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1、制作人：学号：专业：主要内容高分子材料简介传统高分子加工技术高分子加工技术的发展趋势先进高分子加工技术一、高分子材料简介高分子材料是材料领域中的新秀，它的出现带来了材料领域中的重大变革。高分子材料与其他的各种材料（如木材、陶瓷、金属、水泥、棉、毛、丝、皮革、纸张等）并驾齐驱，在各种工业部门得到了广泛的应用，这主要是高分子材料本身具有许多的优良特性（如塑料质地轻盈、加工成型方便，工程塑料有较高强度，可以代替金属）。那么什么是高分子材料呢？高分子材料（macromolecular material），以高分子化合物为基础的材料。高分子材料是由相对分子质量较高的化合物构成的材料，通常分子量大于100

2、00，包括橡胶、塑料、纤维、涂料、胶粘剂和高分子基复合材料，高分子是生命存在的形式。所有的生命体都可以看作是高分子的集合体。 一、高分子材料简介按使用形态划分 塑料(plastic)黏合剂(adhesive)涂料 (coating)橡胶(rubber)纤维(fiber)n 橡胶-一类线型柔性高分子聚合物。其分子链间次价力小，分子链柔性好，在外力作用下可产生较大形变，除去外力后能迅速恢复原状。有天然橡胶和合成橡胶两种。n 纤维-分为天然纤维和化学纤维。前者指蚕丝、棉、麻、毛等。后者是以天然高分子或合成高分子为原料，经过纺丝和后处理制得。纤维的次价力大、形变能力小、模量高，一般为结晶聚合物。 n

3、塑料-以合成树脂或化学改性的天然高分子为主要成分，再加入填料、增塑剂和其他添加剂制得。其分子间次价力、模量和形变量等介于橡胶和纤维之间。通常按合成树脂的特性分为热固性塑料和热塑性塑料；按用途又分为通用塑料和工程塑料。 n 黏合剂-以合成天然高分子化合物为主体制成的黏合材料。分为天然和合成黏合剂两种。应用较多的是合成黏合剂。n 涂料-以聚合物为主要成膜物质，添加溶剂和各种添加剂制得。根据成膜物质不同，分为油脂涂料、天然树脂涂料和合成树脂涂料。 一、高分子材料简介二、传统高分子加工技术高分子材料只有通过成型才能获得所需的形状、结构与性能，成为有实用价值的制品。常用的成型方法有：挤出、注塑、吹塑、模

4、压、压延等。通常，从聚合物原料到聚合物制品需要经历单元操作(elementary process)与成型(mold)两个阶段。聚合物固体粒子输送熔融或软化熔体流动混合熔体化学反应脱挥与解吸挤出口模成型模塑成型二次成型压延成型涂覆成型制品1、挤出成型二、传统高分子加工技术单螺杆挤出机二、传统高分子加工技术挤出工艺流程：粒状或粉状热塑性塑料预热和干燥挤出机加热开动螺杆加料调整挤出成型定型冷却牵引卷曲(切割)后处理挤出制品制品形状通常为型材，能够连续性生产，可以加工大部分热塑性弹性体塑料和橡胶。2、压制成型二、传统高分子加工技术 压制模具 上压式液压机二、传统高分子加工技术压塑料计量预压或预热加料闭

5、模排气保压固化脱模制品后处理热固性塑料制品模具清理和嵌件安放压制工艺流程：制品形状通常为口大肚小的制品，能够周期性生产，可以加工大部分热固性弹性体塑料和橡胶。3、注射成型二、传统高分子加工技术注射机注射成型工艺流程：二、传统高分子加工技术粒状热塑性塑料干燥和预热注射机料筒清洗预热的嵌件加料塑化加料塑化注射充模保压凝封退柱塞或螺杆冷却固化脱模后处理注射制品注射成型的制品形状和生产方式与压制成型相同，但是注射成型的精度更高，效率更快，可以加工大部分热塑性塑料。4、压延成型二、传统高分子加工技术压延机的基本结构制品形状为板状或膜状，能够连续性生产，可以加工大部分热塑性塑料和橡胶。二、传统高分子加工技

6、术其他成型方法：挤出吹塑高分子其他成型方法真空成型搪塑成型合成纤维纺丝成型1、先进挤出成型技术a、共挤出技术三、先进高分子加工技术PVC共挤出发泡板生产过程n 共挤出技术可以在一个工序内完成多层复合制品的挤出成型，绝大多数共挤出复合制品不需要基材和粘合剂，具有生产成本低、工艺简单、能耗低、生产效率高、制品种类多等特点。n 特别适合于生产复合薄膜、板材、管材等复合制品，是目前多层复合制品最有发展前景的复合成型技术之一，可供共挤出的物料不仅有聚合物，还可以是金属、无机材料等。三、先进高分子加工技术b、挤出注射组合技术三、先进高分子加工技术n 挤出和注射成型组合的直接成型技术可将聚合物粉料与磁粉、无

7、机颜料、玻璃纤维等通过双螺杆挤出机混合后直接注塑成型。n 其突出优点是可以更加灵活地调节复合物的配方。省去了造粒、包装、干燥等工序，大幅度地降低了设备费用和减少了生产时间、从而降低了成品的成本。三、先进高分子加工技术c、挤胀成型技术三、先进高分子加工技术n 挤胀成型技术是一种塑性成型方法，主要适用于加工细口制件或一些较复杂的中空制品，这些制品通常是采用旋转模塑、注塑或吹塑方法成型的。n 其基本过程是：预成型的管坯在组合外力的作用下沿径向外扩张，通过塑性变形形成与模具型腔相一致的制品。n 挤胀成型的基本工艺过程为：将管坯放入模具并在管坯内填入胀形介质；对管坯及其内部的胀形介质施加挤压力，使管坯材

8、料在一定的应力状态下变形并流向其径向的模腔自由空间；管坯在胀形介质产生的内压作用下不断变形，得到与模腔形状相同的制件；外力撤消后，胀形介质恢复原状或散开，从制品内部取出。三、先进高分子加工技术d、反应挤出工艺三、先进高分子加工技术n 反应挤出工艺是连续地将单体聚合并对现有聚合物进行改性的一种方法，因可以使聚合物性能多样化、功能化且生产连续、工艺操作简单和经济适用而普遍受到重视。n 该工艺的最大特点是将聚合物的改性、合成与聚合物加工这些传统工艺中分开的操作联合起来。n 反应挤出成型技术是可以实现高附加值、低成本的新技术，有明显的优点：节约加工中的能耗；避免了重复加热；降低了原料成本；在反应挤出阶

9、段，可在生产线上及时调整单体、原料的物性，以保证最终制品的质量。其中的一种类型就是接枝反应挤出成型。我们需要选择和控制剪切、压力及温度等重要的工艺参数以满足以下两项基本要求:1、聚合物与单体反应迅速而且完全；2、移去反应气体和水分。三、先进高分子加工技术第二减压区和排气孔满足了第二项基本要求。加料孔排气孔第二减压区n 螺杆反应段是依靠减压反应来满足第一项基本要求的，借助于高压、高剪切混合也能达到同样的目的。n 混合器与机筒内壁的间隙非常小，当聚合物和单体通过混合器时，形成薄层液膜，在这层薄膜中，聚合物与单体迅速混合而且充分反应。三、先进高分子加工技术混合器e、固态挤出技术三、先进高分子加工技术

10、n 固态挤出有直接固态挤出和静液压挤出两种方法，是指使聚合物在低于熔点的条件下被挤出口模。n 固态挤出一般使用单柱塞挤出机，柱塞式挤出机为间歇性操作。n 柱塞得移动产生正向位移和非常高的压力，挤出时口模内的聚合物发生很大的变形，使得分子严重取向，其效果远大于熔融加工，从而使得制品的力学性能大大提高。2、先进注射成型技术a、辅助注塑技术1）气体辅助注射成型三、先进高分子加工技术n 气体辅助注塑GAIM技术比普通注塑多一个气体注入阶段，由气体推动塑料熔体充满模具型腔。GAIM具有节省原料、减少合模力、缩短冷却时间、防止制品缩痕、减少内应力、减少或消除制品翘曲、提高制品表面性能、提高生产效率、降低生

11、产成本等优点。n 气体辅助注射成型的工作过程可分为四个阶段：n 第一阶段为熔体注射，即将熔融的塑料熔体注射到模具型腔中，分为“欠料注射”和“全料注射”。三、先进高分子加工技术n 第二阶段为气体注射，可于注射期的前、中、后期注入气体，气体的压力必须大于塑料熔体的压力以达到使塑件成中空状态。n 第三阶段为气体保压，当塑件内部被气体充填后，制件在保持气压的情况下冷却，气体由内向外施压使制品外表面紧贴模壁，通过气体二次穿透从内部补充因冷却带来的体积收缩。n 第四阶段为制件脱模，随着冷却周期的完成，排出气体，塑件由模腔取出。三、先进高分子加工技术2）水辅助注塑成型技术三、先进高分子加工技术n WAIT有

12、短射、回流注射、溢流注射和流动注射4种成型方式。n 目前，WAIT可以应用于中空弯曲件、杆件、截面厚薄不同的复杂件、较大薄壁件的成型。n 水辅助注塑WAIT成型中空制品的原理与GAIM的基本相似，其过程由5个步骤组成：注射塑料熔体注入水保持水压释放压力开模推动塑料熔体型芯b、电磁式聚合物动态塑化注射成型三、先进高分子加工技术电磁式聚合物动态注射成型装置结构原理示意图1-电磁式直线脉动驱动装置；2-螺杆；3-料筒；4-料斗；5-加热器；6-电磁驱动绕组；7-熔体；8-模具n 电磁式聚合物动态塑化注射成型的要点是在电磁式直线脉冲驱动的注射装置中，由电磁场产生的机械振动力场被引人物料的塑化、注射、保

13、压全过程，实现了动态塑化注射成型全过程均处于周期性振动状态这种过程完全不同传统螺杆式塑化注射过程。n 该成型方式可以降低成型温度及压力，提高生产效率，降低能耗。三、先进高分子加工技术c、微孔泡沫塑料注射成型1）热诱导相分离法三、先进高分子加工技术n 热诱导相分离法出现得较早，它首先将聚合物溶于溶剂中，然后升高温度使溶液形成均相体系，再迅速降温，使体系发生相分离，从而得到带有微孔结构的聚合物，最后通过升华、干燥或超临界萃取的方法将溶剂与聚合物分开。2）单体聚合反应法n 单体聚合反应法是通过利用微乳液稳定有序的微观结构，将聚合单体分散在微乳液中进行聚合，从而得到微孔泡沫固体材料。这种方法制取的微孔

14、结构比较均匀。3）超饱和气体法三、先进高分子加工技术n 超饱和气体法是目前最常用的方法，按照生产方式可分成间歇法和连续法。连续挤出法是目前微孔塑料制备方法中的主要研究方向。n 其基本原理为：使聚合物在高压（630 MPa）下被惰性气体（CO2或 N2）所饱和，形成聚合物/气体均相体系，然后升高温度或降低压力，再通过控制压力或温度，降低气体在聚合物中的溶解度，产生超饱和状态，使气体在聚合物中的溶解度降低，利用含有超饱和气体的聚合物的热力学不稳定性促使气泡成核并长大，最后通过降温定型得到微孔塑料。d、注射结构发泡成型技术n 注射结构发泡成型技术既保留了注射成型工艺中的许多优点，又避免了传统注射成型

15、工艺中的一些问题。如制品强度不够、生产周期过长、模塑率低等，还能减轻制品质量，保证差异较大制品的成型质量等。另外，结构发泡技术还可模塑大型复杂制品、使用低成本模具、多模可同时操作，从而降低制品生产成本。e、复合熔芯注射成型技术n 实现复合熔芯注射成型工艺的过程大致分三个阶段：(1)复合熔芯的制备；(2)熔芯注射成型；(3)熔芯加热分离。三、先进高分子加工技术f、多组分注射成型n 由 Rifton N Y最新开发的双注射技术是利用一个螺杆置于另一个螺杆之中的设计注射两种不同的聚合物制造具有多层结构的物品，这两个套在一起的螺杆在顶端汇合，顶端有一个内切断阀。n 这种简单的设计比多模头共注塑机成本低

16、。该设备可生产软硬结构的物品或胶囊。g、压缩流体反溶剂沉淀法n 以过饱和 CO2液体上面的过饱和蒸气为反溶剂，将聚合物溶液通过毛细管喷射进入液态 CO2之中，当溶剂与过饱和 CO2接触时，由于溶剂对过饱和CO2的吸收而使其体积稀释膨胀，从而改变溶剂与溶质间的作用力、降低溶剂的溶解能力，使溶质过饱和而沉淀析出微孔颗粒。最后经过滤或由过饱和CO2携带出溶剂。三、先进高分子加工技术3、先进吹塑成型技术a、高温吹塑成型技术三、先进高分子加工技术n 在过去的10年间主要吹塑成型加工处于低温的挤出吹塑成型，近年来，吹塑制品采用了高耐热热塑性塑料，如PPS、PEEK等，吹塑成型加工温度在 250350 。n

17、 为此，吹塑成型机和模具的冷却装置能够适应高温和低温冷却频繁交替，热胀冷缩成为高温吹塑成型的技术关键，一种采用高温进气吹塑成型方法。三、先进高分子加工技术n 多层吹塑成型工艺常用于加工防渗透性容器，特别是大型容器，其改进工艺是增设一个阀门系统，在连续挤出过程中可更换塑料原料，因而可交替生产出硬质和软质制品。n 生产大型制件如燃油箱或汽车外结构板材时，在冷却过程中需降低模腔内压力以调整加工循环周期。解决方法是先将熔料储存在挤出螺杆前端的熔槽中，再在相当高速下挤出型坯，以最大限度减少型坯壁厚的变化，从而确保消除垂缩和挤出膨胀现象。b、多层吹塑成型技术c、吹塑发泡技术三、先进高分子加工技术n 吹塑发

18、泡技术也是一门新兴的工艺，它的基本过程与普通塑料的中空吹塑成型相似，主要包括：n 用挤出法或注射法生产预成型坯件；n 将未发泡或少量发泡（注射法）、已发泡（挤出法）的坯件放入中空成型模具，进一步加热使坯件变软并完成发泡；n 通过压缩空气吹胀成型；n 冷却定型，开模取出制件。4、成型加工模拟技术及软件三、先进高分子加工技术MPIPOLYFLOWCAEn 澳大利亚MOLDFLOW公司于1976年发布了世界上第一 套 塑 料 注 射 成 型 流 动 分 析 软 件 Mold_flow Plastic Insight(MPI)。MPI软件一直主导塑料注射成型CAE软件市场。n POLYFLOW是基于有

19、限元法的用于粘弹性流体的模拟软件。n 国内主要是运用商品化的CAE软件对某一领域进行理论与实验研究。n 目前各国学者都在研究新模型、新算法及新的成型模拟系统，并将模拟软件与制品设计、模具设计与制造紧密结合，开发一体化的专家系统，使计算机模拟技术呈现智能化、集成化的趋势。三、先进高分子加工技术5、3D打印技术三、先进高分子加工技术3D立体电脑辅助设计软件3D立体打印机3D立体模型n 3D打印技术源于军方的“快速成型”技术，那么什么是3D打印技术呢？n 所谓3D打印技术，是一种由计算机辅助设计软件通过成型设备以材料累加的方式制成食物模型的增材制造技术。n 它既不需要用纸，也不需要用墨，而是通过电子

20、制图、远程数据传输、激光扫描、材料熔化等一系列技术，使特定金属粉或者记忆材料熔化，并按照电子模型图的指示一层层重新叠加起来，最终把电子模型图变成实物。n 由此可见，3D打印技术是一项集光、机、电、计算机、数控及新材料于一体的先进综合制造技术。三、先进高分子加工技术三、先进高分子加工技术传统的泡沫板模型3D成型打印模型n 3D打印技术最突出的优点是无需机械加工或任何模具，就能直接从计算机图形数据中生成任何形状的零件，从而极大地缩短产品的研制周期，提高生产率。n 但是无法大规模用于工业生产，因为生产一个产品的成本较高，现在主要用于生产一些产品的首版，因为产品的一套模具可能会很贵，我们需要一个样品来

21、调整模具的各项参数。n 同时也可用于一些个性化产品的制造。如人体的牙齿、一些DIY纪念品等。三、先进高分子加工技术5、其他塑料成型技术a、塑料激光塑性成型b、半结晶塑料激光焊接技术c、激光烧结技术三、先进高分子加工技术四、高分子加工技术的发展趋势1、聚合物动态反应加工技术及设备n 聚合物动态反应加工技术及设备与传统技术无论是在反应加工原理还是设备的结构上都完全不同。n 该技术是将电磁场引起的机械振动场引入聚合物反应挤出全过程，达到控制化学反应过程、反应生成物的凝聚态结构和反应制品的物理化学性能的目的。2、信息存储光盘盘基直接合成反应成型技术四、高分子加工技术的发展趋势n 此技术克服传统方式的中间环节多、周期长、能耗大、储运过程易受污染、成型前处理复杂等问题。n 将光盘级PC树脂生产、中间储运和光盘盘基成型三个过程整合为一体，结合动态连续反应成型技术，研究酯交换连续化生产技术，研制开发精密光盘注射成型装备，达到节能降耗、有效控制产品质量的目的。