材料成型加工

材料成型加工

MaterialProcessing课程团队介绍王华平王海风

陈仕艳姚晶晶公共邮箱clcxjg2015@163.com密码：2015clcxjg课程设置目的体现工科学校特色－工程背景体现学科特色－纤维与无机材料提高实践能力－实例提高综合应用知识的能力－系统化课程安排和特点课程性质：必修开课对象：材料学院授课时间：30学时/2学分－实际32学时授课方式：PowerPoint课程内容和时间安排：第二周：绪论（王华平老师）第三至九周：材料加工成型-无机篇（王海风老师）第十至十八周：材料加工成型-高分子篇（王华平、陈仕艳老师）第十九周：考试

课程主要章节和内容绪论新型陶瓷各种新型陶瓷技术工艺人工晶体各种人工晶体生长可控技术及方法特种玻璃特种玻璃的制备和加工多孔材料无机纤维绪论高分子材料加工体系－－新认识流变结晶与高分子材料加工关系高分子材料加工——单元过程机理数字化加工－－纤维成形加工微加工、辐射、等离子等加工新技术生物材料智能材料能源材料等新型材料的加工参考教材《中国材料工程大典》《聚合物成型原理及成型技术》《高分子材料成型加工原理》《高分子材料辐射加工技术及进展》《功能高分子与新技术》《环境友好材料的生产和研究》《新型无机材料》《无机材料合成》等材料科学与工程学科相关期刊选读加工方面文献《材料成型加工》课程要求

成绩评定方法平时成绩+期终考试平时成绩：20%其中：出勤、课堂纪律各10%期终考试：80%其中：个人小论文完成程度及团队汇报30%期终考试卷面成绩50%小论文要求：每个人一篇关于材料加工方面的小综述自己检索一篇有关新材料或新的加工方法或加工进展等研究的英文论文，完成精读，结合自身体会，从以下角度进行评述，并重新成文。

论文基本结构简要表述，研究目的与意义、研究方法与结果表述方法的合理性、内容的创新性？论文的不足之处等？推测材料组成、特征与加工工艺的关系，预测加工工艺与结构性能等关系？要求：题目要求范围小而新，表达自己的见解体会，约5000字(不含图表），12月20号前与英文稿一起提交。考试内容一、选择题（每题2分，共计20分）二、填空题（每空1分，共计15分）三、名词解释（每题3分，共计15分）四、论述题（在下列5个题目中任意选择3题进行回答，每题10分，共计30分）五、思考题（在下列2个题目中任意选择1题进行回答，20分）绪论1.材料—人类文明及发展的物质基础

材料科学技术既古老又年轻，既普通又深奥

古老：材料的历史和人类社会的历史同样悠久年轻：至今依然保持着蓬勃发展的生机普通：与每个人的衣食住行息息相关深奥：包含许多让人充满希望又困惑的难解之迷材料：具有满足制定工作条件下使用要求的形态和物理性状的物质称之为材料

当代文明的三大支柱：信息、能源、材料材料发展史石器时代青铜器时代铁器时代硅时代新材料时代绪论1.材料—人类文明及发展的物质基础绪论1.材料—人类文明及发展的物质基础用工程塑料、复合材料替代金属趋势

工程塑料

金属塑料0.101.0520104060708090200010轻质化、结构功能一体化、高性能化绪论1.材料—人类文明及发展的物质基础材料成型加工是实验科学与技术实践早于理论材料科学与技术水平取决于人类发现与发明能力，与其它科学与技术相辅相成，尤其与合成与加工技术相关绪论1.材料—人类文明及发展的物质基础

新技术革命——新材料、信息技术、生物技术新材料及装备业－－制造业基础新材料高技术发展需要具有特殊性能传统材料不具

备的优异性能用新技术提高性能或出现新功能绪论2.材料科学与工程分类按原材料分类金属材料无机（非金属）材料有机高分子材料复合材料按应用分类结构材料工程材料信息材料功能材料建筑包装医用农用纺织按成型加工分类金属材料加工---液态成型到固态成型无机（非金属）材料加工有机高分子材料加工复合材料加工按学科分类材料学材料成型与加工材料物理与化学材料科学与工程本课程教学内容绪论3.材料成型加工-目的材料科学与工程四要素材料科学与工程：研究相关材料组成、结构、制备工艺流程与材料性能和用途关系的知识的产生及其作用性质properties使用效能performance组成与结构composition-structure合成与生产过程synthesis-processing绪论3.材料成型加工-目的材料的高性能化和功能化-----先进性最终产品的要求（材料物理化学）原材料及性质（化学及合成工艺）确定并优化：成型加工的工艺/方法及工程实施绪论3.材料成型加工-目的塑料粒料不同的工艺流程不同实用价值材料成型加工学绪论4.材料成型加工-内容（重点）1原料特性的认知-成形加工性能

2产品性能及结构的表征-服务性能3工艺原理（演变规律）--过程与基本要素4工程技术与装备—实施绪论4.材料成型加工-内容正确选择原料、认识特性选择恰当的成型加工工艺和机械设备制造合格的材料制品不同原料不同成型加工工艺及设备学习内容4.1天然材料的加工与利用—原料特性纤维素/离子液体/水三元体系的相平衡基于Boom等提出的聚合物三元体系中浊点数据的线性关系方程LCP(LinearizedCloudpointCurveCorrelation)，建立全浓度区域的相分离曲线成型机理4.2DiscontinuousStapleFiber工程装备Characteristics

Spinningspeed: 600-2,500m/minDrawingspeed: 100-300m/minCapacity: upto200tons/dayTiterrange: 0.9-70dtexAdvantagesveryhighfiberqualityveryfinestaplefibers4.3PANCF制备工艺流程26技术集成与控制重点解决基于工艺与专用装备的高精度快速响应的多工序数字控制集成技术－稳定性！27PETPEPP/PE/PVC4.4瓶级聚酯回收料特点

含有聚苯乙烯、聚乙烯、不干胶、糖份、纸片、水份等杂质

主要影响成品纤维的色泽、纺丝组件的使用寿命及成品的其他技术指标废瓶料聚酯的纺丝比纤维级聚酯切片的纺丝要困难得多

难点：原料来源繁杂分子量分布宽粘度范围大等再生涤纶高性能化功能化PET：依据来源，一般瓶片含第三单体有机高分子：PP、PE、PS、PVC、PEN、PLA、PTT、PBTPC、PMMA等有机添加剂：染料、助剂、表面活性剂、苯并咪等无机添加剂：颜料、Tio2、炭黑、催化剂等杂质：灰尘等再生PET原料组成再生涤纶高性能化功能化－原料体系的综合利用技术再生涤纶差别化功能化加工技术难点与问题均匀性稳定性可加工性关注基于原料特性的改性技术－共性技术原料特性：高粘度高收缩应力面料蓬松；阳离子可染光泽可控（亮度、透光度、反射度）染色可控（深度、纯度、牢度、鲜艳）手感可调（柔软、干爽、温暖、凉爽）功能（抗紫外、抗菌、保健等）组合

高效（5％以内）低成本化可行性再生涤纶原料的高性能化功能化技术PVCPP/PEPENPET有效利用瓶片中PEN增加再生聚酯的刚性和回弹性萘环结构使PEN比PET具有更高的物理机械性能有效利用分子链上Cl键生产功能化抗菌纤维有效利用瓶片中PP、PE与PET熔点相近，……利用原位一步共沉淀法制备Al/Si包覆的纳米TiO2技术，具有高分散性、高稳定性（03132217.4）建立纳米TiO2/热塑性高聚物纺丝工程模型，形成高温高压高剪切纺丝工艺,成功应用于实际生产热塑性高聚物功能纳米材料纺丝成形共混造粒纳米复合树脂纳米复合纤维卷绕纳米技术及纳米结构纳米复合功能材料：微米时代－纳米时代！菌种抑菌率(%)金黄葡萄球菌MSSA100金黄葡萄球菌NRSA98.5大肠杆菌100铜绿假单杆菌99.9桔草菌95.0沙门豕杆菌95.0奈瑟氏淋球菌95.0抗菌、抑菌、抗病毒纤维

(纳米银、单质银、可再生含氯…)功能改性技术绪论4.材料成型加工-内容1.成型与加工低成本化系统化、高速化、自动化：优化工艺，提高产能与灵活性2.提高通用材料附加值改性与加工新技术微量改性，新聚酯、微孔塑料等；激光加工、磁控加工、辐射加工,振动加工,精细加工（微纳加工）、超声加工,等离子加工、

非稳态加工、数字化加工、虚拟加工等3.新材料成型与加工高性能材料、高功能材料、高智能（感性）材料、生物材料加工等绪论5.新材料及其成型加工外力T=40℃镍-钛合金1958年，美国海军军械实验室冶金师布勒意外发现的奇特现象，温度对合金的组织结构和硬度可能有很大影响1963年，当温度达某一定值，即称为转变温度时，就会完完全全恢复到原来的弯曲形状，是一种记忆现象。绪论5.新材料及其成型加工“永不忘本”的形状记忆合金

1969年7月20日阿姆斯特朗东方夏令时间晚10:56“对一个人来说，这是迈出一小步；但对人类来说，这是跨了一大步。绪论5.新材料及其成型加工我国航空能源技术：轻质大面积300－500m2/3Kg，自动展开2007年国家科技进步二等奖

绪论5.新材料及其成型加工金属镍金属钛1形状记忆合金薄膜真空蒸发法离子束增强沉积法激光熔融方法直流和射频磁控溅射方法应用于微电子机械系统新型驱动元件传感元件绪论5.新材料及其成型加工2合金纱合金合金纱形状合金织物形状记忆花式纱线形状记忆针织物（人工喉管，支撑架等器官）形状记忆机织物绪论5.新材料及其成型加工1微孔塑料性能及制备

所谓微孔塑料是指泡孔直径在1～10μm(比普通泡沫塑料小几百倍)、泡孔密度在109～1012个/cm3(单位体积中泡孔的个数)之间的泡沫塑料图1：微孔塑料成型过程图3：微孔塑料注射成型系统示意图图2：微孔塑料连续挤出系统示意图绪论5.新材料及其成型加工气体溶解在塑料中形成均相体系，通过快速降压或升温形成气泡核，然后气泡核进行成型定型，得到微孔塑料合成塑料与气泡剂微孔塑料加工方法特殊结构和功能的新型材料－Nike应用绪论5.新材料及其成型加工绪论5.新材料及其成型加工信息社会的神经——光纤子父2009年诺贝尔物理奖1971年，第一公里高纯度光纤问世1981年光纤通讯系统投入使用绪论5.新材料及其成型加工信息社会的神经——光纤2007年12月27号台湾7.2级地震调查显示：97%用户无法正常访问国外网站

57%用户认为工作生活受到了严重影响

绪论5.新材料及其成型加工100亿个电话或1000万套电视节目中间是直径为8微米或50微米具有高折射率的纤芯，外面裹上低折射率的包层，最外面是塑料护套，整个外部直径为125或250微米高聚物光纤（POF）的性能与制备高聚物光纤,亦称有机光纤,是以透明高聚物为芯材、用比芯材折射率低的高聚物为皮材所组成的能传输光线的纤维。目前广泛使用的是塑料光纤,橡胶光纤正在开发研究中,两者统称高聚物光纤(POF)聚合物

纺丝包层和拉伸光缆加工具有特殊结构和功能的有机光纤

低损耗POF耐热POF耐热POF耐湿POF

……

透明性好适当的折射率耐高温性强韧性

……绪论5.新材料及其成型加工聚合物种类纤维加工技术

透光率传输损耗

聚合物光纤性能与用途

GI型POF制作方法全反射型POF制作方法棒管法沉积法复合纺丝法两步共聚法界面-凝胶共聚法用引发剂扩散控制法绪论5.新材料及其成型加工绪论5.新材料及其成型加工49绪论5.新材料及其成型加工50绪论5.新材料及其成型加工51绪论5.新材料及其成型加工52绪论5.新材料及其成型加工53绪论6.材料成型加工的明天材料制备工艺和技术的开发工艺流程智能化原子或分子加工，自组装系统研究差别化纤维的构效关系

（重点研究吸水、导湿、保暖、蓬松、柔软、染色、光泽、生物可控降解、防熔滴阻燃、抗静电、抗老化、抗紫外、耐久性功能性与纤维结构的关系）开发微量改性熔体直纺技术开发差别化功能化纤维设计与加工专家系统建立集纤维工艺与装置特征、差别化功能化结构与性能与一体的纤维新产品快速发应体系熔体直纺微量改性体系纤维设计与数字化加工技术表面功能构筑技术纤维表面表面构筑剂普通纤维材料表面构筑技术亲/疏水基团抗菌基团条件应激性基团等等特定功能纤维材料条件应激性智能纤维材料功能性表面构筑纤维的化学锚固技术可控性自由基接枝共聚常温常压连续等离子体处理紫外线引发表面处理反应纺丝工艺绪论6.材料成型加工的明天纳米技术与材料下一次工业革命？新型纤维素纤维资源使用的原料来源多样化，除棉短绒、木材外，有竹子、农作物废料如秸秆、甘蔗渣、椰壳等，此外还有生物合成纤维素如细菌纤维素等，如竹浆资源与麻浆资源等近年来已受到了广泛的关注。原生纤维:棉、毛、丝、