1、高分子加工原理与技术 化学工业出版社化学工业出版社王小妹王小妹 阮文红阮文红 主编主编前前 言言n 通过高分子加工，高分子材料才能具有使用价值通过高分子加工，高分子材料才能具有使用价值n 高分子制品的性能由成型加工过程最终确定的。高分子制品的性能由成型加工过程最终确定的。n 通过学习和掌握高分子加工原理和技术，可以加通过学习和掌握高分子加工原理和技术，可以加深对高聚物加工、结构和性能的正确理解。深对高聚物加工、结构和性能的正确理解。n 以最低的成本和能耗，获得合乎要求的、高质量以最低的成本和能耗，获得合乎要求的、高质量的高分子制品。的高分子制品。目的及要求目的及要求 目的是使学生掌握高分子材料
2、的目的是使学生掌握高分子材料的成型原理成型原理，学，学习塑料成型的习塑料成型的物料配方物料配方、配方设计思路及方法，、配方设计思路及方法，理解塑料理解塑料混合混合与塑化的与塑化的混炼混炼技术，掌握热塑性塑技术，掌握热塑性塑料、热固性塑料、复合材料和高分子溶液的主要料、热固性塑料、复合材料和高分子溶液的主要成型加工技术成型加工技术，应用高分子制品的，应用高分子制品的二次加工二次加工成型成型目标产品。目标产品。本课程特点及教学方法本课程特点及教学方法n 学习高分子加工的基本原理及成型方法、设备配学习高分子加工的基本原理及成型方法、设备配型和工艺技术型和工艺技术n 全面了解高分子材料制品生产过程全面
3、了解高分子材料制品生产过程n 重点放在系统地、详细地介绍高分子加工的经典重点放在系统地、详细地介绍高分子加工的经典理论、基本概念、成型方法和工艺技术、成型设理论、基本概念、成型方法和工艺技术、成型设备的特点，使学生获得扎实的高分子加工知识。备的特点，使学生获得扎实的高分子加工知识。n 介绍成型加工的新成果和现代研究方法，开拓学介绍成型加工的新成果和现代研究方法，开拓学生的视野，培养分析问题和解决问题的能力生的视野，培养分析问题和解决问题的能力.第1章 绪论 1.1 1.1 高分子材料的分类及性质高分子材料的分类及性质 金属材料金属材料材料材料 无机非金属材料无机非金属材料 有机聚合物材料（亦称
4、为高分子材料，指塑有机聚合物材料（亦称为高分子材料，指塑 料、橡胶弹性体和纤维）料、橡胶弹性体和纤维）按原料类别分类按原料类别分类：以制造聚合物时所使用的起始材料或单体以制造聚合物时所使用的起始材料或单体的来源为根据，如聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯、的来源为根据，如聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯、聚苯乙烯、聚碳酸酯、聚对苯二甲酸乙二酯、聚苯乙烯、聚碳酸酯、聚对苯二甲酸乙二酯、环氧树脂、氨基树脂、酚醛树脂环氧树脂、氨基树脂、酚醛树脂.按反应类型分类：按反应类型分类：基于合成聚合物时所使用的聚合反应类型基于合成聚合物时所使用的聚合反应类型（加聚和缩聚）的不同为依据，加聚反应为链（加聚和缩聚）的不同为依据，加
5、聚反应为链增长机理如合成像聚乙烯、聚丙烯等加成聚合增长机理如合成像聚乙烯、聚丙烯等加成聚合物，缩聚反应受逐步增长机理控制，合成像环物，缩聚反应受逐步增长机理控制，合成像环氧树脂、酚醛树脂等缩聚物氧树脂、酚醛树脂等缩聚物。从化学结构考虑，按其热行为分类：从化学结构考虑，按其热行为分类：热塑性高分子材料（如聚乙烯、聚丙烯）热塑性高分子材料（如聚乙烯、聚丙烯）热固性高分子材料（如酚醛树脂、环氧树脂）热固性高分子材料（如酚醛树脂、环氧树脂）按用途和性能分，可将塑料分为：按用途和性能分，可将塑料分为：通用塑料（聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯、聚苯乙烯、聚甲通用塑料（聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯、聚苯乙烯、聚甲 基
6、丙烯酸甲酯等）基丙烯酸甲酯等）工程塑料（聚酰胺、聚碳酸酯、聚甲醛、聚苯醚、聚四氟工程塑料（聚酰胺、聚碳酸酯、聚甲醛、聚苯醚、聚四氟 乙烯等）乙烯等）项目项目热塑性高分子材料热塑性高分子材料热固性高分子材料热固性高分子材料分子结构分子结构线性及支链大分子线性及支链大分子线性大分子，固化后成为三维线性大分子，固化后成为三维交联的体型结构大分子交联的体型结构大分子热行为热行为受热可融化，冷却又变硬，受热可融化，冷却又变硬，可反复此过程可反复此过程制成制品后即成为不溶不熔的制成制品后即成为不溶不熔的材料材料重复加工性重复加工性再次受热，仍可软化，熔融，反再次受热，仍可软化，熔融，反复多次加工复多次加工
7、受热不熔融，达到一定温度分解破受热不熔融，达到一定温度分解破坏，不能反复加工坏，不能反复加工溶解性溶解性可溶于特定的溶剂可溶于特定的溶剂仅在某些溶剂中溶胀仅在某些溶剂中溶胀成型方法成型方法可用注射、挤出、压延、热成型可用注射、挤出、压延、热成型等方法加工，也可用机械加工的等方法加工，也可用机械加工的方法加工方法加工可用模压、层压成型及机械加工等可用模压、层压成型及机械加工等方法加工方法加工透明性透明性多数材料能制成透明制品多数材料能制成透明制品制品几乎不透明制品几乎不透明可回收性可回收性大多数材料可回收再次使用大多数材料可回收再次使用材料成型已形成三维体型结构，不材料成型已形成三维体型结构，不
8、溶不熔，故不能回收再次使用溶不熔，故不能回收再次使用热塑性高分子材料和热固性高分子材料的对比热塑性高分子材料和热固性高分子材料的对比 按反应类型、化学结构对塑料分类按反应类型、化学结构对塑料分类 合成塑料合成塑料 缩聚物缩聚物 加聚物加聚物 天然材料天然材料 热固性塑热固性塑 热塑性塑料热塑性塑料 热固性塑料热固性塑料 热塑性塑料热塑性塑料 热固性塑料热固性塑料 热塑性塑料热塑性塑料 环氧树脂环氧树脂(EP)聚酰胺聚酰胺(PA)聚乙烯聚乙烯(PE)酪蛋白塑料酪蛋白塑料 硝酸纤维素硝酸纤维素(CN)聚氨脂聚氨脂(PU)聚氨酯聚氨酯(PU)聚丙烯聚丙烯(PP)醋酸纤维素醋酸纤维素(CA)酚醛树脂酚
9、醛树脂(PE)氯化聚醚氯化聚醚(CP)聚丁烯聚丁烯1 纤维素混合酯纤维素混合酯 脲醛树脂脲醛树脂(UF)聚碳酸脂聚碳酸脂(PC)(PB1)纤维素酯类纤维素酯类 三聚氰胺甲醛三聚氰胺甲醛 聚脂聚脂(PET,PBT等等)聚聚4甲基戊甲基戊 树脂树脂(MF)聚苯醚聚苯醚(PPO)烯烯1 不饱和树脂不饱和树脂 聚砜聚砜(PSF)离子聚合物离子聚合物(UP)聚氯乙烯聚氯乙烯(PVC)醇酸树脂醇酸树脂 聚醋酸乙烯酯聚醋酸乙烯酯(PVAC)烯丙基树脂烯丙基树脂 聚偏二氯乙烯聚偏二氯乙烯(PVDC)聚酰亚胺聚酰亚胺(PI)聚甲基丙烯酸甲酯聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)聚苯并咪唑聚苯并咪唑(PBI)聚丙烯腈聚丙烯
10、腈(PAN)硅树脂硅树脂 聚苯乙烯类聚合物聚苯乙烯类聚合物 (PS、HIPS、ABS、AS)聚甲醛聚甲醛(POM)氟塑料氟塑料(PTFE、PCTFE、PVDF、PVF等等)聚乙烯醇聚乙烯醇(PVA)聚对二甲苯聚对二甲苯 聚合物的热转变和力学性能聚合物的热转变和力学性能 参数参数聚合物聚合物塑料塑料橡胶橡胶纤维纤维（低压聚乙烯）（低压聚乙烯）TgTr+75(玻璃状）玻璃状）TgTr,TmTr（结晶）（结晶）10100100200204015100 热转变热转变力学性能力学性能弹性膜量（弹性膜量（MPa）伸长率伸长率(%)拉伸强度（拉伸强度（MPa）断裂伸长率断裂伸长率(%)（丁苯橡胶）（丁苯橡胶
11、）Tg+75Tr0.11100028580（尼龙）（尼龙）TmTr+1501031041030460870（与牵伸比有关）（与牵伸比有关）1932 1.2 成型加工及其重要性 高分子材料是一定配合的高分子化合物（由主高分子材料是一定配合的高分子化合物（由主要成分树脂或橡胶和次要成分添加剂组成）在成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熔融塑化，型设备中，受一定温度和压力的作用熔融塑化，然后通过模塑制成一定形状，冷却后在常温下能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。保持既定形状的材料制品。从塑料至塑料制品的生产流程示意图从塑料至塑料
12、制品的生产流程示意图 单体的制造单体的制造树脂的制造树脂的制造塑料的制造塑料的制造成型加工成型加工树脂树脂塑料塑料助剂助剂塑料制塑料制品品塑料工业塑料工业 塑料生产（包括树脂和半成品的生产）塑料生产（包括树脂和半成品的生产）塑料制品生产（塑料成型工业或加工工业）塑料制品生产（塑料成型工业或加工工业）高分子材料成型加工一般由高分子材料成型加工一般由原料准备，成型，原料准备，成型，机械加工，修饰和装配机械加工，修饰和装配等连续过程组成，也可将等连续过程组成，也可将机械加工，修饰和装配称为后加工机械加工，修饰和装配称为后加工 生产塑料制品的完整工序生产塑料制品的完整工序高分子材料成型加工过程高分子材
13、料成型加工过程 各种成型方法的适应性各种成型方法的适应性 1.3 1.3 高分子材料成型工业的回顾与展望高分子材料成型工业的回顾与展望 高分子材料工业的初创时期高分子材料工业的初创时期(1850-1929)高分子材料工业的发展期高分子材料工业的发展期(1930-1969)高分子材料全面发展时期高分子材料全面发展时期（1970-至今）至今）我国的高分子材料工业我国的高分子材料工业 20112011年，我国塑料制品业全年实现产品销售收入年，我国塑料制品业全年实现产品销售收入15583.7415583.74亿元，进口额亿元，进口额187.14187.14亿美亿美元，出口额元，出口额565.03565
14、.03亿美元。预计亿美元。预计20152015年塑料制品总产量可达到年塑料制品总产量可达到50005000万吨。万吨。教科书及主要参考书教科书及主要参考书 教科书：教科书：王小妹，阮文红主编，国家十一五教材王小妹，阮文红主编，国家十一五教材高高分子加工原理与技术分子加工原理与技术 主要参考书：主要参考书：高聚物流变学及其应用高聚物流变学及其应用 徐佩弦编著徐佩弦编著 2003,化学工业出化学工业出版社版社P313材料成型加工工艺及设备材料成型加工工艺及设备 曾光廷主编曾光廷主编 董详忠董详忠 刘晓波刘晓波副主编副主编 化学工业出版社化学工业出版社P320聚合物加工设计与原理聚合物加工设计与原理 【美美】D.G.贝尔编，贝尔编，D.I.科利科利斯斯 主编，西鹏等译，化学工业出版社出版主编，西鹏等译，化学工业出版社出版P352塑料加工技术大全塑料加工技术大全 刘敏江主编刘敏江主编 2001，中国轻工业出，中国轻工业出版社版社P271聚合物材料用化学助剂聚合物材料用化学助剂 肖卫东肖卫东 何本桥何本桥 何培新何培新 黄珊编黄珊编著著 2004，2th 化学工业出版社化学工业出版社P453
