成型加工第二章課件

1、第一章 高分子材料學(xué)概述一、塑料及其分類 塑料制品 塑料制品生產(chǎn)工藝二、橡膠及其分類 橡膠制品 橡膠制品生產(chǎn)工藝三、簡(jiǎn)易鑒別法 高分子材料的外觀 高分子材料的用途 燃燒試驗(yàn)一、塑料及其分類 塑料塑料-常溫下有一定形狀，強(qiáng)度較大，受力后能發(fā)生一定 形變的高分子材料。 按化學(xué)結(jié)構(gòu)分按化學(xué)結(jié)構(gòu)分：聚烯烴類、聚苯乙烯類、聚酯類、聚酰胺 類、聚醚類、聚芳雜環(huán)類、含氟聚合物 按結(jié)晶形態(tài)分按結(jié)晶形態(tài)分：結(jié)晶性塑料 無(wú)定性塑料 以受熱行為分以受熱行為分：熱塑性塑料 熱固性塑料 以塑料的使用特點(diǎn)分以塑料的使用特點(diǎn)分：通用塑料 工程塑料 特種塑料通用通用塑料1特性特性 熱塑性-具有可塑性且可逆 熱固性-具有可塑性

2、但不可逆PE PP PS PVC PF2 物理特性物理特性 體積密度：0.9-1.5g/cm3 吸水及透氣性：0.01%-1.5%3 機(jī)械特性機(jī)械特性 硬度：與其他材料相比較低， 在使用時(shí)表面易劃傷。表面摩擦系數(shù)：較低， 不同 塑料差異大。彈性模量 ：(0.48-14)*10MPa 軟弱性制品 軟而韌性好制品 硬而脆性制品 硬而韌性好制品 硬而強(qiáng)度好制品剛度與強(qiáng)度 ：20-50MPa4 熱性能熱性能 脆化溫度Tc 玻璃化溫度Tg 流動(dòng)（粘流）溫度Tf 晶性聚合物熔點(diǎn)溫度Tm 分解溫度Td5 電性能電性能 一般比玻璃、陶瓷好 介電常數(shù)及介質(zhì)損耗小可減少電能消耗 體積電阻及表面電阻大是理想絕緣材料

3、 某些塑料不受頻率影響，用于雷達(dá)、電視等高頻技術(shù)中6 穩(wěn)定性能穩(wěn)定性能 耐化學(xué)腐蝕性：耐酸、堿、溶劑、油類 耐光化性：光、熱、射線等會(huì)使塑料老化變形，須加防 老劑阻緩其老化 收縮性：收縮率絕對(duì)值較大且易波動(dòng)使用溫度 熱塑 50-90C 熱固100-200C工程塑料 PC PA POM ABS PET特性特性：體積密度小，比強(qiáng)度大，耐磨、吸震、自潤(rùn)滑性好，抗沖等化學(xué)性能穩(wěn)定，耐腐蝕電絕緣性和耐熱性好原料易得，取自石油、煤、天然氣加工方便，生產(chǎn)效率高與傳統(tǒng)材料相比，有明顯缺點(diǎn)應(yīng)用須注意的關(guān)鍵事項(xiàng)應(yīng)用須注意的關(guān)鍵事項(xiàng) 了解零部件的使用及工作環(huán)境 設(shè)計(jì)塑件尺寸時(shí)要留有余地 考慮吸濕吸水性，加工前須干燥

4、 工程塑料的疲勞極限 制成制品后的調(diào)濕及后處理特種工程塑料特種工程塑料導(dǎo)電、導(dǎo)磁、感光、壓電等材料導(dǎo)電、導(dǎo)磁、感光、壓電等材料共混型特種塑料合金 塑料共混 PE/PA-降低PA吸水性 PE/PC-改善PC耐應(yīng)力開裂 橡塑共混 NR/PS-改善PS脆性 NBR/PVC-改善耐油、耐熱及沖擊性 塑料與其他材料共混 ：可制成導(dǎo)電、導(dǎo)磁、增強(qiáng)、 耐熱耐磨、減震等材料共混制特種塑料合金的目的 提高塑料自身物理機(jī)械性能、電性能 改善耐老化性及環(huán)境應(yīng)力開裂性能 改善某些塑料的成型工藝性能 廢物回用，防污染，降低成本塑料制品簡(jiǎn)介 薄膜類薄膜類：農(nóng)地膜、工膜、包裝膜、大棚膜、收縮膜、復(fù)合膜等 片、板材類片、板材

5、類：PET片、PP片材、PVC透明片材；冰箱內(nèi)襯板、汽車及飛機(jī)用內(nèi)飾板、家居裝飾板、鋪地材料等 異性材異性材：門窗型材、密封條及特殊截面形狀的型材 管材、捧材管材、捧材：冷熱水管、護(hù)套管、波紋管、鋁塑管、玻璃鋼管、聚四氟乙烯棒材、酚醛絕緣棒等 電線電纜電線電纜：PE及PVC電纜料、絕緣或護(hù)套電線電纜、通信電纜 中空容器中空容器：飲料瓶、水壺、油箱、進(jìn)油管、化學(xué)容器 注射制件注射制件：保險(xiǎn)杠、替代金屬的結(jié)構(gòu)件、周轉(zhuǎn)箱、電氣插接件 民用制品民用制品：整理箱、玩具、燈飾等 泡沫塑料泡沫塑料：PS泡沫、PU泡沫及其他泡沫塑料塑料制品應(yīng)用發(fā)展趨勢(shì)包裝包裝 ：膜、容器、捆扎帶、托盤：膜、容器、捆扎帶、托盤

6、 適應(yīng)食品、飲料提高其保護(hù)功能，延長(zhǎng)貨架壽命的高阻滲包裝和無(wú)菌包裝制品 適應(yīng)微波爐、電子灶的耐熱性包裝制品 適應(yīng)果蔬氣調(diào)環(huán)境的保鮮包裝制品 適應(yīng)糧食等貯運(yùn)、銷售的防霉、防蟲包裝 適應(yīng)農(nóng)副產(chǎn)品加工用的選擇滲透性包裝 適應(yīng)環(huán)保需要用后可自行分解的包裝制品交通運(yùn)輸交通運(yùn)輸 適應(yīng)汽車減重節(jié)能的需求 可設(shè)計(jì)強(qiáng)，易滿足汽車的外形及結(jié)構(gòu)要求 零部件一體化，縮短新產(chǎn)品開發(fā)周期 耐沖擊，適應(yīng)汽車提高安全性的要求 耐腐蝕性、耐化學(xué)藥品性，滿足汽車全天候的要求建筑業(yè)建筑業(yè) 重視森林保護(hù)和能量效率 滿足高性采光 新型鋪地制品 美化家居、辦公的塑料壁紙 新型屋頂材料電子電氣電子電氣 復(fù)雜微型化薄壁插接件 傳導(dǎo)、導(dǎo)電小型

7、精密元件 高阻燃電纜制品 塑料光纖農(nóng)業(yè)農(nóng)業(yè) 有色地膜 功能性薄膜塑料制品生產(chǎn)基本工藝塑料制品生產(chǎn)基本工藝制品構(gòu)成制品構(gòu)成：塑料+助劑+支撐（骨架）材料原料原料單體單體樹脂樹脂塑料塑料成型工藝成型工藝塑料制品塑料制品成型成型予處理機(jī)械加工機(jī)械加工修飾修飾裝配裝配預(yù)熱干燥預(yù)壓壓制擠出注射吹塑壓延層壓發(fā)泡熱成型鑄塑其他車削銑削鉆孔鋸削剪、沖切其他挫削磨削拋光涂飾印刷表面金屬化粘合焊接機(jī)械裝配其他加工二、橡膠及其分類 橡膠-室溫下具有高彈性，即受到很小外力，形變可達(dá)10倍以上，去除外力后有能恢復(fù)原狀的高分子材料。 天然橡膠：自然界植物中采集的一種高彈性物質(zhì)。 煙片膠 膠乳 凝固 壓片 熏煙 縐片膠 分

8、白縐片和褐縐片 風(fēng)干膠片 膠乳 用酸凝固 壓片 風(fēng)干 烘干 顆粒膠或標(biāo)準(zhǔn)膠 分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)：雜質(zhì)含量、塑性保持率 合成橡膠：通用橡膠 SBR、CR、BR、IR、EPR、EPDM 特種橡膠NBR、MQ、FPM、UR、CPE 其它橡膠：粉末橡膠、液體橡膠、熱塑性橡膠橡膠制品 輪胎類輪胎類：實(shí)心輪胎-用于載重，慢速場(chǎng)合。 充氣輪胎-用于高速運(yùn)行車輛。 膠帶類膠帶類：運(yùn)輸膠帶-承載和輸送物料。 傳動(dòng)膠帶-傳遞動(dòng)力：平型帶、V帶、齒型同步帶 膠管膠管：輸送固、液、氣體的園斷面空心橡膠制品。 膠鞋制品膠鞋制品：分民用類、勞保鞋、文體用鞋類 工業(yè)橡膠制品工業(yè)橡膠制品：俗稱橡膠雜品 模型制品-采用模具進(jìn)行模壓硫化的

9、制品。 非模型制品-防護(hù)類膠布及其制品：墊布、潛水服等 工業(yè)用膠布及其制品：橡皮船、救生筏等橡膠制品生產(chǎn)基本工藝橡膠制品生產(chǎn)基本工藝制品構(gòu)成：生膠+配合劑+骨架材料生膠烘膠切膠塑煉配合劑予加工稱量配合混煉纖維織物浸膠、熱處理壓延擠出溶劑膠漿制造成型金屬材料表面處理硫化成品橡膠橡膠膠料膠料半成品半成品成品成品塑煉成型硫化三、簡(jiǎn)易鑒別法 高分子材料外觀透明性：結(jié)晶、非晶、厚薄顏色：無(wú)色（半）透明 白色-ABS、POM顆粒 其他顏色-常為黃棕色制品外型：手感和機(jī)械性能： 高分子材料的用途：每種材料都有其特定應(yīng)用場(chǎng)合，可作為一種判據(jù)。 燃燒試驗(yàn) 受熱行為試驗(yàn)方法，在試樣燃燒時(shí)觀察以下現(xiàn)象：試樣是否能點(diǎn)

10、燃，是否能燃燒；試樣是否能自熄，離火自熄；火焰的顏色試樣是否變形、龜裂，是否滴落，是否燒焦；聲響氣味影響高分子材料性能的主要因素 化學(xué)因素化學(xué)因素 物理因素物理因素 制造方法制造方法結(jié)構(gòu)單元的特性 分子量及其分布 聚合方法立體規(guī)整性結(jié)晶性反應(yīng)擠出法共聚物組成粒徑與粒度分布 聚合物的反應(yīng)性交聯(lián)成型時(shí)取向合金化技術(shù)端基粘度與成型性填充型復(fù)合物結(jié)構(gòu)缺陷低分子化合物支化程度第一節(jié) 影響材料性能的化學(xué)因素一、聚合物分子構(gòu)成1 共價(jià)鍵的形式鍵能主鏈斷裂的難易成型時(shí)的穩(wěn)定性使用時(shí)的耐候性氫鍵/范德華力對(duì)材料或制品性能有影響2 元素：碳鏈高分子 C-C 雜鏈高分子 C-O 、C-S 、C-N 元素有機(jī)高分子3

11、 側(cè)基：影響材料的性能二、立構(gòu)規(guī)整性聚合物的空間構(gòu)型等規(guī)立構(gòu) 間規(guī)立構(gòu) 無(wú)規(guī)立構(gòu) 同一種單體，用不同的聚合方法可制得結(jié)晶或非結(jié)晶的高分子材料，雖然其化學(xué)結(jié)構(gòu)相同，但它們的物理機(jī)械性能卻有相當(dāng)大的差別。如PP等規(guī)立構(gòu)間規(guī)立構(gòu)無(wú)規(guī)立構(gòu)-不能結(jié)晶，室溫下是黏稠的液體，不能作塑料不能結(jié)晶，室溫下是黏稠的液體，不能作塑料有較高的結(jié)晶度，具有一定的強(qiáng)度和硬度，有較高的結(jié)晶度，具有一定的強(qiáng)度和硬度，都是很好的塑料。但兩者的規(guī)整性不同，性都是很好的塑料。但兩者的規(guī)整性不同，性能上表現(xiàn)出一定的差異。見表能上表現(xiàn)出一定的差異。見表1-4三、共聚物組成1 單體比例：如 丁腈橡膠（NBR）丁二烯丙烯腈15365010

12、0丁腈橡膠（NBR）聚丁二烯順丁橡膠彈性好低溫性好（BR）強(qiáng)度高硬度高耐溫性好聚丙烯腈腈綸纖維（PAN）2 序列分布：無(wú)規(guī)/嵌段/接枝共聚物 表1-6四、交聯(lián)1 熱固性塑料的交聯(lián)：三維體型結(jié)構(gòu) 工業(yè)上交聯(lián)一詞常用硬化、熟化等詞代替，但硬化度不同于交聯(lián)度。交聯(lián)度100%而硬化度 100% 過(guò)熟100% 欠熟=100% 最佳狀態(tài)（交聯(lián)很難進(jìn)行完全）2 熱塑性塑料的交聯(lián)：提高性能如 泡沫塑料應(yīng)用交聯(lián)工藝提高泡孔壁的強(qiáng)度3 橡膠的硫化：二維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)橡膠必須通過(guò)硫化，才能體現(xiàn)使用價(jià)值4 影響交聯(lián)密度的因素：溫度/時(shí)間/用量/官能度五、基團(tuán)與端基1 聚合物的活性基團(tuán)對(duì)加工和使用性能的影響對(duì)加工方法的影響：

13、無(wú)活性基團(tuán)-熱塑性塑料，可反復(fù)多次成型。有活性基團(tuán)-橡膠和熱固性塑料，只能一次成型。對(duì)使用性能的影響：順丁膠氯丁膠CH2CH2CH2CH2CHCHCHnn()()CCI含氯，極性，雙鍵不易活動(dòng)。耐老化、耐油，但耐低溫性下降。2 端基端基的產(chǎn)生：引發(fā)劑的殘基 鏈終止方式 鏈轉(zhuǎn)移 未反應(yīng)的殘留官能團(tuán)端基對(duì)聚合物性能的影響：熱性能-對(duì)熔點(diǎn)的影響光熱穩(wěn)定性：PVC-不飽和端基引發(fā)脫HCIPOM-降解從端基開始利用端基對(duì)聚合物改性和功能化PP-g-MAH與PA6的-NH2端基反應(yīng)第二節(jié) 影響材料性能的物理因素一、分子量及其分布1 分子量與Tg:MnTg2 分子量與加工性能： MnMi3 分子量對(duì)加工性能

14、的影響指標(biāo)分子量成型收縮率離模膨脹效應(yīng)加工效應(yīng)流動(dòng)性表觀粘度粘流溫度4 分子量與制品性能指標(biāo)分子量拉伸強(qiáng)度沖擊強(qiáng)度抗彎強(qiáng)度伸長(zhǎng)率蠕變熱變形溫度如 PE：拉伸強(qiáng)度200 拉伸后強(qiáng)度3GMaPE通過(guò)拉伸取向度接近100%，充分發(fā)揮了C-C主鏈的高結(jié)合強(qiáng)度，其性能超過(guò)了常用的Kevlar纖維和C纖維5 分子量分布Mw/Mn5時(shí)，分子量分布窄Mw/Mn5時(shí)，分子量分布寬對(duì)于塑料-分布窄，有利于制品性能均一，但加工較困難。 分布太寬，易形成魚眼。 分布適當(dāng)，既利于加工，又可獲得良好性能。雙峰分布的樹脂比較理想對(duì)于纖維-分布窄，利于性能均一和提高。6 反映分子量的指標(biāo)門尼黏度橡膠熔融指數(shù)樹脂（聚烯烴）聚合

15、程度熱固性樹脂（用滴點(diǎn)溫度和落球黏度測(cè)量）二、結(jié)晶性1 結(jié)晶度f(wàn)w=WcWcWa+*100%fv=VcVcVa+*100%影響結(jié)晶性的因素： 鏈的對(duì)稱性鏈的規(guī)整性側(cè)基及取代基柔韌性與分子間力聚合方法對(duì)結(jié)晶度的影響：表1-21結(jié)晶形態(tài):斜方、單斜、三斜晶型結(jié)晶過(guò)程：在加工中熔體冷卻結(jié)晶通常生成球晶； 而高應(yīng)力下熔體能生成纖維狀晶體。熔體中某些有序區(qū)域雜質(zhì)本體微區(qū)冷卻形成晶坯初始晶核長(zhǎng)至臨界晶片鏈重排初始球晶沿晶軸方向生長(zhǎng)并偏離長(zhǎng)大球晶結(jié)晶過(guò)程=成核過(guò)程+晶體生長(zhǎng)過(guò)程成核方式和結(jié)晶方式成核方式：均相成核-純聚合物中由于熱起伏而自發(fā)生成 晶核，過(guò)程中晶核密度連續(xù)上升。異向成核-不純聚合物中，某些物質(zhì)

16、（成核劑、 雜質(zhì)、殘余結(jié)晶）起晶核作用而成 結(jié)晶中心，引起晶體生長(zhǎng)，過(guò)程中 晶核密度不變。結(jié)晶方式：靜態(tài)結(jié)晶過(guò)程-等溫條件下結(jié)晶動(dòng)態(tài)結(jié)晶過(guò)程-非等溫條件下結(jié)晶 通常情況成型加工是非等溫的過(guò)程，并受各種應(yīng)力、環(huán)境的影響。結(jié)晶溫度： Tg T Tm 分子熱運(yùn)動(dòng)自由能大于內(nèi)能，難以形成有序結(jié)構(gòu)。TTg 鏈段運(yùn)動(dòng)被凍結(jié)，不能分子發(fā)生重排和形成結(jié)晶。2 結(jié)晶與性能結(jié)晶對(duì)力學(xué)性能的影響：表1-22密度結(jié)晶度對(duì)阻隔性能的影響：表1-26隨著結(jié)晶度增加，透水性、透氧性變小。光學(xué)性質(zhì)：物質(zhì)的折光率與密度有關(guān)。兩相并存的聚合物-呈乳白色，不透明結(jié)晶度減少時(shí)-透明性增加完全非晶的聚合物-透明熱性能：非晶聚合物-最高

17、使用溫度為Tg 結(jié)晶聚合物-最高使用溫度為Tm收縮率：表1-283 結(jié)晶與成型成型條件對(duì)結(jié)晶度的影響熔融溫度和熔融時(shí)間：T： 高低t： 長(zhǎng)短均相成核異相成核V： 慢快尺寸： 較大小而均勻成型壓力： 應(yīng)力有利于成核應(yīng)力大分子取向誘發(fā)成核冷卻速度： 驟冷-非晶態(tài)，易產(chǎn)生應(yīng)力；緩慢冷卻-可獲得一定的結(jié)晶度，球晶大；中速冷-有利晶核生成和晶體長(zhǎng)大，性能好。通常采用中等的冷卻速度，冷卻溫度選擇在Tg-Tmax（玻璃化溫度到最大結(jié)晶速度的溫度）之間。成型后后處理二次結(jié)晶-指一次結(jié)晶后，在殘留的非晶區(qū)和結(jié)晶不完整 的部分區(qū)域內(nèi)，繼續(xù)結(jié)晶并逐步完善的過(guò)程。后結(jié)晶-指部分來(lái)不及結(jié)晶的區(qū)域，在成型后繼續(xù)結(jié)晶的 過(guò)

18、程。在這一過(guò)程中不形成新的結(jié)晶區(qū)域，而在 球晶界面上使晶體進(jìn)一步長(zhǎng)大，是初結(jié)晶的繼續(xù)。注：紅色顯示二者區(qū)別兩者均對(duì)性能不利，可通過(guò)熱處理加速這兩個(gè)過(guò)程的解決，但不徹底。退火-對(duì)有結(jié)晶傾向的聚合物，可以使其：非晶態(tài)轉(zhuǎn)為晶態(tài)不穩(wěn)定晶型結(jié)構(gòu)穩(wěn)定的晶型結(jié)構(gòu)微小的晶粒較大的晶粒提高性能淬火-改善制品的韌性、沖擊性能。三、粒徑與粒度分布聚合物加工常用的物料形式： 顆粒料、粉料、成型片狀料而PVC、CPE等主要以粉料進(jìn)行加工PVC乳液聚合法-粉末狀，粒經(jīng)小，易吸油懸浮聚合法-球狀，粒經(jīng)較大，吸油慢1 粒度-主要影響混合物的均勻性 對(duì)相同重量的樹脂來(lái)說(shuō)，粒度越大，則粒數(shù)越少，總比表面積越小，與助劑接觸的機(jī)會(huì)越

19、少，混合不均勻。但粒度太小，粉塵會(huì)更多。2 粒度分布：影響熱穩(wěn)定性。PVC影響聚合物的接枝率。PP四、成型過(guò)程中的取向剪切作用拉伸作用流動(dòng)取向拉伸取向 取向的單元如果繼續(xù)存在于制品中，則制品的整體就將出現(xiàn)各向異性。特意形成-拉伸。如薄膜、單絲等。力圖消除模壓。各向異性易引起內(nèi)應(yīng)力集中。1 流動(dòng)取向熱固性塑料模壓制品中的纖維狀填料的定向澆口模壓扇形片狀物熱塑性塑料模壓制品中聚合物分子的定向?qū)捄耖L(zhǎng)圖1圖2澆口澆口定向程度漸大定向程度漸小定向程度小注：表示定向程度最大點(diǎn)結(jié)論： 分子定向是流動(dòng)速度梯度誘導(dǎo)而成的，而這種梯度又是剪應(yīng)力造成的。減除或減低應(yīng)力時(shí)，分子定向會(huì)被分子熱運(yùn)動(dòng)所摧毀。2 拉伸取向在TgTm(Tf)之間，可進(jìn)行拉伸生產(chǎn)一些產(chǎn)品。對(duì)薄膜來(lái)講：?jiǎn)屋S拉伸OPP、OPE雙軸拉伸BOPP、BOPS、 BOPA、BOPET由拉伸得到的薄膜，由于具有彈性恢復(fù)記憶（解取向）在重新加熱至Tg以上時(shí)，將會(huì)沿著原來(lái)的拉伸方向發(fā)生較大的收縮。-制造熱收縮膜拉伸定向機(jī)理：瞬時(shí)彈性變形-是一種瞬息可逆的變形。是由分子鍵角的扭變和分子鏈的伸長(zhǎng)造成的。類似虎克定律分子排直變形-排直是無(wú)規(guī)線團(tuán)解開的結(jié)果，排直方向與應(yīng)力方向相同。分子定向部分，在Tg之下變形被凍結(jié)。黏性變形-與液體的變形一樣，是分子