高分子加工和反應(yīng)工程

高分子加工和反應(yīng)工程Contents高分子材料制品設(shè)計(jì)的一般原則和程序高分子材料配方設(shè)計(jì)第四章高分子材料的配方設(shè)計(jì)需求是高分子材料研究、開發(fā)的原動(dòng)力，汽車輕量化、火車提速、宇宙揭秘、海洋開發(fā)等都對高分子材料提出了新的要求。研制新的高分子材料，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化、開發(fā)產(chǎn)品的新價(jià)值，造福于人類，是高分子材料科學(xué)與技術(shù)工作者的職責(zé)。另一方面，高分子材料的性能是左右其工業(yè)價(jià)值的重要因素。高分子化合物的結(jié)構(gòu)與性能、材料的組成是影響材料性能的主要因素；制造方法對材料性能具有一定的影響。在配方設(shè)計(jì)時(shí)，需注意以下因素對材料性能的影響：?制樣條件(成型方法、成型條件、試樣形狀等)---例:當(dāng)采用注射成型、擠出成型和模壓成型制作試樣時(shí)，成型壓力依次遞減，試樣的分子取向程度也依次遞減，結(jié)果性能也不同；

---如:注射成型時(shí)，料筒和模具的溫度越高，試樣分子取向的程度越低。

---對于薄的試樣，由于表面層所占的比例較大，其對拉伸強(qiáng)度等的影響比厚試樣的大。

---對于結(jié)晶性高分子，成型條件不僅影響分子取向，而且也影響結(jié)晶性，對性能的影響較顯著。?性能測試條件如：升溫速度、作用力的形式及速度。?外界因素如：溫度、濕度、使用環(huán)境及光的波長等，如耐熱性受氧的影響大；耐候性受光，尤其是紫外光的影響顯著。一方面，制品對性能的要求是多方面的，也是干差萬別的；另一方面，測定的性能是受制樣條件、測試條件及外界因素等影響的相對值。作為從事高分子材料成型加工技術(shù)人員必須了解這些影響因素，并在制品的設(shè)計(jì)和配方設(shè)計(jì)時(shí)充分考慮到這些影響。價(jià)格和對環(huán)境的影響也是兩個(gè)必須考慮的因素。在滿足性能要求的前提下，價(jià)格是支配材料制品普及程度(推廣)的決定因素。對環(huán)境的影響，事關(guān)人類持續(xù)發(fā)展的頭等大事，同樣制約了材料制品的推廣應(yīng)用(為人類社會(huì)樂于接受并大量使用)的關(guān)鍵。配方設(shè)計(jì)是一個(gè)富于挑戰(zhàn)性的、專業(yè)性很強(qiáng)的技術(shù)工作。因此，配方設(shè)計(jì)決不是各種原材料之間簡單的、經(jīng)驗(yàn)性的組合，而是在對高分子材料結(jié)構(gòu)與性能關(guān)系充分研究基礎(chǔ)上綜合的結(jié)果。一個(gè)好的制品，決不僅僅局限于配方設(shè)計(jì)，它還涉及成型加工工藝設(shè)計(jì)及成型設(shè)備的選型，制品的外觀設(shè)計(jì)及結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、模具設(shè)計(jì)等。從嚴(yán)格意義上說，實(shí)際上是制品設(shè)計(jì)；而配方設(shè)計(jì)是其核心部分。只有好的配方設(shè)計(jì)，再加上其他要素的配合，才能獲得好的制品。4.1高分子材料制品設(shè)計(jì)的一般原則和程序一、制品設(shè)計(jì)：二、設(shè)計(jì)原則：實(shí)用----按使用要求高效----能夠成型加工、加工性好、生產(chǎn)效率高經(jīng)濟(jì)----成本低三、設(shè)計(jì)程序：由于可選擇的高分子品種、牌號多樣性，可采用成型加工上藝和成型設(shè)備的可變性以及制品應(yīng)用領(lǐng)域的特殊性，尤其是高分子材料具有與金屬材料、無機(jī)材料、非金屬材料所沒有的獨(dú)特性能，如粘彈性、受使用條件和環(huán)境影響的顯著性以及靜態(tài)力學(xué)性能與動(dòng)態(tài)力學(xué)性能較大的差異性等。制品設(shè)計(jì)者只有透過現(xiàn)象，抓住本質(zhì)，深刻認(rèn)識制品設(shè)計(jì)與高分子的性能、成型加工工藝的密切相關(guān)性，利用成型加工技術(shù)對材料結(jié)構(gòu)與性能的調(diào)節(jié)手段，才能充分發(fā)揮材料的功能，以較小材料和能源消耗，獲得優(yōu)異材料制品。9(1)根據(jù)制品的使用目的和用途。確定應(yīng)具備的性能特點(diǎn)、載荷條件、環(huán)境條件、成本限制、適用標(biāo)準(zhǔn)等，這是至關(guān)重要的一環(huán)。對于零部件，還應(yīng)考慮與其他組裝件之間的內(nèi)在聯(lián)系及在整個(gè)產(chǎn)品中的地位與影響。同時(shí)應(yīng)做好數(shù)據(jù)收集(包括高分子性能數(shù)據(jù)、成型加工工藝的相關(guān)數(shù)據(jù)、應(yīng)用數(shù)據(jù)等)，制定質(zhì)量要求(提出制品性能、分析影響主要性能的因素、使用環(huán)境、裝配、應(yīng)用等)、預(yù)測需求(需求量和時(shí)間、成本水平和市場前景等)。(2)形狀造型設(shè)計(jì)。主要考慮制品的功能、剛度、強(qiáng)度和成型工藝等，應(yīng)力求做到形狀對稱、造型輕巧、結(jié)構(gòu)緊湊。畫出草圖，了解哪些件能是必需的，哪些是可選擇的；確定哪些尺寸是規(guī)定的，哪些尺寸可變。10(3)合理選材。在分析制品使用目的和用途對材料性能要求與成型加工特點(diǎn)的基礎(chǔ)上，選擇多種候選材料，試制出樣品，經(jīng)性能測試、收集用戶使用意見后，通過比較分析，確定制品最終選用的材料。通常，選擇并不是唯一的，而且每種材料各有優(yōu)缺點(diǎn)，選材時(shí)應(yīng)做到在滿足制品性能要求的前提下，“揚(yáng)長避短、合理使用”。在選材對應(yīng)考慮與成型加工工藝的相互適應(yīng)性。

(4)樣品的初步設(shè)計(jì)。包括配方設(shè)計(jì)、工藝設(shè)計(jì)、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和模具設(shè)計(jì)等，涉及原材料、工藝、成本、質(zhì)量等諸多因素，務(wù)必統(tǒng)籌兼顧。配方設(shè)計(jì)是根據(jù)制品的功能、用途、所處的環(huán)境和成型加工對性能的影響，考慮到成本因素，確定高分子化合物與添加劑的品種、規(guī)格和配比以及混合料的制備技術(shù)，配制出符合性能要求的混合料。11

工藝設(shè)計(jì)是在對多種成型工藝探討、比較的基礎(chǔ)廣，確定技術(shù)可行、經(jīng)濟(jì)合理的成型工藝條件。結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及模具設(shè)計(jì)是按使用要求，利用已有的公式或計(jì)算機(jī)軟件，對制品進(jìn)行受力分析和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，確定產(chǎn)品結(jié)構(gòu)形狀造型和模具設(shè)計(jì)，畫出模具加工圖，確定模具加工工藝條件。(5)樣品試制。在初步設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上，對試制樣品作整體檢驗(yàn)，通過試模，檢驗(yàn)并分析樣品的尺寸精度、粗糙度、成型時(shí)間、成型難易程度、設(shè)計(jì)的合理性和是否存在應(yīng)力集中等，以獲得多種不同方案的工藝條件和樣品，供測試評價(jià)用。(6)性能測試、定額測算及成本核算。由此確定技術(shù)質(zhì)量指標(biāo)、測算班(臺)產(chǎn)量及原材料、水電煤的消耗定額、成品率，核定成本，得出理想的設(shè)計(jì)方案。如不符合制品要求，則返回重新調(diào)整設(shè)計(jì)方案，再試驗(yàn)，一直到符合要求為止。(7)制品合格后，編制設(shè)計(jì)說明書及有關(guān)技術(shù)文件包括原材料標(biāo)準(zhǔn)及檢驗(yàn)方法、生產(chǎn)流程、工藝操作規(guī)程、制品企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)及檢驗(yàn)方法、環(huán)保及三廢處理、車間布置及配套設(shè)施等。13高分子材料配方設(shè)計(jì)4.2制品對材料性能的要求配方設(shè)計(jì)配方的組成配方的表示法4.2 高分子材料配方設(shè)計(jì)一、制品對材料性能的要求制品對性能的要求是多方面的，也是千差萬別的，要滿足全部性能的材料是不存在的，也是不必要的，只能抓住主要矛盾，用其所長，避其所短。必要時(shí)也可進(jìn)行共混或復(fù)合。下表列出了高分子材料制品的各種主要性能，供選擇用。高分子材料制品的主要性能二、配方設(shè)計(jì)

在一個(gè)優(yōu)秀的配方設(shè)計(jì)中，高分子化合物通過與添加劑的配合，以允許發(fā)揮其物理機(jī)械性能，改善成型加工性能，降低制品成本，提高經(jīng)濟(jì)效益。因此，配方設(shè)門必須滿足以下基本原則：

1)制品的性能要求；

2)成型加工性能的要求；

3)選用的原材料來源容易，產(chǎn)地較近，質(zhì)量穩(wěn)定可靠，價(jià)格合理；

4)配方成本應(yīng)在滿足上述三條的前提下，盡量選用質(zhì)量穩(wěn)定可靠、價(jià)格低的原材料；必要時(shí)采用不同品種和價(jià)格的原材料復(fù)配；適當(dāng)加入填充劑，降低成本。配方設(shè)計(jì)的一般步驟為：1)在確定制品性能和用途的基礎(chǔ)上，收集高分子化合物和添加劑等各種原材料的資料，初定產(chǎn)外形狀、尺寸及各部件的作用及成型加工方法。如能利用已經(jīng)建成的數(shù)據(jù)庫，則資料將更充整，且獲取時(shí)也更便捷。2)初選材料，并進(jìn)行配方設(shè)計(jì)及試驗(yàn)，先可設(shè)計(jì)若干個(gè)配方，進(jìn)行小樣壓片試驗(yàn)過性能測試初定合格的配方，再進(jìn)行擴(kuò)大試驗(yàn)，確定加工性能。

3)依獲得的材料性能數(shù)據(jù)或憑經(jīng)驗(yàn)，進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)(壁厚及其他尺寸)。

4)制成實(shí)物模型，進(jìn)行實(shí)樣試驗(yàn)或模擬試驗(yàn)。

5)再設(shè)計(jì)與再試驗(yàn)。如性能不合格，需再篩選配方。

6)依模型試驗(yàn)相制品成本，進(jìn)行最終選材和配方設(shè)計(jì)。

7)材料規(guī)范化(原材料規(guī)格、牌號、產(chǎn)地、驗(yàn)收標(biāo)淮、監(jiān)測項(xiàng)目和監(jiān)測方法等)。配方設(shè)計(jì)要考慮的問題：1、加什么？（選什么？）2、加多少？3、協(xié)同效應(yīng)。（相互影響）總之，既要符合使用性能，又要適應(yīng)加工性能。配方的制定是一個(gè)經(jīng)驗(yàn)加理論的過程：初始工作人員：要反復(fù)修改多次才得到一個(gè)配方；經(jīng)驗(yàn)工作人員：可能一次性得到合理配方；現(xiàn)在已經(jīng)發(fā)展到：計(jì)算機(jī)進(jìn)行配方設(shè)計(jì)。配方的指定過程：1、基本配方：主體+交聯(lián)劑+穩(wěn)定體系試驗(yàn)所添加的配合劑的合理性，包括種類、用量（要求用量穩(wěn)妥）。2、性能配方：基本配方+性能體系針對某種性能要求：往往專門提高某一（些）性能。3、實(shí)用配方：性能配方+加工體系、成本體系要考慮原料的來源、生產(chǎn)的可行性和經(jīng)濟(jì)性，要全面考慮。

基本配方、性能配方、實(shí)用配方是相互制約、相互影響的?；九浞绞紫忍岢鲆唤M配合劑及其基本用量，一般采用傳統(tǒng)用量，并且盡可能簡單。三、配方的組成四、配方的表示法1、以聚合物質(zhì)量為100份的配方表示法以聚合物的量為基準(zhǔn)（100份），其它組分以相對于聚合物的質(zhì)量份數(shù)表示。----適用于科研論文和報(bào)告2、以混合料質(zhì)量為100份的配方表示法以聚合物及各種添加劑的混合料總質(zhì)量為100份，各組份以質(zhì)量分?jǐn)?shù)表示。----便于成本核算、計(jì)算材料消耗3、以混合料體積為100份的配方表示法各組分體積總和為100。----常用于按體積計(jì)算成本4、生產(chǎn)配方按設(shè)備的生產(chǎn)能力，計(jì)算出各組分每次的投料質(zhì)量數(shù)。----便于生產(chǎn)操作2526阻燃PVC制品配方的兩種表示方法天然橡膠、丁苯橡膠、順丁橡膠、異戊橡膠的配方實(shí)例28幾種橡膠的基本配方單位：質(zhì)量份聚氯乙烯的配方單位：質(zhì)量份不飽和聚酯樹脂的配方實(shí)例單位：質(zhì)量份2．在生產(chǎn)寬1200mm，厚0.5mm的聚氯乙烯軟膜時(shí)，采用以下配方：