《材料制备与成型加工技术》课件-绪论

绪

论材料制备与成型加工技术（Materialpreparationandmoldingprocessingtechnology）教材选择:《高分子材料成型加工技术》主编杨小燕国家级精品课程教材课程性质:材料工程技术专业—核心课程《材料制备与成型加工技术》基本情况（Basicinformation）授课方式（Teachingmethods）（1）授课精品共享课网站智慧职教授课录像（2）自学

将要点（部分章节）出专题、查资料、写报告（3）理实一体化课程实训课外兴趣小组学分：4学分

学时：68学时（理实一体化28学时）

先修课程：高分子化学、高分子物理、高分子材料助剂及配方技术、模具等涉及课程：机电控制基础、计算机、高分子材料改性、流体力学、高聚物合成工艺学、高分子材料性能测试等教学对象：材料工程技术专科生《材料制备与成型加工技术》教学大纲（Teachingprogram）授课内容及考核（Teachingcontentandassessment）主要讲授：绪论、挤出成型加工技术、注射成型加工技术、压制成型加工技术、压延成型加工技术、其他成型加工技术学习要求材料和制品性能(Materialandproductproperties)03材料的加工性能和使用性能，影响材料加工性能和使用性能的因素，材料成型加工工程中的化学变化和物理变化，材料制品性能与材料性质的关系，材料制品性能与成型加工的关系，成型工艺条件对材料制品性能的影响及其控制，材料的改性及其应用。成型加工(Formingandprocessing)02料制品各种成型方法及操作，成型工艺特点，成型工艺的适应性，成型工艺流程，成型设备结构及作用原理，成型工艺条件及其控制，成型工艺在橡胶、塑料、纤维加工中的共性和特殊性，各种高分子材料制品的成型加工过程，成型加工新工艺和新方法。高分子材料（macromoleculematerial）01材料定义，高分子材料工程特征，高分子材料及其制品的制备方法，高分子材料的组成，添加剂的作用、机理、品种及其选择，高分子材料配方设计原则，配方分析，影响高分子材料性能的化学因素和物理因素。一、高分子材料（Polymermaterials）1、材料分类010203金属材料(Metalmaterial)无机非金属材料(Inorganicnon-metallicmaterials)有机高分子材料(Organicpolymermaterial)（一）材

料材料的制备（加工）(preparation)材料的结构(structure)2、材料四要素（TheFourElementsofMaterials）材料的性能(property)材料的使用性能(usability)材料四要素之间关系(relation)一定的组成可加工性形状的保持性使用性能经济性再生性3、材料的特点（CharacteristicsofMaterials）constitutemachinabilityshaperetentionusabilityeconomicalefficiencyrenewable（二）高分子材料（Polymermaterials）高分子材料：是一定配合的高分子化合物(macromolecularcompound)（由主要成分树脂或橡胶和次要成分添加剂组成）在成型设备中，受一定温度和压力的作用下熔融塑化，然后通过模塑制成一定形状，冷却后在常温下能保持既定形状的材料制品。1、制造性能良好的高分子材料的三个关键因素(Threekeyfactor)适宜的材料组成(compose)1正确的成型加工方(method)2合理的成型机械及模(mould)3按照用途分类：00塑料(plastic)01

橡胶(rubber)

02化学纤维(chemicalfiber)03涂料(coating)04粘合剂(adhesive)05弹性体(elastomer)06高分子合金(alloy)072、高分子材料的分类（ClassificationofPolymerMaterials）三大合成材料常用高分子材料的英文名称和缩写高密度聚乙烯HDPE（highdensitypolyethylene）低密度聚乙烯LDPE（lowdensitypolyethylene）聚丙烯PP（polypropylene）聚氯乙烯PVC（polyvinylchloride）聚苯乙烯PS（polystyrene）ABS（acrylonitrile-butadiene-styrene）树脂（resin）热塑性塑料（thermoplastic）热固性塑料（thermoset/thermosettingplastic）聚合物（polymer）大分子（macromolecule/macromole）橡胶（rubber)热塑性弹性体TPE(thermoplasticelastomer)天然橡胶NR(naturalrubber)合成橡胶SR(syntheticrubber)顺丁橡胶BR(butadienerubber)丁苯橡胶SBR(butadiene-styrenerubber)丁腈橡胶NBR(acrylonitrile-butadienerubber)乙丙橡胶EPR(ethylene-propylenerubber)氯丁橡胶CR(chloroprenerubber)丁苯热塑性橡胶SBS(butadiene-styrenethermoplasticrubber)按照高聚物来源分类结构高分子材料－－利用它的强度、弹性等力学性能功能高分子材料－－利用它的声、光、电、磁、热和生物等功能按照材料学观点天然高分子材料－－天然高聚物(natural)合成高分子材料－－合成高聚物(compound)2、高分子材料的分类（ClassificationofPolymerMaterials）（1）塑料与橡胶制品的差异(Differencesbetweenplasticandrubberproducts)塑料的玻璃化温度高于室温，处于玻璃态，呈现塑性；橡胶的玻璃化温度低于室温，在室温下通常处于高弹性，呈现弹性。Tg是聚合物的主要特征温度之一，它是无定形聚合物由玻璃态向高弹性的转变温度，或半结晶型聚合物的无定形相由玻璃态向高弹态的转变温度。聚合物分子链的链段开始运动的温度。按受热时的行为不同热固性塑料(thermoset)－－不能重复加工使用热塑性塑料(thermoplasticity)－－可重复加工使用按用途和性能分类通用塑料(general-purposeplastics)工程塑料(engineeringplastics)（2）塑料分类（Classificationofplastics）工程塑料(Engineeringplastic)01是指拉伸强度大于50MPa，冲击强度大于6kJ/m2，长期耐热温度超过100℃的、刚性好、蠕变小、自润滑、电绝缘、耐腐蚀性能等优良的、可替代金属用作结构件的塑料。02No.1（3）橡

胶(rubber)No.2橡胶是室温下具有粘弹性的高分子化合物，在适当配合剂存在下，在一定温度和压力下硫化（适度交联）而制得的弹性体材料（橡胶制品）。按用途和性能可将橡胶分为通用橡胶和特种橡胶。No.1（4）热塑性弹性体(TPE，thermoplasticelastomer)No.2其分子结构中一部分或全部由具有橡胶弹性的链段所组成，大分子链之间存在化学或物理交联而成的网状结构，起补强作用，常温下显示橡胶的弹性。而高温下，网状结构消失，呈现塑性，冷却下网状结构又复原。P1人造纤维(artificialfiber)P2合成纤维（syntheticfibre）（5）化学纤维（Chemicalfibers）（6）高分子合金（PolymerAlloy）塑料与塑料、塑料与橡胶、嵌段共聚、互穿聚合物网络等制成的宏观上均相、微观上分相的一类材料的总称。添加剂(additive)（助剂）：是为了改善高分子材料加工性能和制品的使用性能而使用的辅助材料，作为制品的次要成分同样是必不可少的。01添加剂的分类：工艺性添加剂、功能性添加剂02010203二、添加剂（Additive）工艺性(manufacturability)添加剂功能性(functionality)添加剂•

有利于高分子材料的加工。•

如：热稳定剂、抗氧剂、润滑剂、脱模剂、塑氧剂、软化剂、增塑剂等。•

可赋予高分子材料制品一定的性能，也可使制品原有性能得到某种程度的改善。•

如：抗氧剂、光稳定剂、热稳定剂、金属钝化剂、防霉剂、阻燃剂、发泡剂、防静电剂、填充剂、偶联剂、抗冲剂等。（一）添加剂的分类（Classificationofadditives）工艺性添加剂(Technologicaladditives)功能性添加剂(Functionaladditive)与高分子化合物的配伍性(compatibility)耐久性(durability)加工适性(processibility)制品性能的制约性(constraints)不同添加剂之间的相互作用性(nteraction)经济性(economy)（二）添加剂选用原则（Principleofadditiveselection）（一）高分子材料的特征(characteristic)质轻、拉伸强度低、韧性好、传热系数小、电气绝缘性优良、成型加工性优良、减震消音性能好、减磨耐磨自润滑、耐腐蚀性优良、透光性良好、着色性良好等。其它一些特殊的功能。耐侯性差、热膨胀系数大、耐热性差、易燃等。三、高分子材料的制造（ManufacturingofPolymerMaterials）011、高分子化合物的制造(Manufactureofpolymercompounds)02聚合反应(polymerizationreaction)－－利用聚合反应制造高分子化合物03高分子反应(Polymerreaction)－－利用高分子化合物的化学反应性制备一定性能高分子化合物04复合化(compound)－－采用接枝反应、相容剂等制备高分子合金，或采用偶联技术制备功能高分子化合物。（二）高分子材料的制造（ManufacturingofPolymerMaterials）2、高分子材料加工(Polymermaterialprocessing)通常是使固体状态（粉状或粒状）、糊状或溶液状态的高分子化合物熔融或变形，经过模具形成所需的形状，并保持其已经取得的形状，最终得到制品的工艺过程。制造过程如下：（1）成型加工过程的四个阶段00原材料的准备01使原材料产生变形或流动，并成为所需的形状02材料或制品的固化(solidification)03后加工和处理，以改善材料或制品的外观、结构和性能。04（2）成型加工的几种形式(Severalformsofmoldingprocessing)高聚物的熔体加工高聚物的溶液加工类橡胶状聚合物的加工低分子聚合物或预聚物的加工高聚物悬浮体的加工固体高聚物的机械加工12

01可挤压性(extrudability)

02可模塑性(Malleability)

03可延展性(extensibility)

04可纺性(spinnability)（3）成型加工性能（Formingprocessingperformance）1在聚合物成型加工过程中，高聚物将发生物理和化学变化，从而引起形状、结构和性质的变化。2形状的变化主要是指粒状(granularity)、粉状或溶液状的物料经成型加工过程而制成各种型材和制品3结构的变化指组成（配方）、材料宏观与微观结构的变化4性质的变化涉及物理机械性能、热性能、电性能、耐腐蚀性能(anti-corrosion)、耐侯性等。玻璃化转变温度Tg(glass-transitiontemperature))01粘流温度Tf(viscousflowtemperature)02结晶温度Tm(crystallizationtemperature)03分解温度Td(decompositiontemperature)04高分子材料的特征温度：（4）成型加工的温度（Temperatureofformingandprocessing）在Tg以下只能进行机械加工(machining)01对于结晶聚合物可在Tg-Tm进行薄膜和纤维的拉伸(stretch)02对于大多数高分子材料在粘流温度Tf（结晶温度Tm）附近进行成型加工(contourmachining)03挤出成型(extrusion)01注塑成型(injection)02模压成型(mouldpressing)03吹塑成型(blow)04压延成型(rolling)05传递模塑(transfer)06发泡成型(foam)07浇铸成型(casting)08二次成型(twice)09（5）成型加工的主要方法（Themainmethodsofformingandprocessing）3、塑料的成型加工(Plasticmoldingprocessing)原料－－树脂（粒状、粉状）：PE、PP、PA、PET、PS等热塑性塑料及热固性塑料。

助剂（添加剂）：热稳定剂、光稳定剂、润滑剂、着色剂、增塑剂、填料、防静电剂、防霉剂、紫外线吸收剂等。注塑成型挤塑成型吹塑成型传递模塑成型层压成型浇铸成型模压成型旋转成型涂覆成型成型方法（Moldingmethod）formingmethod热塑性塑料的成型流程及方法（树脂＋添加剂）

混炼

造粒

热塑性塑料

各类成型工艺注塑成型一定形状的模塑制品

挤塑成型连续状管、带、线状制品吹塑成型空心瓶、桶状制品、薄膜压延成型塑料薄膜层压成型板材浇铸成型特殊塑料制品发泡成型泡沫塑料（Thermoplasticmoldingprocessandmethod）热固性塑料成型流程及方法（Thermosettingplasticformingprocessandmethod）4、橡胶的成型加工(Rubbermoldingprocessing)橡胶及其制品的主要原料是生胶，同时还要加入各种配合剂，采用纤维材料和金属材料作为骨架。制造胶浆时还需大量溶剂。橡胶工业配合剂有上千种，主要是硫化剂、硫化促进剂、活性剂、防焦剂、防老剂、软化剂、增强剂、填充剂、着色剂等。橡胶及其制品的成型加工基本过程(Thebasicprocessofrubberanditsproducts)塑炼、混炼、压出、压延、成型、硫化0101化学纤维的成型通常又称为纺丝（spinning）。化学纤维生产中，采用最多的是熔体纺丝和湿法纺丝，其次是干法纺丝。（1）熔体纺丝流程(Meltspinningprocess)5、化学纤维的成型加工（Chemicalfiberformingandprocessing）（2）溶液法纺丝流程(Solutionspinningprocess)

纺丝的几个过程:纺丝溶液或熔体的制备纺丝溶液或熔体的纺前准备纺丝纤维的拉伸及后处理或纺织加工BAC橡胶工业发展不足100年，约4000万吨塑料工业发展史也很短，产量1.5亿吨化学纤维工业发展不足100年，约4000万吨四、高分子材料工业的历史与未来（Historyandfutureofpolymermaterialsindustry）（一）天然高分子材料生产、应用与研究开发(Production,applicationandresearchanddevelopmentofnaturalpolymermaterials)天然纤维（棉花、麻、羊毛、蚕丝）织物三叶橡胶树

胶乳

橡胶制品桐油、天然漆

油漆植物纤维

手工造纸天然淀粉煮炼

胶粘剂天然高聚物深加工（化学、物理、机械法）改性人造材料19世纪20~40年代，天然橡胶的塑炼及硫化的发展，其后发明了相应的塑化硫化设备。19世纪后半期，以从植物纤维中提取的纤维素为原料，成功地研制开发化学纤维。最早试制成功的是硝酸纤维素纤维。19世纪60年代还制得纤维素醋酸酯，制成醋酸纤维素塑料（赛璐珞），又制成了醋酸纤维。19世纪中叶至20世纪初，是天然高分子材料发展的兴盛时期。20世纪30年代，合成高分子出现，天然高分子材料放慢了发展的步伐，至70年代时其产量已经不及合成高分子。近年来，世界性石油(petroleum)及能源短缺和地球环境污染，天然高分子的开发利用又重新引起世界各国的高度重视。天然高分子材料不仅有良好的加工性能和使用性能，其最大的特点是原料来源丰富。地球上可供使用的天然高分子种类多，供应量大，还可不断再生。废弃的材料或制品可以自然生物降解，不会造成环境的长期污染。所以大力发展天然高分子材料有着重要的意义。12（二）合成高分子材料的研究、开发、生产与应用(Research,development,productionandapplicationofsyntheticpolymermaterials)1907年，成功生产了世界上第一种合成高聚物－－酚醛树脂20世纪30年代，由于高分子理论的建立和发展，推动了合成高分子材料工业的快速发展。20世纪40年代起，石油化工的发展，使合成高分子原料路线由煤、粮食转向石油。合成高分子材料的品种和产量激增，至20世纪80年代初达到鼎盛时期。20世纪20-40年代，工业化的塑料(Industrialplastics)品种有：脲醛树脂、聚氯乙烯、聚苯乙烯、聚乙烯、聚酰胺、醇酸树脂、聚甲基丙烯酸甲酯、ABS等。0120世纪50年代又有聚氨酯(polyurethane)塑料的投产，之后工程塑料兴起：聚四氟乙烯、高密度聚乙烯、聚甲醛、聚酰亚胺、聚砜、聚苯硫醚、聚苯并咪唑等。02第一种合成橡胶是1910年试生产的甲基橡胶(methylrubber)，1929年开始了聚硫系橡胶的生产。0120世纪30年代又实现了丁钠橡胶、丁苯橡胶、氯丁橡胶、丁腈橡胶的工业化。0220世纪40-60年代，有聚异丁烯橡胶、丁基橡胶、聚氨酯橡胶、硅橡胶、氟橡胶、丙烯酸酯橡胶、异戊橡胶、氯磺化聚乙烯橡胶、顺丁橡胶和乙丙橡胶。031939年生产的聚酰胺66纤维（PA66、锦纶66、尼龙66）1941年PA6亦投产1950年聚丙烯腈纤维（腈纶）、聚乙烯醇甲醛纤维（维纶）1957年聚丙烯纤维（丙纶）1953年聚对苯二甲酸乙二醇酯纤维（涤纶）其后又有了氨纶、氯纶等最新合成纤维材料。010203040506第一种工业化生产的合成