《高分子材料成形工艺学》绪论课件.ppt

1、1高分子材料成形工艺学高分子材料成形工艺学2 绪绪 论论 第一篇第一篇 高分子成形基础理论高分子成形基础理论 第二篇第二篇 塑料成形塑料成形 第三篇第三篇 化学纤维成形化学纤维成形 第四篇第四篇 橡胶成形橡胶成形 第五篇第五篇 其他材料成形其他材料成形3第一篇第一篇 高分子成形基础理论高分子成形基础理论第一章第一章 高分子材料的成形品质高分子材料的成形品质第二章第二章 高分子成形流变学基础高分子成形流变学基础第三章第三章 高分子成形的结构变化高分子成形的结构变化4第二篇第二篇 塑料成形塑料成形第四章第四章 塑料成形原料及配制塑料成形原料及配制第五章第五章 挤出成形挤出成形第六章第六章 注射成形

2、注射成形第七章第七章 压延及压制成形压延及压制成形第八章第八章 塑性成形塑性成形第九章第九章 塑料特殊成形塑料特殊成形5第三篇第三篇 化学纤维成形化学纤维成形第十章第十章 化学纤维成形原理化学纤维成形原理第十一章第十一章 聚酯纤维熔纺成形聚酯纤维熔纺成形第十二章第十二章 聚丙烯腈及粘胶纤维溶液纺成形聚丙烯腈及粘胶纤维溶液纺成形第十三章第十三章 化学纤维特殊成形化学纤维特殊成形6第四篇第四篇 橡胶成形橡胶成形第十四章第十四章 橡胶成形原料及配制橡胶成形原料及配制第十五章第十五章 橡胶制品成形橡胶制品成形第十六章第十六章 橡胶制品硫化橡胶制品硫化7第五篇第五篇 其他材料成形其他材料成形第十七章第十

3、七章 其他材料成形简介其他材料成形简介90.10.1 高分子材料及其应用高分子材料及其应用u有机高分子材料：有机天然高分子材料和有机合成高分子材料u有机高分子材料：塑料、化学纤维、橡胶、胶黏剂和涂料等u三大合成材料（产量最大品种最多）：合成塑料、合成纤维和合成橡胶0.1 高分子材料及其应用高分子材料及其应用102006年：年：世界合成塑料2.45亿吨，化学纤维4080万 吨，合成橡胶产量1257万吨中国：中国：合成纤维产量世界第一，占约一半； 合成塑料居世界第二，2007年3074万吨 合成橡胶居世界第二，2007年222万吨0.1.1 塑料塑料0.1.2 化学纤维化学纤维0.1.3 橡胶橡胶

4、0.1.4 胶黏剂胶黏剂0.1.5 涂料涂料120.1.1 塑料塑料n（按照分子结构分）塑料：热塑性塑料和热固性塑料热塑性塑料热塑性塑料：PE、PP、PVC、PS、PA、PET和PMMA等热固性塑料热固性塑料：EP、PF、UF和UP等0.1.1 塑料塑料13n塑料：通用塑料和工程塑料通用塑料通用塑料：约占塑料80%（PE和PP约30%和20%，其次PVC、PS和ABS）工程塑料工程塑料：拉伸强度50MPa、冲击强度6KJ/m2、长期耐热温度超过100 塑料用途用途广泛14表0.1 常见塑料品种类 型 部 分 品 种 通用塑料 PE、PP、PVC、PS、ABS、PF、UF、PMMA、EP、UP等

5、 工程塑料 PA、PET、聚碳酸酯（PC）、聚甲醛(POM)、聚苯醚（PPO）、聚酰亚胺（PI）等 150.1.2 化学纤维n纺织纤维纺织纤维：天然纤维和化学纤维类天然纤维：植物纤维（棉、麻等）和动物纤维（羊毛、蚕丝等）2006年化学纤维产量占纺织纤维的近60%0.1.2 化学纤维化学纤维16一、化学纤维分类及品种一、化学纤维分类及品种n（按照分子结构分）化学纤维：热塑性纤维和热固性纤维两类热塑性纤维热塑性纤维：化学纤维99%以上热固性纤维热固性纤维：产量很小，酚醛纤维、氨基纤维等，仅用于特殊领域17n （按原料来源分）化学纤维：人造纤维和合成纤维人造纤维人造纤维（或称再生纤维）：代表品种有黏

6、胶纤维和醋酯纤维合成纤维合成纤维涤纶和锦纶是两大品种，分别约占65%和12%其次是丙纶、腈纶和黏胶纤维，约占8% 、7%和5.5% 再次是维尼纶、氯纶和醋酯纤维等 1819u（按纤维长度分）化学纤维：长丝和短纤维长丝和短纤维u全世界化学纤维中长丝和短纤维产量约各占一半n长丝长丝：主要用于机织和针织 长丝包括单丝和复丝（数十根，一般8根 以上）20 主要用于混纺 棉型（长度2538mm、线密度1.31.7dlex） 毛型（长度70150mm、线密度3.37.7dtex） 中长纤维（长度5176mm、线密度 2.13.3dtex） 不等长（如分布在51114mm范围） 直接生产长丝束再经牵切成条n

7、短纤维短纤维：21卷曲、螺旋、环圈等外观特性而呈蓬松性、伸缩性的长丝纱主要品种主要品种：弹力丝和膨体纱l 弹力丝即变形长丝（分高弹丝和低弹丝两种） 弹力丝织物接近毛织品、丝织品或棉织品l 膨体纱类似毛线，用于制作针织外衣、内衣、毛线、毛毯等变形纱：变形纱：22l非织造布（或称无纺布、土工布）：布状物，不采用织造加工F非织造布方法方法：水刺法、气流法、热黏合法、化学黏合法、针刺法、缝编法等F其他方法其他方法：纺黏法、熔喷法等直接纺丝成网而制成23二、化学纤维的部分术语二、化学纤维的部分术语u差别化纤维差别化纤维：采用化学或物理手段化学或物理手段使服用性能改善或被赋予某些特性化学改性化学改性：染色

8、性、吸湿性、抗静电性、防污性、高收缩性或阻燃性等改变纤维形态结构改变纤维形态结构：易染色、阻燃、高吸湿、抗静电（导电）或高卷曲性u差别化纤维品种品种：异形纤维、复合纤维和超细纤维等24u异形纤维异形纤维：特殊横截面形状（十字形、三叶瓣形、五叶瓣形、中空形等）u复合纤维复合纤维：双组分纤维或多组分纤维复合纤维品种品种：并列型、皮芯型、海岛型和裂离型等复合纤维不同，性质和用途不同（如并列型和偏心皮芯型，利用热收缩差异可使纤维产生三维螺旋状卷曲，获得类似羊毛的弹性和蓬松性）2526u超细纤维超细纤维：0.551.11dtex称微细纤维，低于0.55dtex称超细纤维u复合纺丝法复合纺丝法：超细纤维重

9、要纺丝方法，通常有复合裂离法和复合海岛法T采用复合纺丝法纺制的超细纤维最细达0.05dtex（截面直径约50nm）27图0.3 复合裂离法和复合海岛法纺制超细纤维1海岛型复合纤维 2花卉型复合纤维3中空辐射型复合纤维 4桔瓣型复合纤维 28三、化学纤维的应用三、化学纤维的应用u应用量应用量：产量已超过天然纤维u民用领域领域：替代棉、麻、蚕丝、羊毛等天然纤维，u交通运输、建筑、道路、化工等领域领域：绳索、轮胎帘子线、土工布、过滤材料等u航空航天、军事等领域领域：芳纶纤维等，各种零部件、防弹衣、防弹装甲等290.1.3 橡胶n橡胶：通常50150间表现出优异弹性（按来源分）橡胶橡胶：天然橡胶和合成

10、橡胶两大类 2006年全世界橡胶2169万吨，其中天然橡胶912万吨（按用途和性能分）合成橡胶合成橡胶：通用合成橡胶和特种合成橡胶0.1.3 橡胶橡胶30u通用合成橡胶通用合成橡胶：物理力学性能与天然橡胶相近、成形性能较好、用于普通橡胶制品u特种合成橡胶特种合成橡胶：具有特殊性能（耐热、耐寒、耐化学腐蚀、耐溶剂及耐辐射等）l最大合成橡胶品种合成橡胶品种：依次BR、SBR、IIR和EPR，2006年分别占21.4%、18%、8.4%和8.3%l通用橡胶用途通用橡胶用途：轮胎、胶鞋、胶辊、胶管、输送带、减震部件等l特种橡胶用途特种橡胶用途：油槽、输油管、耐高温电线电缆、化工设备、飞机和宇航用密封件

11、等31表0.2 常见合成橡胶品种类 型 部 分 品 种 通用合成橡胶 BR、SBR、IIR、EPR、异戊橡胶（IR）、氯丁橡胶（CR）等 特种合成橡胶 NBR、硅橡胶、氟橡胶（FPM）、聚氨酯橡胶、聚丙烯酸酯橡胶、聚硫橡胶、氯醇橡胶、氯（磺）化聚乙烯橡胶等 32n（按照来源度分）高分子胶黏剂高分子胶黏剂：天然高分子胶黏剂和合成高分子胶黏剂天然高分子胶黏剂天然高分子胶黏剂：包括动物胶黏剂（比如皮胶、骨胶）、植物胶黏剂（比如淀粉）和矿物胶黏剂（比如沥青）合成高分子胶黏剂合成高分子胶黏剂：热固性树脂胶黏剂、热塑性树脂胶黏剂和橡胶胶黏剂。0.1.4 胶黏剂胶黏剂33n（按照黏接强度分）高分子胶黏剂高分

12、子胶黏剂：非结构胶黏剂和结构胶黏剂结构胶黏剂结构胶黏剂：用于结构件的黏接，黏接强度强高分子胶黏剂高分子胶黏剂：木材加工、汽车制造、电子电器、航空、宇航、医学等领域340.1.5 高分子涂料u（按照来源分）涂料涂料：天然涂料（通常叫做油漆）和合成涂料u（按照分子结构分）合成涂料合成涂料：热塑性涂料和热固性涂料l热塑性涂料：聚丙烯酸树脂涂料、聚醋酸乙烯酯涂料、聚（过）氯乙烯涂料等l热固性涂料：环氧树脂涂料、酚醛树脂涂料、氨基树脂涂料和醇酸树脂涂料等0.1.5 涂料涂料35u（按涂膜功能分）涂料：防锈漆、防腐漆、绝缘漆、防污漆、耐高温、导电涂料等u（按施工方法分）涂料：喷漆、浸渍漆、电泳漆、烘漆等l

13、 涂料作用作用!标志作用（比如道路划线、交通标志和化工储罐颜色标知等）!特种涂料可能具有防污、温控、导电、导磁、伪装、隐形等特殊性能l 涂料用途用途：广泛（房屋、家具、交通工具、交通标志、工厂装备、管线等）370.2.1 塑料品质指标n塑料品质指标品质指标：物理性能、力学性能、稳定性能和特殊功能等 力学强度：拉伸强度、压缩强度、弯曲强度、剪切强度和冲击强度前四者法定计量单位Pa（MPa），冲击强度J/m2弹性模量：拉伸弹性模量、压缩弹性模量和弯曲弹性模量（Pa或MPa）硬 度：洛氏硬度（邵氏A和邵氏D）、布氏硬度和邵氏硬度光学性能：透光率和雾度（常用直观指标）0.2.1 塑料品质指标塑料品质指

14、标380.2.2 化学纤维品质指标n化学纤维品质指标品质指标：物理性能、力学性能、稳定性能和使用性能等线密度线密度单位长度的纤维质量，1000m长的纤维的质量克数称为“特”法定指标法定指标是特tex或分特dtex，非法定有旦D和公支Nm等 1tex=10dtex， 1D1.111dtex常规纤维的线密度通常为24dtex（截面直径约25m）化学纤维规格规格：通常采用线密度/单丝根数表示 （如167dtex/64F）0.2.2 化学纤维品质指标化学纤维品质指标39 断裂强度断裂强度指标指标：强度极限（Pa或MPa）或相对强度（N/tex 或cN/dtex）相对强度是指单位线密度的纤维或纱线的断裂

15、力值 对于密度为1g/cm3的纤维， 1cN/dtex100MPa相对强度常用的非法定计量单位是g/D 1g/D=0.0882N/tex=8.82cN/tex=0.882cN/dtex常规纤维的相对强度一般为1.03.0cN/dtex40断裂强度：干态强度和湿态强度两种。n拉伸断裂常用指标常用指标还有：打结强度（结节强度）和钩接强度（对拉强度）打结强度是将一根纤维在中央打结后测得的断裂强度钩接强度是指两根纤维互套成环状后测得的断裂强度41 断裂伸长率断裂伸长率定定 义义：化学纤维拉伸至完全断裂的伸长率普通纺织纤维断裂伸长率在10%20%范围内较合适工业用强力丝则要求断裂伸长率低42 初始模量初

16、始模量弹性模量或杨氏模量（通常通过测其伸长1%时的负荷求出）湿模量则是在湿态下伸长1%时所需的负荷法定计量单位为N/tex或cN/dtex初始模量大则织物挺括，不易起皱；小则易起皱，保形性差43 断裂比功断裂比功定定 义义：单位线密度和单位长度的纤维拉伸至断裂时外力所做的功作用作用：反映纤维韧性的指标（N/tex或cN/dtex）图0.3 纤维的断裂功图44 回弹性回弹性回弹性指标指标：一次负荷回弹性和多次循环负荷 回弹性一次负荷回弹性通常采用回弹率和弹性功表示回弹率测定方法测定方法：定负荷回弹率和定伸长回弹率弹性功表示总功中消耗于发热的那部分损耗功纤维回弹性与织物尺寸稳定性和折皱性密切相关4

17、5 吸湿性吸湿性吸湿性通常指标通常指标：回潮率和含湿率回潮率是指在标准状态下单位质量干纤维的平衡吸水率含湿率则是指在标准状态下吸水平衡的单位质量湿纤维的含水率纤维吸湿性高，则其织物穿着舒适，不易起静电46 起球性起球性 吸湿性高的纤维织物不易出现起球；纤维强度低也不易起球其他特异性指标其他特异性指标：卷曲性、染色性、手感、洗可穿性、保温性、耐疲劳性、耐磨性、耐热性、耐化学性和耐候性等470.2.3 橡胶品质指标n橡胶品质指标品质指标：物理力学性能、稳定性能、加工性能和使用性能等 可塑度可塑度可塑度：生胶及塑（混）炼胶外力作用下形变和除去外力后保持形变的能力测定方法方法：主要采用威廉氏可塑计测定

18、（称威廉氏可塑度） 0.2.3 橡胶品质指标橡胶品质指标48n威廉氏可塑计测定测定：采用直径16mm、高10mm（h0）的圆柱体试样在一定温度（70）、压力（5kg）作用下压缩3min后测得试样高度（h1），卸载后室温恢复3min时测得试样高度（h2），则可塑度P为：0201hhPhh49 门尼黏度门尼黏度n定定 义义：生胶、塑炼胶和混炼胶在一定温度（100）和压力（3.45.9MPa）下停留一定时间（4min）时的抗剪切能力n门尼黏度值：反映橡胶加工性能的好坏n法定计量单位法定计量单位：Nm或Ncm50 门尼焦烧门尼焦烧n门尼焦烧是表征混炼胶硫化特性的指标混炼胶在一定温度（120）、压力（3

19、.45.9 MPa）下开始硫化（即门尼黏度突然上升）的时间 定伸强度定伸强度硫化橡胶制品试样定伸（如500%、300%或100%）法定计量单位为Pa或MPa51 弹性弹性n硫化橡胶制品的弹性指标弹性指标：摆锤弹性、有效弹性和压缩永久变形等摆锤弹性摆锤弹性：指以一定重量的摆锤自一定高度冲击一定厚度的硫化橡胶试样，摆锤弹回的高度与摆锤起始放置高度之比。摆锤弹性亦称打击弹性或回弹率。有效弹性有效弹性：指硫化橡胶试样受力伸长后卸荷，试样收缩的恢复功与伸长时所消耗功之百分比称为有效弹性52 耐低温性耐低温性n耐低温性指标指标：脆化温度、拉伸耐寒系数和压缩耐寒系数等脆化温度脆化温度：橡胶不再产生强迫高弹形

20、变而发生脆性破坏所对应的温度拉伸耐寒系数拉伸耐寒系数：在常温和低温下用同样的负荷拉伸硫化橡胶试样同样长的时间（5min），试样在低温和常温的伸长之比压缩耐寒系数压缩耐寒系数：指将硫化橡胶试样压缩至原高80%后立即放入冷冻介质中冷冻5min，然后去掉负荷使试样恢复3min后试样的恢复百分率。53n硫化橡胶其他硫化橡胶其他特异性指标特异性指标：撕裂强度、硬度、耐磨性、耐疲劳性、耐老化性和耐化学性等540.2.4 高分子胶黏剂品质指标n评价胶黏剂指标：物理性能指标、力学性能指标和耐环境性能指标等胶黏剂黏度胶黏剂黏度胶黏剂黏度应当合适测定方法测定方法：涂-4黏度计、涂-1黏度计、落球式黏度计等0.2.

21、4 胶黏剂品质指标胶黏剂品质指标55 胶接强度胶接强度n类类 型型：抗拉强度、剪切强度、剥离强度、冲击强度和持久强度剪切强度剪切强度：正拉剪切、压缩剪切、扭转剪切和弯曲剪切等几种按接头形式则分为单搭接、双搭接及O型搭接等抗拉和剪切强度的法定计量单位法定计量单位：Pa或MPa56n剥离强度剥离强度：以与黏接面呈规定的角度对胶接试样施加负荷（N/m）测定方法：T型剥离、180剥离、90剥离、浮辊剥离、爬鼓剥离等几种最常见：T型剥离和1800剥离（相应为T型剥离强度和1800剥离强度）n冲击强度冲击强度：指胶接试样受到冲击破坏时单位胶接面积上可吸收的能量（J/m2）57n持久强度：指在特定应力作用下

22、胶接接头破坏所需要的时间持久强度类型类型：持久剪切强度和持久抗拉强度测定温度温度选用实际使用温度，负荷负荷为静态破坏负荷的90%、80%、70%等58 耐水性耐水性n耐水系数保持率：耐水后胶接强度与耐水前胶接强度之百分比n其他其他特异性指标指标：相对密度、固体含量、固化速度、耐热性、耐化学性和耐候性等590.2.5 高分子涂料品质指标n涂料品质指标品质指标：物理性能、施工性能和漆膜性能等流平性流平性流平性通常做法通常做法：将调至施工黏度的涂料涂刷在已有底漆的样板上使之平展均匀，然后在涂膜中部用刷子纵向抹刷痕，测定刷痕消失的时间来评级判断判断：小于10min者为良好，1015min为合格0.2.

23、5 涂料品质指标涂料品质指标60 遮盖力遮盖力n遮盖力：指色漆涂成的均匀薄膜使涂装表面底色不再呈现的能力p通常两种方式方式：遮盖单位面积所需最小用漆量；遮盖住底面所需最小湿膜厚度 贮存稳定性贮存稳定性n贮存稳定性：表征涂料在密闭桶内贮存时质量是否有变化的性能指标p涂料贮存（几个月甚至数年）可能有增稠、变粗、结块等双象61漆膜附着力漆膜附着力定定 义义：表征漆膜与被涂物体表面通过物理化学作用结合在一起的坚固程度p最简单测定方法测定方法：用保险刀片在漆膜上切几道长约1020mm、切痕间距1mm的平行切痕（切穿漆膜整个深度），然后再垂直相切同样的几道切痕，由此形成许多小方格，用手指轻轻触摸，漆不从小

24、方格中脱落，仍与底版牢固结合者为合格62p涂料其他特异性指标其他特异性指标：黏度、固体含量、干燥时间以及漆膜其他品质（如光泽、硬度、柔韧性、耐冲击强度、耐磨性、耐候性能）等630.3 高分子材料成形概述n成形过程变化变化：通常会同时发生形状、结构和性质的变化n形状变化（最首要和最基本）：包括形状的获得和形状的保持两个过程两个过程形状的获得形状的获得：流动和形变形状的保持形状的保持：冷却固化、传质固化或反应固化后续工序后续工序：比如修边、机械切削甚至装配0.3 高分子成形概述高分子成形概述64n结构变化结构变化：比如，结晶、取向等结构的变化n性质变化性质变化：力学、电学、光学等性能的变化!专门后

25、续处理工艺过程处理工艺过程（有时）：如热拉伸和热定形等660.3.1 高分子材料成形形式n按照成形物料状态，成形形式分为3类黏流态成形黏流态成形：（低聚物）熔体成形、溶液成形和分散液成形工艺工艺：挤出成形、注射成形、压延成形、压制成形、浇铸成形等高弹态成形或称塑性成形高弹态成形或称塑性成形：热成形、吹塑成形、拉伸薄膜和化学纤维的拉伸等玻璃态成形玻璃态成形：只能机械加工，如车、铣、刨等0.3.1 高分子成形形式高分子成形形式67n塑料成形塑料成形：主要是黏流态成形n化学纤维成形化学纤维成形：主体是黏流态成形，包含塑性成形（即拉伸）n橡胶成形橡胶成形：黏流态成形n胶黏剂和涂料的成形胶黏剂和涂料的成

26、形：主要是黏流态成形680.3.2 高分子材料成形流程n通常3个基本过程基本过程：物料准备、成形和后加工塑料物料准备物料准备：物料粉碎、加热干燥及预热、混合、熔化或溶解、过滤和脱泡等后加工后加工：后处理、机械加工、表面整饰和装配0.3.2 高分子材料成形流程高分子材料成形流程697071n化学纤维常规成形方法常规成形方法：熔体纺丝、湿法纺丝和干法纺丝3种工艺 湿法纺丝和干法纺丝合称为常规溶液纺丝熔体纺丝工艺熔体纺丝工艺：涤纶、尼龙、丙纶、乙纶等溶液纺丝工艺溶液纺丝工艺：腈纶、黏胶纤维、维尼纶等成形物料成形物料：聚合物原料外还常加入颜料等有关助剂，挤出成形成为初生纤维后加工后加工：假捻变形、空气

27、变形等（长丝） 集束拉伸、卷曲变形、热定形、干燥、切断 等（短纤维）72图0.6 化学纤维常规熔体纺丝典型工艺流程图73图0.7 聚丙烯腈基碳纤维制造工艺流程图碳纤维碳纤维（特种纤维）：粘胶纤维、聚丙烯腈纤维和沥青纤维等为原丝经碳化制造74 橡胶制品成形（特别之处）：硫化硫化 硫化橡胶制品后加工后加工：修整处理、热处理、表面化学处理和表面涂层等图0.8 橡胶制品成形典型工艺流程图750.3.3 原料及工艺选择原则n三三大基本原则大基本原则：适用、经济和可行适用性原则适用性原则：材料保证制品满足使用要求，工艺对材料适用又对制品形状适用经济性原则经济性原则：制品最终成本最低（包含原料、工艺、制品使用和寿命等成本）可行性原则可行性原则：企业原料、设备及社会协作等保证材料的获得及其成形的实施n适用性原则：第一位0.3.3 原料及工艺选择原则原料及工艺选择原则76分类及品种：分类及品种：塑料、化学纤维、橡胶、胶黏剂和涂料特异性品质指标：特异性品质指标：塑料、化学纤维、橡胶、胶黏剂和涂料成形形式形式：黏流态成形、塑性成形和玻璃态成形成形基本过程基本过程：物料准备及配制、成形和后处理材料及其成形工艺选择三三大基本原则大基本原则：适用、经济和可行绪论小结绪论小结