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高分子材料成型加工 2019年12月30日星期一 第一講緒論 參考教材 課程名稱(chēng) 高聚合物加工工藝 聚合物加工工藝或者高分子材料與工程 教材 高分子材料成型加工 周達(dá)飛 參考書(shū) 應(yīng)宗榮 高分子材料成型工藝學(xué) 第一章緒論 一 材料概述二 高分子材料1 高分子材料的定義2 高分子材料的分類(lèi)3 高分子材料的制造4 高分子材料的加工程序和研究方法三 高分子工業(yè)的歷史和未來(lái) 一材料概述 材料是人類(lèi)生活或生產(chǎn)必須的基礎(chǔ) 也是人類(lèi)文明的物質(zhì)基礎(chǔ) 材料與生產(chǎn)力發(fā)展水平密切相關(guān) 反映一個(gè)時(shí)代的生產(chǎn)力發(fā)展水平 也是衡量一個(gè)國(guó)家的科學(xué)技術(shù) 經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平的重要標(biāo)志之一 人類(lèi)社會(huì)發(fā)展史也是一部材料的發(fā)展史 石器時(shí)代 青銅器時(shí)代 鐵器時(shí)代 石器 青銅器 鐵器 漢代古墓出土 高分子材料時(shí)代 材料概述 材料概述 人類(lèi)社會(huì)發(fā)展史也是一部材料的發(fā)展史 材料劃分為三大類(lèi) 金屬材料無(wú)機(jī)非金屬材料有機(jī)高分子材料 簡(jiǎn)稱(chēng)高分子材料隨著材料科學(xué)技術(shù)的發(fā)展 應(yīng)當(dāng)還要增加一類(lèi) 那就是復(fù)合材料 材料概述 材料四要素 A 材料的制備 加工 B 材料的結(jié)構(gòu) C 材料的性質(zhì) D 材料的使用性能 材料概述 材料的特點(diǎn) A 一定的組成 B 可加工性 C 形狀保持性 D 使用性能 E 經(jīng)濟(jì)性 F 再生性 材料概述 高分子材料是古老的材料木材 棉 蠶絲品高分子材料是年輕的高分子材料主要是合成或半合成高分子材料 二高分子材料 概念 一定配合的高分子化合物 在成型設(shè)備中 受一定溫度和壓力的作用熔融塑化 然后通過(guò)模塑制成一定形狀 冷卻后在常溫下能保持既定形狀的材料制品 也可以說(shuō) 以高分子化合物為基本原料 加入適當(dāng)?shù)闹鷦?經(jīng)過(guò)一定的加工過(guò)程制得的材料 制備性能良好的高分子材料的三個(gè)關(guān)鍵因素適宜的材料組成正確的成型加工方法合理的成型機(jī)械及模具 2高分子材料的分類(lèi) 常見(jiàn)的高分子材料可以分為五大類(lèi) 塑料橡膠纖維涂料粘合劑 2高分子材料的分類(lèi) 按化學(xué)結(jié)構(gòu)和是否具有多次重復(fù)加工性 可以將塑料分成熱塑性塑料和熱固性塑料 2高分子材料的分類(lèi) 按用途和性能分 又可將塑料分為通用塑料和工程塑料 通用塑料是指生產(chǎn)量大 用途廣 價(jià)格低廉且成型性能良好的一類(lèi)塑料品種 工程塑料指拉伸強(qiáng)度大于50MPa 沖擊強(qiáng)度大于6kJ m2 長(zhǎng)期耐溫超過(guò)100攝氏度 可以代替金屬用于結(jié)構(gòu)材料 2高分子材料的分類(lèi) 2高分子材料的分類(lèi) 塑料制品 橡膠 定義 室溫下具有黏彈性的高分子化合物 在適當(dāng)?shù)呐浜蟿┐嬖谙?在一定的溫度和壓力下適度交聯(lián)而制得的彈性材料 按使用性能分 通用R和特種R按來(lái)源分 天然R和合成R 橡膠 橡膠制品 特點(diǎn) 彈性模量大 形變小 強(qiáng)度高 分子量小 一般為幾萬(wàn) 分類(lèi) 纖維 fiber 天然纖維 棉 毛 絲 麻等 化學(xué)纖維 人造纖維合成纖維 纖維 化學(xué)纖維化學(xué)纖維是人造纖維和合成纖維的總稱(chēng) 人造纖維是指由天然纖維素或蛋白質(zhì)等改性而成 如粘膠纖維 銅氨纖維 醋酸纖維等 合成纖維是指由合成高分子化合物經(jīng)紡絲而成的 如滌綸 錦綸 腈綸 維尼綸等 纖維制品 熱塑性彈性體 定義 指在高溫下能塑化成型而在常溫下能顯示橡膠彈性的一類(lèi)材料特點(diǎn) 以交聯(lián)形式 化學(xué)和物理交聯(lián) 而成的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu) 交聯(lián)具有可逆性 T升高時(shí) 交聯(lián)消失 T冷卻至室溫 這些交聯(lián)又起到與硫化橡膠交聯(lián)鍵類(lèi)似的作用 熱塑性彈性體 既具有類(lèi)似硫化橡膠的物理機(jī)械性能 又有類(lèi)似熱塑性塑料的加工特性 加工過(guò)程中產(chǎn)生的邊角料及廢料均可重復(fù)加工使用 這類(lèi)新材料自1958年問(wèn)世以來(lái) 引起極大重視 被稱(chēng)為 橡膠的第三代 得到迅速發(fā)展目前已經(jīng)工業(yè)化生產(chǎn)的有聚烯烴類(lèi) 苯乙烯嵌段共聚類(lèi) 聚氨酯和聚酯類(lèi) 高分子合金 由塑料與橡膠 塑料與塑料經(jīng)物理共混合或經(jīng)接枝 嵌段共聚或互穿聚合物網(wǎng)絡(luò)等化學(xué)改性制成的宏觀均相 微觀上分相的一類(lèi)材料的總稱(chēng) 添加劑 添加劑也稱(chēng)助劑 是為了改善高分子材料加工性能和制品的使用性能而使用的輔助材料 通常將添加劑分為 工藝性添加劑和功能性添加劑 添加劑 工藝性添加劑工藝性添加劑有利于高分子材料的加工 例如 硬質(zhì)PVC塑料加工過(guò)程中添加熱穩(wěn)定劑和潤(rùn)滑劑 如果沒(méi)有加入這兩種添加劑 PVC會(huì)發(fā)生嚴(yán)重的熱分解 加工無(wú)法進(jìn)行 得不到合格產(chǎn)品 添加劑 功能性添加劑賦予高分子材料制品一定的性能 也可是原產(chǎn)品的性能得到改善 例如 聚合丙烯耐光性和耐候性極差 如果不加光穩(wěn)定劑和抗氧化劑 在戶(hù)外暴曬數(shù)月就會(huì)老化 添加劑分類(lèi) 添加劑選用原則 與高分子化合物的配伍性 添加劑應(yīng)能長(zhǎng)期 穩(wěn)定 均勻地分散在制品中并發(fā)揮效用 耐久性加工適應(yīng)性制備性能的制約性不同添加劑之間的相互作用性經(jīng)濟(jì)性 3 高分子材料的制造 1 高分子材料與其它材料的比較 2 高分子材料的特征質(zhì)量輕 密度在900 2300kg m3拉伸強(qiáng)度和拉伸模量較低 傳熱小 電氣絕緣成型加工優(yōu)良減震 消音性能良好等等 3 塑料工業(yè)快速發(fā)展的原因至90年代初 塑料產(chǎn)量已超過(guò)1億噸 以體積計(jì)算的產(chǎn)量已超過(guò)鋼鐵 主要原因是 具有可以作為結(jié)構(gòu)材料使用的物性 可替代金屬材料和其它材料 優(yōu)良的成型加工性 可賦予各種特殊的功能性 制造成本 價(jià)格急劇下降 4 高分子材料的制造 高分子材料的制造 聚合反應(yīng)利用聚合反應(yīng)是制造高分子化合物的主要手段 迄今為止 聚合技術(shù)已經(jīng)進(jìn)入成熟期 今后主要的任務(wù)是催化劑的改進(jìn)和更節(jié)約成本的聚合方法的進(jìn)一步推廣 高分子材料的制造 高分子材料的制造 高分子化利用高分子化合物的化學(xué)反應(yīng)性能使之改性也是一種獲得預(yù)期性能高分子化合物的方法 其中羥基化 氯化 酯化 硝化等可引入官能基團(tuán) 這種方法也進(jìn)入成熟期 今后的工作是功能性高分子的開(kāi)發(fā) 高分子材料的制造 復(fù)合化采用接枝反應(yīng) 相容劑等制備高分子合金 可以獲得均聚物無(wú)法具備的性能 并能賦予功能性 高分子化合物 無(wú)機(jī)物填充中偶聯(lián)劑的使用改善了兩組分間界面的親和能力 提高材料的力學(xué)性能 高分子材料的制造 高分子材料的制造 高分子成型加工通常是使固體狀態(tài) 粉末或顆粒 糊狀或溶液狀態(tài)的高分子化合物熔融或變形 經(jīng)過(guò)模具形成所需的形狀 并保持其已經(jīng)取得的形狀 最終得到制品的工藝過(guò)程 高分子材料的制造 高分子成型加工性能是指可擠壓性 可模塑性 可延展性和可紡性等 高分子材料的成型加工與材料的溫度特性有關(guān)每種高分子材料都有其特定的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度 也稱(chēng)玻璃化溫度 Tg 粘流溫度 Tf 或結(jié)晶溫度 Tm 和分解溫度 Td 高分子材料的制造 4高分子材料的加工技術(shù) 4高分子材料的加工技術(shù) 事實(shí)上 高分子成型加工工藝包括成型和加工兩個(gè)方面 而加工又包括機(jī)械加工 修飾和裝配三個(gè)步驟 具體如下圖所示 概述 高分子材料的制造 概述 高分子材料的制造 實(shí)際上 各種高分子都有其適應(yīng)的成型加工方法 取決于 1 高分子化合物的性質(zhì) 2 成型加工的機(jī)械 3 經(jīng)濟(jì)因素 4 再生性 概述 高分子材料的制造 概述 高分子材料的制造 概述 高分子材料的制造 三高分子材料的歷史和未來(lái) 高分子材料工業(yè)的發(fā)展 1 高分子材料工業(yè)的初創(chuàng)時(shí)期1869年 Hyatt發(fā)明了用樟腦做增塑劑將硝基纖維素酯熱塑加壓做賽璐珞的技術(shù) 這是人工半合成的第一個(gè)高分子化合物 1907年 酚醛樹(shù)脂第一個(gè)合成高分子材料問(wèn)世 預(yù)示著熱固性塑料時(shí)代的開(kāi)始 三高分子材料的歷史和未來(lái) 1920年 H Staudinger提出了高分子概念 并開(kāi)展了大量的試驗(yàn)研究 1953獲得若貝爾獎(jiǎng)金 此期間創(chuàng)造了兩種成型方法 1870年的用柱賽式擠出法使賽路路成型 即注射成型技術(shù) 1892年用立式注射機(jī)使賽路路成型 即擠出成型 三高分子材料的歷史和未來(lái) 2 高分子材料工業(yè)發(fā)展時(shí)期時(shí)間大約 20世紀(jì)30年代到70年代聚合理論 結(jié)構(gòu)與性能關(guān)系的研究 各種成型加工技術(shù)已經(jīng)確立尤其是Ziegier Natta催化劑在烯烴聚合的應(yīng)用 三高分子材料的歷史和未來(lái) 1948年 機(jī)械共混法得到ABS合金高分子材料 絕大多數(shù)通用高分子材料 如PE PP PVC 聚苯乙烯等 以及工程塑料 如ABS PC等等都是這個(gè)時(shí)期發(fā)展起來(lái) P J Flory 獲得若貝爾獎(jiǎng)金 三高分子材料的歷史和未來(lái) 3 高分子材料全面發(fā)展時(shí)期時(shí)間 從20世紀(jì)70年代一直到至今高分子化合物的生產(chǎn)已處于成熟時(shí)期 產(chǎn)量大幅度增長(zhǎng) 高分材料已從開(kāi)發(fā)性的高分子化合物轉(zhuǎn)向通過(guò)催化劑的改進(jìn)合成新品級(jí) 具有可涉及性能的或綜合性能更優(yōu)的聚合物 轉(zhuǎn)向重視添加劑的開(kāi)發(fā)改善高分子的性能 高分子合金化及其技術(shù) 反應(yīng)性加工技術(shù) 無(wú)機(jī) 有機(jī)復(fù)合材料已成為重點(diǎn) 我國(guó)高分子成型工業(yè)的發(fā)展我國(guó)最早的高分子加工技術(shù)是1920年出現(xiàn)在廣州的橡膠制品加工 大量的高分子加工工作始于20世紀(jì)50年代 1953年徐僖在四川化工學(xué)院建立了我國(guó)第一個(gè)塑料加工專(zhuān)業(yè) 19