

聚砜（PSF）：其他热塑性塑料：聚砜是含硫的透明树脂，其耐热性抗蠕变性突出，长期使用温度可达150~174℃，脆化温度-100℃。广泛用于电器、机械、交通和医疗领域。2）

聚苯醚（PPO）：

聚苯醚是线性非晶态工程塑料，综合性能好，使用温度宽-190～190℃，耐磨性、电绝缘性和耐水蒸气性能好。主要用作在较高温度下工作的齿轮、轴承、凸轮、化工管道、阀门和外科医疗器械等。第32页，课件共86页，创作于2023年2月3）聚酰亚胺：聚酰亚胺是含氮的环形结构的耐热性树脂，其强度硬度较高，使用温度可达260℃；但加工性较差，脆性大，成本高。主要用于特殊条件下工作的精密零件，如喷气发动机供燃料系统的零件，耐高温高真空用自润滑轴承及电气设备，是航空航天工业中常用的高分子材料。第33页，课件共86页，创作于2023年2月塑料制品的成型加工过程第34页，课件共86页，创作于2023年2月塑料制品的成型加工过程树脂的合成树脂配料或专用料的生产塑料或专用料加工成型制品添加剂后加工处理树脂的合成塑料制品的加工成型后加工配料及专用料的生产第35页，课件共86页，创作于2023年2月塑料制品的成型加工过程配料及专用料的生产塑料制品的生产●挤出成型●注射成型●二次成型（中空吹塑成型）第36页，课件共86页，创作于2023年2月第七章成型物料的配制及专用料的生产配制：根据配方，通过混合等手段，将高聚物和添加剂等组分制成均匀的复合物，可为粒料或粉料。配制是塑料成型前的准备阶段第37页，课件共86页，创作于2023年2月粉状和粒状塑料配制工艺流程图第38页，课件共86页，创作于2023年2月塑料的配制包括：配方的设计，原料的准备，配料，混合，塑化，粉碎或造粒等工序。第39页，课件共86页，创作于2023年2月配方设计根据塑料制品的性能要求及生产工艺、设备的条件，在充分了解原材料（各种树脂和各种助剂的性质、结构、价格、配伍性、成型加工性、毒性等）性能的基础上，确定各种原材料的用量配比关系。第40页，课件共86页，创作于2023年2月7.1树脂与添加剂选择树脂的选择添加剂的选择第41页，课件共86页，创作于2023年2月7.1.1树脂的选择塑料的组成：树脂，添加剂（包括改性材料）在制品中成为均一的连续相能将各种添加剂粘结在一起，并赋予制品必要的物理机械性能。树脂（高聚物）的作用第42页，课件共86页，创作于2023年2月7.1.1树脂的选择聚合物(树脂)品种不同，所得制品性能和使用范围也不一样。即使同一品种由于合成方法不同，所得产品性能也不相同，成型加工工艺和制品的使用范围也有差异。例如PVC，悬浮法树脂虽比乳液法树脂的分子量低，分散性较大，但电性能好，成本低，多用在挤出和注射等成型中，用以制造电绝缘材料、硬板(管)、日常生活用品等；而乳液树脂由于粒子细，易于成糊，多用来制糊，生产搪塑制品和人造革，涂料等。第43页，课件共86页，创作于2023年2月7.1.1树脂的选择同一品种，同一方法生产的树脂，由于牌号不同，加工性能和用途都有差异。即使同一牌号树脂，由于批号不同，批与批间也有差异，因此在配料时需采用不同的工艺条件，才能保证质量和为成型提供方便。然而，聚合物或树脂本身的性能，对加工性能和产品性能影响很大树脂本身的性能对加工和产品性能影响极大，首先应选择合适的树脂第44页，课件共86页，创作于2023年2月7.1.2添加剂的选择添加剂的种类：增塑剂、稳定剂、润滑剂、填料、着色剂、发泡剂、阻燃剂、抗静电剂等。添加剂的作用：制品性能的多种要求成型加工性的要求成本的要求第45页，课件共86页，创作于2023年2月7.1.2添加剂的选择增塑剂：能减少分子间作用力，增加聚合物成型流动性和制品柔性或弹性的助剂。非极性增塑剂作用原理第46页，课件共86页，创作于2023年2月7.1.2添加剂的选择增塑剂：极性增塑剂作用原理第47页，课件共86页，创作于2023年2月7.1.2添加剂的选择增塑剂：作用原理：减少分子间作用力使用性能：降低Tg。塑料柔韧性、耐寒性↑强度、硬度、模量↓加工性能：Tf、粘度↓，流动性↑，防止热分解。要求：与聚合物的相容性好；挥发性、迁移性、溶浸性小；良好的耐热、耐光、不燃、无毒性。主要用于PVC树脂，占总消费量的80％。第48页，课件共86页，创作于2023年2月7.1.2添加剂的选择增塑剂用量对聚氯乙烯的抗张强度、断裂伸长率和熔体粘度的影响TCP－磷酸三甲酚酯，DOP－临苯二甲酸二辛酯，DOA－己二酸二辛酯DAP－临苯二甲酸二烷基7－9酯，DBP－临苯二甲酸二丁酯，DMP－临苯二甲酸二甲酯第49页，课件共86页，创作于2023年2月7.1.2添加剂的选择稳定剂：作用：防止和抑制塑料加工和长期使用及贮存过程中，由于各种外界因素（光、热、氧、射线、细菌、霉菌等）作用而引起的老化（降解或交联）。热稳定剂、光稳定剂、抗氧剂等。第50页，课件共86页，创作于2023年2月7.1.2添加剂的选择PVC热稳定剂吸收HCl，终止其对PVC降解的催化作用。如：铅盐稳定剂置换烯丙基中的活泼氯原子。如金属皂、有机锡稳定剂加成聚烯结构的双键，防止PVC的继续降解和变色。如：有机锡、环氧化合物稳定剂其它还有辅助稳定剂目前发展方向为无毒稳定剂，复合稳定剂，非重金属稳定剂第51页，课件共86页，创作于2023年2月7.1.2添加剂的选择PVC常见热稳定剂：。铅类稳定剂：三碱式硫酸铅，二碱式亚磷酸铅，无尘复合铅盐等。金属皂类稳定剂：硬脂酸钡、硬脂酸锌、硬脂酸钙、硬脂酸镉、复合型液体钡／镉稳定剂、复合型液体钙／锌稳定剂、月桂酸钡等有机锡稳定剂：二月桂酸二丁基锡、二马来酸二丁基锡、二马来酸单辛酯二辛基锡等。锑类稳定剂，如硫醇锑盐类等。其他，如稀土稳定剂、水合硅铝镁稳定剂、亚磷酸酯类稳定剂等。第52页，课件共86页，创作于2023年2月7.1.2添加剂的选择抗氧剂：代替易受氧化分解的聚合物与氧反应，防止或推迟氧对聚合物的影响，抑制聚合物的氧化。抗氧剂的作用机理分三种：一是链终止型抗氧剂，即是工业生产中的主抗氧剂；二是过氧化物分解剂，三是金属离子钝化剂，这两种是工业生产中的辅助抗氧剂。第53页，课件共86页，创作于2023年2月7.1.2添加剂的选择抗氧剂：代替易受氧化分解的聚合物与氧反应，防止或推迟氧对聚合物的影响，抑制聚合物的氧化。抗氧剂的作用机理分三种：一是链终止型抗氧剂，即是工业生产中的主抗氧剂；二是过氧化物分解剂，三是金属离子钝化剂，后两种是工业生产中的辅助抗氧剂。主抗氧剂用量一般为0.1~0.5%第54页，课件共86页，创作于2023年2月7.1.2添加剂的选择抗氧剂：聚烯烃、聚苯乙烯、聚甲醛、聚氯乙烯、聚苯醚、ABS树脂等，在制造和使用过程中都会因氧化而加速降解，使其性能变坏，加入抗氧剂可制止或推迟聚合物在正常或较高温度下的氧化过程。第55页，课件共86页，创作于2023年2月7.1.2添加剂的选择光稳定剂：能吸收光和射线或移出聚合物吸收的光能，放出没有破坏性的光能(长波的)或热能，从而减缓或免除聚合物降解。包括紫外线吸收剂，淬灭剂，先驱型紫外线吸收剂，光屏蔽剂等户外和照明用的塑料制品要加入光稳定剂。聚丙烯，聚乙烯，聚苯乙烯，聚碳酸酯等都需加入光稳定剂。用量一般为：0.01~0.5%第56页，课件共86页，创作于2023年2月7.1.2添加剂的选择第57页，课件共86页，创作于2023年2月7.1.2添加剂的选择润滑剂：作用：改进塑料熔体的流动性能，减少或避免对设备的粘附，改善脱模性，提高制品表面光洁度等。一般添加量为0.5~1%包括外润滑剂和内润滑剂。常用内润滑剂：硬脂酸及盐类。常用外润滑剂：硬脂酸、石蜡、矿物油、硅油等。对于PVC的加工十分重要。第58页，课件共86页，创作于2023年2月7.1.2添加剂的选择填料：作用：提高制品的物理性能（耐热性，硬度，耐磨性，阻燃性等），降低成本。碳酸钙，滑石粉，粘土，二氧化硅，二硫化钼等纳米材料：提高力学性能，环保型阻燃剂，杀菌一般加入聚合物中相容性和分散性不好，需用偶联剂进行处理，增加相容性及与聚合物的结合能力。第59页，课件共86页，创作于2023年2月7.1.2添加剂的选择纤维增强材料：玻璃纤维，碳纤维等，耐高温，强度高，用于汽车、化工、航空航天等高科技产业。如：PP纤维增强材料，PA纤维增强材料等。一般也需用偶联剂进行处理，以增加与聚合物的结合力。第60页，课件共86页，创作于2023年2月7.1.2添加剂的选择阻燃剂：作用：增加高聚物的耐燃烧性能卤代烃与氧化锑阻燃剂，磷氮系阻燃剂，反应膨胀型阻燃剂，无机阻燃剂等。发展方向：低卤、低烟、高效、无毒环保型阻燃剂。电线电缆，电子电器制品，建筑物室内装饰材料等。第61页，课件共86页，创作于2023年2月7.1.2添加剂的选择发泡剂：作用：使高聚物产生泡孔结构。隔热、隔音、质轻、弹性等制品。开发热点：微发泡材料。抗静电剂：防止塑料的静电危害。如：矿山用塑料。第62页，课件共86页，创作于2023年2月7.1.2添加剂的选择偶联剂：作用：提高树脂与无机材料界面的结合力，有量刑结构的物质。硅烷偶联剂，钛酸酯偶联剂等。着色剂：给予塑料色彩或特殊光学性能，有时改善制品的耐候性。第63页，课件共86页，创作于2023年2月7.1.2添加剂的选择其它：抗冲改性剂和相容剂加工改性剂和流滴剂母料助剂成核剂开口剂保鲜剂等第64页，课件共86页，创作于2023年2月7.2配方设计配方设计原则制品的性能要求；成型加工性要求；选用的原材料来源容易，产地较近，质量稳定可靠，价格合理，成本低；成型工艺成型设备第65页，课件共86页，创作于2023年2月7.2配方设计配方表示方法以高分子化合物为100份的配方表示法。此法计量容易，应用广泛，适于工业生产，大多数科研论文和报告中常用。以混合料为100份的配方表示法，各组分以质量分数表示。此法对计算原材料消耗、定额指标等较方便，便于财务的成本核算及定价。第66页，课件共86页，创作于2023年2月7.2配方设计第67页，课件共86页，创作于2023年2月7.3原料的准备在混合前要对原材料去除杂质和干燥（那些树脂需要干燥？）。一些小剂量和难分散的配合剂，为了使其在塑料中均匀分散，可以把它们制成浆料或母料，再混入混合物中。（如：色母料）配料计量是根据配方精确称量原料各组分。固体树脂和配合剂的输送可用气动源送至料仓，液状配合剂的输送可用齿轮泵管道输送至高位贮槽，为混合过程连续化创造条件。原料的预处理、配料计量，输送。第68页，课件共86页，创作于2023年2月7.4混合分布混合:使各组分作空间无规分布，各组分在混合物中浓度趋于一致。分散混合:使组分聚集体尺寸减小，相互渗透，互溶。机理：扩散，对流，剪切。混合程度评定：组成的均匀程度，物料的分散程度。主要设备：高速混合机（高搅）。润性和非润性材料，特别是粉料。将原料各组分相互分散以获得均匀的物料。第69页，课件共86页，创作于2023年2月7.4混合第70页，课件共86页，创作于2023年2月7.4混合第71页，课件共86页，创作于2023年2月7.4混合第72页，课件共86页，创作于2023年2月7.4混合第73页，课件共86页，创作于2023年2月7.4混合举例：PVC的混合工艺主要成分：PVC树脂，增塑剂，热稳定剂，冲击改性剂，色料，填料，润滑剂。加料顺序：根据制品制定。设备：热混，冷混。出料：一般以温度为准。第74页，课件共86页，创作于2023年2月7.4混合以上介绍为初混过程，也是粉料的配制过程，有些初混后可直接用于制品的生产，有些还需塑化造粒后才能生产（如很多专用料的生产）。粉