聚合物成型与加工基础分析PPT课件

1树脂树脂第1页/共81页27.1 原材料原材料第2页/共81页3塑料塑料1、定义：、定义：塑料是塑料是的一类高分子材料总称，即在一定温度和压力下受到外力作的一类高分子材料总称，即在一定温度和压力下受到外力作用会产生形变，去除外力后仍能保持受力时形状的材料。用会产生形变，去除外力后仍能保持受力时形状的材料。 从高分子分子结构观点来看，能作为塑料用的高分子材料必须是：从高分子分子结构观点来看，能作为塑料用的高分子材料必须是：，其中，其中非晶态聚合物的使用温度必须非晶态聚合物的使用温度必须，而，而。第3页/共81页42、分类：、分类： 按塑料的使用范围可分为按塑料的使用范围可分为通用塑料通用塑料和和工程塑料工程塑料两大两大类。类。 通用塑料通用塑料：是指产量大、应用广、价格较低、：是指产量大、应用广、价格较低、，主要作，主要作，如，如聚乙聚乙烯烯、聚丙烯聚丙烯、聚苯乙烯聚苯乙烯、聚氯乙烯聚氯乙烯等。等。 工程塑料工程塑料：是指能经受较宽温度变化范围和较苛刻：是指能经受较宽温度变化范围和较苛刻环境条件，环境条件，和和，。虽。虽然产量不大，价格较高，但它可代替金属作为工程然产量不大，价格较高，但它可代替金属作为工程材料使用，如材料使用，如聚酰胺聚酰胺、聚碳酸酯聚碳酸酯、聚甲醛聚甲醛等。等。第4页/共81页53、衡量塑料的性能主要从以下方面进行：、衡量塑料的性能主要从以下方面进行： 1) 物理性能物理性能：比重、吸水性、透气性、透明性等。：比重、吸水性、透气性、透明性等。 2) 力学性能力学性能：抗张强度、抗冲强度、伸长率、压缩强：抗张强度、抗冲强度、伸长率、压缩强度、模量、硬度等。度、模量、硬度等。 3) 热性能热性能：导热系数、热膨胀系数、熔点、软化点、：导热系数、热膨胀系数、熔点、软化点、热分解温度、连续耐热温度、玻璃化温度、比热、耐寒热分解温度、连续耐热温度、玻璃化温度、比热、耐寒性等。性等。 4) 电性能电性能：介电常数、表面电阻、体积电阻、电导率：介电常数、表面电阻、体积电阻、电导率介质损耗、击穿电压等。介质损耗、击穿电压等。 5) 耐化学与耐老化性能耐化学与耐老化性能：耐酸、耐碱、耐有机溶剂和：耐酸、耐碱、耐有机溶剂和耐无机盐水溶液性能，耐日光及空气中氧、水的老化性耐无机盐水溶液性能，耐日光及空气中氧、水的老化性能。能。 6) 其它性能其它性能：阻燃性、光学性能、粘结性能等。：阻燃性、光学性能、粘结性能等。第5页/共81页6橡胶橡胶1、定义：、定义： 橡胶是指在较低的应力下可发生较大的可逆伸长橡胶是指在较低的应力下可发生较大的可逆伸长(达达5001000)的一类高分子材料。即在相当宽的温的一类高分子材料。即在相当宽的温度内度内(约约-50100)能能的一类高分子化合的一类高分子化合物，在除去应力时能完全恢复原来尺寸，伸长时表现物，在除去应力时能完全恢复原来尺寸，伸长时表现出出。 作为橡胶用的高分子材料作为橡胶用的高分子材料玻璃化转变温度要比室温低玻璃化转变温度要比室温低得多得多，使它们能在常温使用，使它们能在常温使用 大分子链上应存在可交联的基团，交联后形成网络结大分子链上应存在可交联的基团，交联后形成网络结构。这种交联主要是通过化学反应，也可采用物理交构。这种交联主要是通过化学反应，也可采用物理交联方法。联方法。第6页/共81页73、分类：、分类：橡胶按其来源，可分为橡胶按其来源，可分为天然橡胶天然橡胶和和合成橡胶合成橡胶： 1）是由橡胶树流出的乳液，经浓缩、烟熏等是由橡胶树流出的乳液，经浓缩、烟熏等加工而得生胶。它主要成份的化学结构是加工而得生胶。它主要成份的化学结构是。 2）合成橡胶是用人工合成的方法制得的聚合物弹性体。）合成橡胶是用人工合成的方法制得的聚合物弹性体。 合成橡胶按其性能和用途可分为合成橡胶按其性能和用途可分为通用合成橡胶通用合成橡胶和和特种特种合成橡胶合成橡胶 A、凡性能、凡性能与天然橡胶相同或相近与天然橡胶相同或相近，广泛用于，广泛用于制造轮制造轮胎胎及其它大量及其它大量橡胶制品橡胶制品的，称为通用橡胶、如的，称为通用橡胶、如、顺丁橡胶、氯丁橡胶、丁基橡胶等。、顺丁橡胶、氯丁橡胶、丁基橡胶等。第7页/共81页8 B、凡具有耐热、耐油、耐寒、耐臭氧等特殊性能，、凡具有耐热、耐油、耐寒、耐臭氧等特殊性能，用于用于制品，统称为特种橡制品，统称为特种橡胶，如丁腈橡胶、氟橡胶、硅橡胶、氯醇橡胶、聚氨胶，如丁腈橡胶、氟橡胶、硅橡胶、氯醇橡胶、聚氨酯橡胶等。酯橡胶等。 无论是天然橡胶还是合成橡胶，要制造成为有用橡胶制品，一般都必须。 评价硫化橡胶的力学性能主要有抗张强度、定伸强度、扭断伸长率、回弹力、耐磨性能、疲劳性能、脆化温度和硬度等，其它还有硫化橡胶的耐化学腐蚀性、耐油性、耐热性、耐老化性等。第8页/共81页9纤维纤维1、定义：、定义： 通常把直径很小难以用肉眼测量，而长度约为直径通常把直径很小难以用肉眼测量，而长度约为直径100倍以上的物质统称为纤维。倍以上的物质统称为纤维。，称为合成纤维。，称为合成纤维。： 1) 。分子量太小，成纤性差，即使成纤，强度也差。分子量太小，成纤性差，即使成纤，强度也差。若分子量太大会使聚合物熔体或溶液粘度过高而引起若分子量太大会使聚合物熔体或溶液粘度过高而引起纺丝困难。纺丝困难。料，但分子量分布比塑料窄料，但分子量分布比塑料窄第9页/共81页102) ，使它们在使，使它们在使用温度范围内清洗和熨烫时仍能保持良好的物理性能。用温度范围内清洗和熨烫时仍能保持良好的物理性能。3) ，使纤维易于染色，并使，使纤维易于染色，并使织物具有良好的吸湿性和透气性织物具有良好的吸湿性和透气性。3、分类：、分类： 按其来源，纤维可分为按其来源，纤维可分为天然纤维天然纤维和和化学纤维化学纤维两大类。两大类。 1）天然纤维是自然界中动植物所生成的纤维，它的）天然纤维是自然界中动植物所生成的纤维，它的长径比高达长径比高达10003000倍，可直接利用它们原来的状倍，可直接利用它们原来的状态进行纺织加工，如棉花、毛、丝、麻以及矿物纤维态进行纺织加工，如棉花、毛、丝、麻以及矿物纤维石棉等。石棉等。第10页/共81页11 2）化学纤维包括无机纤维）化学纤维包括无机纤维(玻璃纤维玻璃纤维)、再生纤维、再生纤维(粘胶粘胶丝丝)、半合成纤维、半合成纤维(醋酸纤维、硝酸纤维醋酸纤维、硝酸纤维)和合成纤维。其和合成纤维。其中中合成纤维有合成纤维有：、等。等。3）应用在特定环境下的合成纤维被称为）应用在特定环境下的合成纤维被称为特种合成纤维特种合成纤维，按其性官团可分为按其性官团可分为耐高温纤维耐高温纤维(芳香族聚酰胺纤维、碳纤芳香族聚酰胺纤维、碳纤维、聚酰亚胺纤维维、聚酰亚胺纤维)；耐腐蚀纤维耐腐蚀纤维(聚四氟乙烯纤维、四聚四氟乙烯纤维、四氟乙烯氟乙烯/六氟丙烯共聚纤维六氟丙烯共聚纤维)；阻燃纤维阻燃纤维(聚偏氯乙烯纤维、聚偏氯乙烯纤维、维氯纶、腈氯纶维氯纶、腈氯纶)；弹性纤维弹性纤维(聚氨酯纤维、聚丙烯酸酯聚氨酯纤维、聚丙烯酸酯弹性纤维弹性纤维)；吸湿性纤维；吸湿性纤维(绵纶绵纶4等等)。第11页/共81页124、纤维的性能评价主要有以下几方面：、纤维的性能评价主要有以下几方面： 1)、物理性能：断裂强度、断裂伸长、弯曲寿命、耐磨、物理性能：断裂强度、断裂伸长、弯曲寿命、耐磨性、回弹率、熔点、软化点、玻璃化转变温度、表面电性、回弹率、熔点、软化点、玻璃化转变温度、表面电阻等。阻等。 2)、化学性能：耐酸性、耐碱性、耐溶剂性、热分解温、化学性能：耐酸性、耐碱性、耐溶剂性、热分解温度、耐光照性、耐老化性、耐褪色性、阻燃性、染色性。度、耐光照性、耐老化性、耐褪色性、阻燃性、染色性。 3)、生理性能：毒性、皮肤刺激性、防菌性、防霉性、生理性能：毒性、皮肤刺激性、防菌性、防霉性、防蛀性。防蛀性。 4)、织物性能：外观，如防折皱性、手感、光泽等；舒、织物性能：外观，如防折皱性、手感、光泽等；舒适性，如保暖性、吸水性、防潮性、滑爽性；稳定性，适性，如保暖性、吸水性、防潮性、滑爽性；稳定性，如尺寸和式样的稳定性、挺刮性、缩绒性、起球性、防如尺寸和式样的稳定性、挺刮性、缩绒性、起球性、防皱性、折痕保持性等。皱性、折痕保持性等。第12页/共81页137.2 添加剂添加剂第13页/共81页14主要作用：主要作用：1. 改善高分子材料性能改善高分子材料性能，如改善材料的韧性，或赋予，如改善材料的韧性，或赋予高分子材料某种特殊性能与功能，如阻燃性；高分子材料某种特殊性能与功能，如阻燃性；2. 改善改善聚合物的聚合物的成型加工性能成型加工性能；3. 防防止或延缓高分子材料的止或延缓高分子材料的，提高高分子材料的，提高高分子材料的使用寿命；使用寿命；4. 降低降低高分子材料高分子材料成本成本。第14页/共81页15种类：种类： 塑料的添加剂主要有塑料的添加剂主要有稳定剂稳定剂、增塑剂增塑剂、润滑剂、着色润滑剂、着色剂剂、填料填料以及根据不同用途而加入的阻燃剂、防静电以及根据不同用途而加入的阻燃剂、防静电剂、防霉剂、紫外吸收剂、交联剂、偶联剂、发泡剂剂、防霉剂、紫外吸收剂、交联剂、偶联剂、发泡剂等。等。 橡胶制品的添加剂主要有橡胶制品的添加剂主要有硫化剂硫化剂、硫化促进剂、助促、硫化促进剂、助促进剂、防老剂、软化剂、增强剂、进剂、防老剂、软化剂、增强剂、填料填料、着色剂等。、着色剂等。 合成纤维一般是由线型高分子量合成树脂纺丝而成，合成纤维一般是由线型高分子量合成树脂纺丝而成，加入少量的加入少量的消光剂消光剂、防静电剂防静电剂及油剂等。及油剂等。第15页/共81页161. 增塑剂增塑剂加入聚合物中可以加入聚合物中可以降低降低聚合物的聚合物的玻璃化温度玻璃化温度，增加增加聚合物的聚合物的塑性塑性，并导致聚合物的某些力学性能发生改变的化合物。，并导致聚合物的某些力学性能发生改变的化合物。（1）增塑的目的）增塑的目的1）降低聚合物材料塑性变形温度或给定温度下的粘度，）降低聚合物材料塑性变形温度或给定温度下的粘度，从而改善加工性能。从而改善加工性能。2）使制品在常温下表现柔软。）使制品在常温下表现柔软。3）使制品的耐寒性增加。）使制品的耐寒性增加。4）提高玻璃态聚合物的断裂伸长率和冲击强度。）提高玻璃态聚合物的断裂伸长率和冲击强度。第16页/共81页17（2）增塑的原理）增塑的原理1）非极性的增塑剂主要起溶剂化作用非极性的增塑剂主要起溶剂化作用，使聚合物，使聚合物分子之间的距离增大，降低了分子间作用力，增分子之间的距离增大，降低了分子间作用力，增加了体系的自由体积，有利于链段运动。加了体系的自由体积，有利于链段运动。2）极性增塑剂主要起屏蔽作用极性增塑剂主要起屏蔽作用，增塑剂分子的极，增塑剂分子的极性基团与聚合物分子的极性基团相互作用，从而性基团与聚合物分子的极性基团相互作用，从而取代了聚合物分子之间的相互作用，降低了分子取代了聚合物分子之间的相互作用，降低了分子间作用力，有利于链段运动。间作用力，有利于链段运动。第17页/共81页18（3）增塑剂的要求）增塑剂的要求1）与被增塑聚合物的相容性要好）与被增塑聚合物的相容性要好2）具有良好的热、光和化学稳定性）具有良好的热、光和化学稳定性3）增塑效果持久，耐浸洗、耐迁移、不易挥发）增塑效果持久，耐浸洗、耐迁移、不易挥发4）物理性能良好：具有良好的电绝缘性、抗霉菌）物理性能良好：具有良好的电绝缘性、抗霉菌性、阻燃性，要求无色、无嗅、透明、无毒、价性、阻燃性，要求无色、无嗅、透明、无毒、价格低廉格低廉 第18页/共81页19（4）常用的增塑剂）常用的增塑剂1）苯二甲酸酯类）苯二甲酸酯类2）磷酯类）磷酯类如：邻苯二甲酸酯二辛酯如：邻苯二甲酸酯二辛酯 DOP如：磷酸三甲酚酯如：磷酸三甲酚酯 TCP常用于阻燃塑料常用于阻燃塑料第19页/共81页202. 填充剂填充剂填充剂是指在组成和结构上与聚合物基体不同的固体添加填充剂是指在组成和结构上与聚合物基体不同的固体添加剂，通常为无机物。剂，通常为无机物。惰性填充剂（填料）惰性填充剂（填料）活性填充剂活性填充剂( ( 补强剂补强剂) )降低成本，增加体积，对性降低成本，增加体积，对性能影响小能影响小提高材料的性能提高材料的性能（1）填充剂分类）填充剂分类第20页/共81页21 （2）常用的填充）常用的填充剂剂炭黑炭黑白碳黑白碳黑 水合二氧化硅水合二氧化硅纤维纤维碳酸钙碳酸钙滑石粉滑石粉 MgO：SiO2H2O=3:4 钛白粉钛白粉 TiO2第21页/共81页22（3）补强的机理）补强的机理炭黑与橡胶分子之间产生物理吸附或化学吸附。炭黑与橡胶分子之间产生物理吸附或化学吸附。受力拉伸时，分子链较易在填料的表面滑动，而不易受力拉伸时，分子链较易在填料的表面滑动，而不易和炭黑脱离，这样炭黑与橡胶形成了一种能够滑动的和炭黑脱离，这样炭黑与橡胶形成了一种能够滑动的牢固的键。牢固的键。以炭黑补强橡胶为例以炭黑补强橡胶为例第22页/共81页23（4）影响补强效果的因）影响补强效果的因素素1) 1) 粒子的大小：粒子越小，比表面积越大，吸附点多，粒子的大小：粒子越小，比表面积越大，吸附点多，补强效果好。补强效果好。2) 粒子的表面性质：表面活性大，补强效果好。粒子的表面性质：表面活性大，补强效果好。3) 补强剂的用量补强剂的用量硅烷硅烷 RSiX钛酸酯钛酸酯第23页/共81页243. 稳定剂（防老剂）稳定剂（防老剂）老化老化在使用过程中在使用过程中在成型加工中在成型加工中受外界因素受外界因素O2，光，光热热微生物微生物影响影响高分子材料发生高分子材料发生分子结构变化：降解、交联分子结构变化：降解、交联使用性能变化：强度下降、变色、发粘使用性能变化：强度下降、变色、发粘稳定剂稳定剂热稳定剂热稳定剂抗氧剂：自由基清除剂和过氧化氢分解剂抗氧剂：自由基清除剂和过氧化氢分解剂光稳定剂：紫外光吸收剂，光屏蔽剂等光稳定剂：紫外光吸收剂，光屏蔽剂等第24页/共81页254. 其他添加剂其他添加剂阻燃剂阻燃剂增加聚合物的阻燃性，阻止或延缓其燃烧增加聚合物的阻燃性，阻止或延缓其燃烧润滑剂润滑剂 为改进塑料熔体的流动性能，减少或避免对设备的摩擦和粘为改进塑料熔体的流动性能，减少或避免对设备的摩擦和粘附以及改进制品表面光亮度等，而加入的一类助剂称为润滑剂。附以及改进制品表面光亮度等，而加入的一类助剂称为润滑剂。抗静电剂抗静电剂液体石蜡、脂肪酸、矿物油等液体石蜡、脂肪酸、矿物油等着色剂着色剂石墨、炭黑、表面活性剂等石墨、炭黑、表面活性剂等染料、颜料染料、颜料第25页/共81页267.3 聚合物的成型加工性聚合物的成型加工性第26页/共81页27聚合物的成型加工：将聚合物或以聚合物为基本成分，加入各种添加剂，在聚合物的成型加工：将聚合物或以聚合物为基本成分，加入各种添加剂，在一定的温度和压力下，将其转变为具有实用价值的材料或制品的一种工艺过一定的温度和压力下，将其转变为具有实用价值的材料或制品的一种工艺过程。程。 第27页/共81页28第28页/共81页29第29页/共81页30第30页/共81页31聚合物的成型加工性：聚合物的成型加工性：。我们可。我们可以用各种加热方法使聚合物熔融，或加入溶剂或增塑剂以用各种加热方法使聚合物熔融，或加入溶剂或增塑剂使之成溶液或悬浮液；或用机械轧炼来达到粘流态，即使之成溶液或悬浮液；或用机械轧炼来达到粘流态，即呈液体状态。呈液体状态。 已成型的制品通过冷却（热塑性聚合物）、交联（热固已成型的制品通过冷却（热塑性聚合物）、交联（热固性聚合物、硫化橡胶性聚合物、硫化橡胶)或干燥或干燥(粘合剂、涂料粘合剂、涂料)来固定其形来固定其形状状。 因此说；因此说；。当温度升高到热分解温度当温度升高到热分解温度Td，聚合物开始分解，同时降，聚合物开始分解，同时降低了高分子材料及制品的性能，所以，低了高分子材料及制品的性能，所以，。 第31页/共81页32：可挤压性是指聚合物在挤压作用下发生形变时获得如可挤压性是指聚合物在挤压作用下发生形变时获得如定形状并保持该形状的能力。定形状并保持该形状的能力。通常情况下，通常情况下，。若熔体粘度。若熔体粘度低，虽有良好的流动性，但其保持形状的能力差；反低，虽有良好的流动性，但其保持形状的能力差；反之，熔体粘度高，则会造成流动和成型的困难。之，熔体粘度高，则会造成流动和成型的困难。可模塑性是指聚合物在温度和压力作用下，可在模具可模塑性是指聚合物在温度和压力作用下，可在模具中产生形变、流动并获得模腔形状的成型能力。中产生形变、流动并获得模腔形状的成型能力。 第32页/共81页33 可以通过可以通过等方法制成各种形状和结等方法制成各种形状和结构的模塑制品。可模塑性除与聚合物本身结构特征有构的模塑制品。可模塑性除与聚合物本身结构特征有关外，主要取决于成型加工温度、压力和模具的构造，关外，主要取决于成型加工温度、压力和模具的构造，与聚合物流变特性密切相关，与聚合物流变特性密切相关， 当温度过高，聚合物在模腔中流动性好，易于成型，当温度过高，聚合物在模腔中流动性好，易于成型，但也易分解，并使脱模的制品易产生收缩；温度过低，但也易分解，并使脱模的制品易产生收缩；温度过低，熔体粘度大，流动差，并会产生较大的弹性形变，导熔体粘度大，流动差，并会产生较大的弹性形变，导致制品形状和尺寸不稳定，还可能产生离层现象；压致制品形状和尺寸不稳定，还可能产生离层现象；压力过高，虽流动性提高，但会因粘度过小而产生溢料，力过高，虽流动性提高，但会因粘度过小而产生溢料，造成飞边；压力过小，则易注不满而缺料。造成飞边；压力过小，则易注不满而缺料。第33页/共81页34 可延展性是指聚合物在一个或两个方向受挤压或拉可延展性是指聚合物在一个或两个方向受挤压或拉伸的能力。伸的能力。 聚合物的可延展性来自聚合物的可延展性来自。对韧性聚。对韧性聚合物而言，当温度在合物而言，当温度在TgTm(或或Tf)时，受到大于屈时，受到大于屈服强度的拉力作用时，聚合物产生宏观的塑性延展性。服强度的拉力作用时，聚合物产生宏观的塑性延展性。可延展性的程度取决于聚合物的塑性应变的能力，与可延展性的程度取决于聚合物的塑性应变的能力，与拉伸温度密切相关。通常拉伸温度密切相关。通常，而，而。拉伸可以。拉伸可以从一个方向进行，也可以从两个方向进行，前者称为从一个方向进行，也可以从两个方向进行，前者称为单向拉伸，后者称为双向拉伸。单向拉伸，后者称为双向拉伸。第34页/共81页35聚合物的成型加工方法聚合物的成型加工方法 高分子材料及制品的制造过程，一般有以下几个基本高分子材料及制品的制造过程，一般有以下几个基本过程：过程：、。 1. 按聚合物的成型方法原理，大致可分为：按聚合物的成型方法原理，大致可分为： 1) 热塑化、冷却成型热塑化、冷却成型 首先加热聚合物，使其处于均匀的粘流态，即首先加热聚合物，使其处于均匀的粘流态，即“塑塑化化”状态，然后塑制成所需要的形状，并冷却定型。状态，然后塑制成所需要的形状，并冷却定型。挤出、注射、压延、真空成型、熔融纺丝、熔融喷涂挤出、注射、压延、真空成型、熔融纺丝、熔融喷涂等方法，都属于热塑化，冷却成型。等方法，都属于热塑化，冷却成型。第35页/共81页362) 热塑化、反应成型热塑化、反应成型 这类方法主要用于热固性塑料的生产，常称为模压成这类方法主要用于热固性塑料的生产，常称为模压成型，也可用于热塑性塑料成型。型，也可用于热塑性塑料成型。3) 溶剂塑化、脱溶剂成型溶剂塑化、脱溶剂成型 聚合物中加入溶剂使之溶解成液态，使大分子易于变聚合物中加入溶剂使之溶解成液态，使大分子易于变形，便于进一步成型，此类成型大至可以分为以下几形，便于进一步成型，此类成型大至可以分为以下几种：种：A 聚合物溶解、脱溶剂成型：干法纺丝、流延成膜、涂聚合物溶解、脱溶剂成型：干法纺丝、流延成膜、涂料、粘合剂、喷涂等均属此类。料、粘合剂、喷涂等均属此类。B 聚合物溶解、沉淀成型：聚合物处于溶液状态，在非聚合物溶解、沉淀成型：聚合物处于溶液状态，在非溶剂中被沉淀析出成型。溶剂中被沉淀析出成型。第36页/共81页37C 聚合物溶胀、蒸发成型。聚合物溶胀、蒸发成型。D 聚合物溶胀，共沉淀成型。聚合物溶胀，共沉淀成型。4) 反应成型反应成型 反应成型是将聚合反应和成型加工合为一体的方法。反应成型是将聚合反应和成型加工合为一体的方法。5) 其它成型方法其它成型方法 高分子材料的热弯；焊接、锻造、冲压等多少与聚合高分子材料的热弯；焊接、锻造、冲压等多少与聚合物的热塑化有关，热真空成型及冷冲则与聚合物高弹性物的热塑化有关，热真空成型及冷冲则与聚合物高弹性有关，而高分子材料的车、刨、钻、锯、铣等属纯粹的有关，而高分子材料的车、刨、钻、锯、铣等属纯粹的机械方法。此外，还可进行金属镀饰，表面喷涂、染色机械方法。此外，还可进行金属镀饰，表面喷涂、染色等加工处理，这些方法有时被称为高分子材料的二次加等加工处理，这些方法有时被称为高分子材料的二次加工。工。 第37页/共81页387.4 塑料的成型加工塑料的成型加工第38页/共81页39挤出成型挤出成型 挤出成型又叫挤塑、挤压、挤出模塑。是借助螺杆或挤出成型又叫挤塑、挤压、挤出模塑。是借助螺杆或柱塞的挤压作用柱塞的挤压作用, ,使塑化均匀的塑料强行通过模口而使塑化均匀的塑料强行通过模口而成为具有恒定截面的连续制品。成为具有恒定截面的连续制品。60%的塑料制品是由挤出成型工艺加工的的塑料制品是由挤出成型工艺加工的应用范围：主要生产管、棒、丝、带、薄膜、电线电缆、涂层制品及各种异型材料；还可以用于塑料的着色、塑化造粒、塑料共混改性：也可用于某些热固性塑料制品生产。应用范围：主要生产管、棒、丝、带、薄膜、电线电缆、涂层制品及各种异型材料；还可以用于塑料的着色、塑化造粒、塑料共混改性：也可用于某些热固性塑料制品生产。第39页/共81页40主要设备主要设备第40页/共81页41计量段计量段第41页/共81页42和单螺杆挤出机相比，和单螺杆挤出机相比，双螺杆挤出机的特点是：双螺杆挤出机的特点是：1、较高的固体输送能力和挤出产量；、较高的固体输送能力和挤出产量；2、混合塑化能力高；、混合塑化能力高；3、较低的塑化温度，减小分解可能；、较低的塑化温度，减小分解可能； 4、结构复杂，成本高。、结构复杂，成本高。 第42页/共81页43第43页/共81页44注塑成型（注射成型注塑成型（注射成型） 注射成型是将粒状或粉状塑料从注射成型机的料斗送入注射成型是将粒状或粉状塑料从注射成型机的料斗送入机简内加热熔融塑化后，在柱塞或螺杆加压下，物料被机简内加热熔融塑化后，在柱塞或螺杆加压下，物料被压缩并向前移动，通过机筒前端的喷嘴，以很快的速度压缩并向前移动，通过机筒前端的喷嘴，以很快的速度注入温度较低的闭合模具内，经过一定时间的冷却定型注入温度较低的闭合模具内，经过一定时间的冷却定型后，开启模具即得制品。后，开启模具即得制品。成型过程成型过程第44页/共81页45l生产周期短、生产效率高；生产周期短、生产效率高；l能成型形状复杂、尺寸精确或带嵌件的制品；能成型形状复杂、尺寸精确或带嵌件的制品；l成型塑料品种多；成型塑料品种多；l易于实现自动化。易于实现自动化。 因此广泛用于各种塑料制品的生产。其成型制因此广泛用于各种塑料制品的生产。其成型制品占目前全部塑料制品的品占目前全部塑料制品的2030。特点特点第45页/共81页46第46页/共81页47注塑机分类注塑机分类第47页/共81页48注塑模具注塑模具第48页/共81页49第49页/共81页50第50页/共81页51吹塑成型吹塑成型 中空吹塑工艺是将挤出或注射成型所得的半熔融态中空吹塑工艺是将挤出或注射成型所得的半熔融态管坯管坯(型坯型坯)置于各种形状的模具中，在管坯中通入压缩置于各种形状的模具中，在管坯中通入压缩空气将其吹胀，使之紧贴于模腔壁上，再经冷却脱模得空气将其吹胀，使之紧贴于模腔壁上，再经冷却脱模得到中空制品的成型方法。到中空制品的成型方法。第51页/共81页注射吹塑挤出吹塑第52页/共81页53压延成型压延成型 压延成型是生产塑料薄膜、人造革和片材的主要方法。压延成型是生产塑料薄膜、人造革和片材的主要方法。它是将已经塑化好的接近粘流温度的热塑性塑料通过一系它是将已经塑化好的接近粘流温度的热塑性塑料通过一系列相向旋转着的水平辊简间隙，使物料承受挤压和延展作列相向旋转着的水平辊简间隙，使物料承受挤压和延展作用，而使其成为规定尺寸的连续片状制品的成型方法。用，而使其成为规定尺寸的连续片状制品的成型方法。压延成型示意图压延成型示意图第53页/共81页54用作压延成型的塑料大多数是热塑性非晶态塑料，用作压延成型的塑料大多数是热塑性非晶态塑料，其中以聚氯乙烯用得最多。其中以聚氯乙烯用得最多。第54页/共81页55第55页/共81页56压缩成型（模压成型，压塑成型）压缩成型（模压成型，压塑成型） 将粉状、粒状、碎屑状或纤维状的塑料放入加热的将粉状、粒状、碎屑状或纤维状的塑料放入加热的阴模中，合上阳模后加热使其熔化，并在压力的作用下，阴模中，合上阳模后加热使其熔化，并在压力的作用下，使物料充满模腔，形成与模腔形状一样的模制品，再经使物料充满模腔，形成与模腔形状一样的模制品，再经加热或冷却，脱模后即得制品。加热或冷却，脱模后即得制品。第56页/共81页57浇铸成型（铸塑）浇铸成型（铸塑） 将已准备好的浇铸原料将已准备好的浇铸原料(通常是单体、初步聚通常是单体、初步聚合或缩聚的预聚体或聚合物、单体的溶液等合或缩聚的预聚体或聚合物、单体的溶液等)注入注入模具中使其固化模具中使其固化(完成聚合或缩聚反应完成聚合或缩聚反应)，从而得到，从而得到与模具型腔相似的制品。与模具型腔相似的制品。静态浇铸静态浇铸搪塑搪塑滚塑滚塑嵌塑嵌塑第57页/共81页58 层压成型系指用成叠的、浸有或涂有树脂的片状底层压成型系指用成叠的、浸有或涂有树脂的片状底材以及塑料片在加热、加压下制成坚实而又近于均匀的材以及塑料片在加热、加压下制成坚实而又近于均匀的板状、管状、棒状或其它简单形状的制品。板状、管状、棒状或其它简单形状的制品。层压成型层压成型玻璃钢型材玻璃钢型材第58页/共81页59泡沫塑料泡沫塑料成型成型模压发泡示意图机械发泡机械发泡物理发泡物理发泡化学发泡化学发泡方法方法模压发泡模压发泡工艺工艺挤出发泡挤出发泡可发性珠粒可发性珠粒第59页/共81页607.5 橡胶的成型加工橡胶的成型加工第60页/共81页61第61页/共81页621、塑炼、塑炼塑炼是通过炼胶机的机械、热和化学作用使生胶分子量降低，塑炼是通过炼胶机的机械、热和化学作用使生胶分子量降低，以增加生胶的塑性而减少弹性。塑炼主要适用于天然橡胶。以增加生胶的塑性而减少弹性。塑炼主要适用于天然橡胶。2、混炼、混炼混炼是生胶与配合剂均匀混合的过程。将经塑炼的生胶混入混炼是生胶与配合剂均匀混合的过程。将经塑炼的生胶混入配合剂在开放式炼胶机，或密闭式密炼机中反复进行挤压混配合剂在开放式炼胶机，或密闭式密炼机中反复进行挤压混合。合。3、成型、成型成型是将混炼胶通过类同塑料挤出、压延、注射等成型方法成型是将混炼胶通过类同塑料挤出、压延、注射等成型方法来制成一定截面积的半成品，如胶带、胶管、胎面胶、内胎来制成一定截面积的半成品，如胶带、胶管、胎面胶、内胎胶坯等。胶坯等。4、硫化、硫化在硫化剂作用下，将线型高分子转变成网状结构，以获得符在硫化剂作用下，将线型高分子转变成网状结构，以获得符合实用强度和弹性的橡胶制品过程。合实用强度和弹性的橡胶制品过程。第62页/共81页637.6 纤维的成型加工纤维的成型加工第63页/共81页64将聚合物加工成纤维的过程称为纺丝，几乎绝大多数聚将聚合物加工成纤维的过程称为纺丝，几乎绝大多数聚合物都是在熔体或溶液状态下进行纺丝的。合物都是在熔体或溶液状态下进行纺丝的。1、熔融纺丝、熔融纺丝熔融纺丝过程是将干燥的聚合物加热至熔融，聚合物熔熔融纺丝过程是将干燥的聚合物加热至熔融，聚合物熔体用计量泵压入装有过滤装置的纺丝头，经过滤后，熔体用计量泵压入装有过滤装置的纺丝头，经过滤后，熔体从喷丝板的毛细空压出而形成液体细流，经冷却，定体从喷丝板的毛细空压出而形成液体细流，经冷却，定型成丝束型成丝束(初生纤维丝初生纤维丝)，再经牵伸、热定型等后处理得，再经牵伸、热定型等后处理得到强度较高的合成纤维。此法不用溶剂，生产安全，成到强度较高的合成纤维。此法不用溶剂，生产安全，成本较低。凡可加热熔融或成粘流态而不发生分解的成纤本较低。凡可加热熔融或成粘流态而不发生分解的成纤聚合物，如聚酯、聚酰胺、聚丙烯等。聚合物，如聚酯、聚酰胺、聚丙烯等。第64页/共81页65第65页/共81页66第66页/共81页672、干法纺丝、干法纺丝 干法纺丝过程是将聚合物溶于适当溶剂中，配成干法纺丝过程是将聚合物溶于适当溶剂中，配成2630左右的浓溶液，即纺丝液，纤过滤后从喷丝孔压出左右的浓溶液，即纺丝液，纤过滤后从喷丝孔压出而形成原液细流，通过加热，使溶剂快速挥发而凝固成而形成原液细流，通过加热，使溶剂快速挥发而凝固成丝，再经牵伸等后处理得到合成纤维。氨纶、维纶、腈丝，再经牵伸等后处理得到合成纤维。氨纶、维纶、腈纶和醋酸纤维纶和醋酸纤维(人造丝人造丝)都可采用此法纺丝。都可采用此法纺丝。第67页/共81页68干法纺丝干法纺丝第68页/共81页693、湿法纺丝、湿法纺丝 湿法纺丝过程是将聚合物配成浓度为湿法纺丝过程是将聚合物配成浓度为1520的纺的纺丝液，经过滤后，由喷丝入细孔小喷出的原液细流直丝液，经过滤后，由喷丝入细孔小喷出的原液细流直接进人凝固浴凝固而成。凝固浴中盛有对聚合物不溶接进人凝固浴凝固而成。凝固浴中盛有对聚合物不溶解而能与纺丝液中的溶剂相容的沉淀剂。此时，聚合解而能与纺丝液中的溶剂相容的沉淀剂。此时，聚合物的原液细流中的溶剂向沉淀剂中扩散，沉淀剂向细物的原液细流中的溶剂向沉淀剂中扩散，沉淀剂向细流扩散，使聚合物析出，经牵伸、后处理得到合成纤流扩散，使聚合物析出，经牵伸、后处理得到合成纤维。此法主要用于粘胶纤维、腈纶短纤维、氨纶、维维。此法主要用于粘胶纤维、腈纶短纤维、氨纶、维纶等纺丝。纶等纺丝。第69页/共81页70湿法纺丝湿法纺丝第70页/共81页714、三种纺丝方法的比较：、三种纺丝方法的比较： 由于熔融纺丝中的冷却速度快，容易获得性质均一的圆由于熔融纺丝中的冷却速度快，容易获得性质均一的圆形截面的纤维；干法得到的丝纤维呈椭圆形状；而湿法形截面的纤维；干法得到的丝纤维呈椭圆形状；而湿法通常是高度回旋状。通常是高度回旋状。 无论是哪种形式初生纤维的后加工中，拉伸和热定型过无论是哪种形式初生纤维的后加工中，拉伸和热定型过程是必不可少的。程是必不可少的。第71页/共81页72 拉伸是在适当温度下拉伸是在适当温度下(一般在一般在TgTm范围内范围内)将纤维拉将纤维拉长几倍，使卷曲、无序的大分子链在纤维中沿纤维轴长几倍，使卷曲、无序的大分子链在纤维中沿纤维轴方向更整齐排列起来，使大分子链伸展取向，并可提方向更整齐排列起来，使大分子链伸展取向，并可提高纤维的结晶度，从而使纤维的强度提高，伸长率减高纤维的结晶度，从而使纤维的强度提高，伸长率减少，细度符合纺织加工要求。少，细度符合纺织加工要求。 热定型是将拉伸后的纤维在热定型是将拉伸后的纤维在TgTm之间进行热松弛，之间进行热松弛，使纤维中高分子链在大尺寸范围内取向，而在链段尺使纤维中高分子链在大尺寸范围内取向，而在链段尺寸范围内充分松弛，可防止以后在加热时寸范围内充分松弛，可防止以后在加热时(如高温染色如高温染色等等)会发生明显收缩。同时挥发掉纤维中的溶剂、水分会发生明显收缩。同时挥发掉纤维中的溶剂、水分等低分子物，起干燥作用。等低分子物，起干燥作用。第72页/共81页737.7 成型加工过程中的化学与物理变化成型加工过程中的化学与物理变化第73页/共81页741、降解与交联、降解与交联 聚合物在热、力、氧、光、水等作用下会发生降解，有时聚合物在热、力、氧、光、水等作用下会发生降解，有时也伴随有交联。也伴随有交联。 聚合物的热降解首先是从分子中最弱的化学键开始的，关聚合物的热降解首先是从分子中最弱的化学键开始的，关于化合键的强弱次序为：于化合键的强弱次序为：CF CH(烯和烷烯和烷) CC(脂肪链脂肪链) CCl 聚合物主链中各种聚合物主链中各种CC键的强弱次序为：键的强弱次序为： CCCCCCCCCCCC第74页/共81页75 有氧存在下，聚合物的降解反应会加速和复杂化。其原因有氧存在下，聚合物的降解反应会加速和复杂化。其原因是氧在聚合物熔体中的扩散系数远比在固态聚合物中扩散是氧在聚合物熔体中的扩散系数远比在固态聚合物中扩散系数要大得多。系数要大得多。 聚合物的分子结构中有的还存在能被水解的化学基团，如聚合物的分子结构中有的还存在能被水解的化学基团，如酰胺类、酯类、腈类、缩醛类以及某些酮类，在一定条件酰胺类、酯类、腈类、缩醛类以及某些酮类，在一定条件下，都会发生水解反应。下，都会发生水解反应。 聚合物在塑炼、挤出、注射、破碎、粉碎、拉伸等机械力聚合物在塑炼、挤出、注射、破碎、粉碎、拉伸等机械力作用下均会发生一系列的化学变化，这被称为力化学过程。作用下均会发生一系列的化学变化，这被称为力化学过程。力化学过程是指在机械力作用下加速了化学过程或物理过力化学过程是指在机械力作用下加速了化学过程或物理过程。一般而言，机械力并不直接产生活性物质，而是提高程。一般而言，机械力并不直接产生活性物质，而是提高聚合物的化学活性，使之更易于产生化学反应。特别是机聚合物的化学活性，使之更易于产生化学反应。特别是机械力可促进聚合物的降解反应。械力可促进聚合物的降解反应。第75页/共81页762、结晶与取向、结晶与取向 聚合物在成型加工过程中，伴随有加热、冷却和加压等作聚合物在成型加工过程中，伴随有加热、冷却和加压等作用，这会明显地影响晶态聚合物的结晶结构和最终产品的用，这会明显地影响晶态聚合物的结晶结构和最终产品的性能。性能。 研究表明随着压力的增加，熔点明显提高。这是因为在压研究表明随着压力的增加，熔点明显提高。这是因为在压力作用下，提高了聚力作用下，提高了聚 合物熔体的结晶速率，使片晶加厚。倘若在更高压力下，合物熔体的结晶速率，使片晶加厚。倘若在更高压力下，会形成伸直链晶体，大大提高制品的力学性能。会形成伸直链晶体，大大提高制品的力学性能。 结晶温度与聚合物结晶过程有密切关系。在加工成型过程结晶温度与聚合物结晶过程有密切关系。在加工成型过程中，聚合物分子链的有序化常常是在熔体冷却时发生的，中，聚合物分子链的有序化常常是在熔体冷却时发生的，然而成型过程的冷却速度通常是非常快的，会因传热而造然而成型过程的冷却速度通常是非常快的，会因传热而造成成第76页/共81页77 制件不同部位的冷却速度的不同，通常外边冷却速度快，制件不同部位的冷却速度的不同，通常外边冷却速度快，内部冷却速度慢，这就会导致制件内外的结晶速率不同及内部冷却速度慢，这就会导致制件内外的结晶速率不同及结晶度不同，使制件密度的不均一。控制冷却速度可改变结晶度不同，使制件密度的不均一。控制冷却速度可改变聚合物的结晶过程，以控制制品的性能。聚合物的结晶过程，以控制制品的性能。 热处理能使产品的结晶更趋于完善，不稳定的结晶结构转热处理能使产品的结晶更趋于完善，不稳定的结晶结构转变为稳定的结晶结构，微小的晶粒转变为较大晶粒。热处变为稳定的结晶结构，微小的晶粒转变为较大晶粒。热处理还能明显增加晶片厚度、提高熔点，此外也有利于大分理还能明显增加晶片厚度、提高熔点，此外也有利于大分子链的部分解取向和消除制品中的内应力。但过高的结晶子链的部分解取向和消除制品中的内应力。但过高的结晶度会导致制品变脆。度会导致制品变脆。第77页/共81页783、收缩与残余应力、收缩与残余应力 聚合物通常具有较高的热膨胀系数。当温度升高时，聚合物通常具有较高的热膨胀系数。当温度升高时，由于分子热运动加剧，大大地削弱了大分子链间的相由于分子热运动加剧，大大地削弱了大分子链间的相互作用，因此，在成型过程中聚合物受热变成熔体时，互作用，因此，在成型过程中聚合物受热变成熔体时，体积增大。然而，冷却时又会发生体积收缩。体积增大。然而，冷却时又会发生体积收缩。 聚合物在成型加工过程中，由于熔体冷却速度快，热聚合物在成型加工过程中，由于熔体冷却速度快，热传导速度慢，造成制件内外冷却速度不同，体积收缩传导速度慢，造成制件内外冷却速度不同，体积收缩不均匀，使制件内部产生内应力，会大大降低力学性不均匀，使制件内部产生内应力，会大大降低力学性能。能。第78页/共81页794、表面粗糙与熔接痕、表面粗糙与熔接痕 在聚合物成型加工中，常因种种原因使聚合物流体流动出在聚合物成型加工中，常因种种原因使聚合物流体流动出现不正常现象或缺陷，使制品出现表面粗糙现不正常现象或缺陷，使制品出现表面粗糙(如沙鱼皮状、如沙鱼皮状、桔子皮状、波纹状、螺旋状等桔子皮状、波纹状、螺旋状等)和熔接痕，以致裂缝等种和熔接痕，以致裂缝等种种畸变现象。种畸变现象。 产生上述现象的原因有两种，一是认为，熔体流动时，中产生上述现象的原因有两种，一是认为，熔体流动时，中心部位的聚合物受到拉伸，由于它的粘弹性特点，在流动心部位的聚合物受到拉伸，由于它的粘弹性特点，在流动中产生了一部分可回复的弹性形变。形变随着剪切速率的中产生了一部分可回复的弹性形变。形变随着剪切速率的增大而增大。当剪切速率增大至一定值，弹性形变达到极增大而增大。当剪切速率增大至一定值，弹性形变达到极限，熔体再也承受不了更大形变，于是流体发生周期性的限，熔体再也承受不了更大形变，于是流体发生周期性的断开，造成熔体破裂；断开，造成熔体破裂；第79页/共81页80 另一种原因是在熔体流动时，管壁处的剪切速率最另一种原因是在熔体流动时，管壁处的剪切速率最大；或由于流动分级效应使低分子量部分较多集中大；或由于流动分级效应使低分子量部分较多集中于管壁处，致使管壁处粘度最低，使熔体与管壁之于管壁处，致使管壁处粘度最低，使熔体与管壁之间缺乏粘附力，在某一临界切应力间缺乏粘附力，在某一临界切应力(105106Pa)下，下，熔体沿管壁发生整体滑移，而导致流体出现不连续熔体沿管壁发生整体滑移，而导致流体出现不连续性。性。 为消除上述现象，聚合物熔体必须在稳定层流中进为消除上述现象，聚合物熔体必须在稳定层流中进行加工。特定聚合物成型时，只要适当降低剪切速行加工。特定聚合物成型时，只要适当降低剪切速率和提高成型温度、减小模孔人口角等都可以不同率和提高成型温度、减小模孔人口角等都可以不同程度上消除这种现象。程度上消除这种现象。第80页/共81页81感谢您的观看。第81页/共81页