高分子材料成型加工课件.ppt

1,聚合物加工工程,主讲人：白绘宇,.,2,聚合物加工工程,授课说明,授课内容 授课顺序 考核及要求 教材和参考书,.,3,教 材,周达飞 唐颂超 主编中国轻工业出版社上海普通高校“九五”重点教材,专 业：高分子材料学时数：48学时内 容：塑料、橡胶和合成纤维 三者的共性和各自的特性主要讲授：加工工艺以及与工艺相关 的设备,.,4,课程性质：,高分子材料与工程专业的 专业课程 核心课程,.,5,授课方式：,.,6,授课内容与考核：,主要讲授的章节,部分了解的章节,考核方式,绪论、第一章、第五章、第六章、第七章、第八章、第九章、第十章、第十一章,第二章、第三章、第四章、第十二章、第十三章,习题、读书报告、期终考试,.,7,作者：潘祖仁 浙江大学 教授1980年7月由潘祖仁先生和孙经武（天津大学）合编高分子化学，为文化革命后我国第一部正式的高校教材。1986年由潘祖仁先生为主编，对全书进行了较大修改后再次出版。其后十余年间一直是各校的主要教材，1992年被评为全国优秀教材。1996年，潘祖仁先生再次对全书进行修定，补充一些新内容后由化工出版社出版。特点：主要参考G.Odian 的Principles of Polymerization，对一些经典理论给予了系统的论述，对聚合方法和典型产品制备进行了介绍，适合工科学生使用。不足之处是对最新进展介绍的不够。,教 学 参 考 书,.,8,复旦大学高分子科学系集体编写1995年7月由复旦大学出版社出版特点：对各种理论问题讲的较深，且包含有许多近年发现的新理论，为一本适合理科学生使用的书。各章中以“小专栏”的形式插入相关的课外知识，使教材生动活泼。不足之处是对聚合方法和典型产品介绍不多，工科学生需补充相关知识。,教 学 参 考 书,.,9,教 学 参 考 书,.,10,学习方法,高分子材料成型加工主要内容：（1）高分子材料；（2）成型加工工艺；（3）材料制品性能。,.,11,聚合物助剂、配方设计、加工机械和模具是独立课程，故不做详细介绍,.,12,所需要的基本知识：,热力学、力学,物理化学、有机化学,质量和能量的传递,高分子化学、高分子物理,粘弹性流体力学（流变学）,.,13,（1）始终围绕一条主线“高分子材料成型加工性能”；（2）掌握高分子材料成型加工的三基：基本原理，基本方法，基本规律；（3）结合高分子材料工程实验、模具设计、高聚物助剂和配方和高聚物流变学等的学习，加深对课程要求的理论、技术与应用的系统掌握和理解；（4）通过参加课外兴趣小组，加深对课程中某一内容的深入而广泛的学习，同时理解成型加工的最新科研信息；（5）加强同学之间的交流，加强与教师的讨论。,.,14,绪 论,.,15,高分子科学,研究高分子化合物合成、改性，高分子及其聚集态的结构、性能，聚合物的成型加工等内容的一门综合性学科。包括高分子化学、高分子物理、高分子工程几个领域。,高分子科学,.,16,1、高分子材料的定义2、高分子材料的成型加工3、高分子材料的制造4、高分子材料的工程特征,第一节 高分子材料,.,17,人类的文明史=材料的发展史,.,18,金属材料,有机高分子材料,非金属无机材料,改性,合金材料,复合材料,金属合金,高分子合金,材料的三大领域,.,19,材料四要素,.,20,材料的通性,高分子材料在材料中的地位,（1）组成（2）加工性（3）形状（4）使用性（5）经济性（6）再生性,1、年轻学科、有生命力2、最有发展前途3、应用广泛,.,21,石油天然气煤,加工,C3、C4、C5等碳氢化合物,有机合成,乙烯丙烯苯乙烯氯乙烯,聚合反应,高聚物,成型加工,制品,高分子化学聚合反应工程高分子合成工艺生产过程及设备反应机理,高分子物理,加工工艺机械模具改性应用,高分子化工,高分子材料,高分子材料科学与工程体系,高分子材料学科在化工学科中的位置,.,22,高 分 子 化 学,有机化学,物理化学,化学工程.,聚合反应工程,高 分 子 物 理,小分子化合物,高分子化合物,制品,聚合物成型加工,材料力学流体力学.,分 子 结 构,形 态 形 状,使用性能,无机化学,分析化学,物 理,循环利用,石油天燃气煤其它,高分子科学,高分子工程,高分子材料涉及的学科,.,23,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，冷却后在常温下能保持既定形状的材料制品。,1、高分子材料的定义,.,24,高分子材料,成型加工工艺,实用的材料或制品,（聚合物+助剂）,这一过程的工程技术,1 如何实现方法(挤出、注射、压制等),2 方法不同，产品性能不同,3 材料不同，方法不同,4 方法不同，设备不同,2、高分子材料的成型加工,.,25,3、高分子材料的制造,高分子材料及制品生产,高分子化合物制造,成型加工,聚合反应,高分子反应,复合化,合金,填充,表0-5,表0-6,表0-7,（添加剂、混合、成型）,图0-5,.,26,影响高分子材料制造的因素：高分子化合物的性质（化学结构、物理结构）（与高分子化合物的制造有关高分子材料学）成型加工过程:添加剂的作用 混合过程 成型过程（添加剂、混合、各成型工艺章节）,.,27,1熔融纺丝2注射成型3薄膜成型4挤出成型5压延成型6中空成型7真空和压力成型8薄膜和纤维热拉伸9薄膜和纤维冷拉伸,高聚物的状态变化与成型加工的关系,三种物理状态：玻璃态：Tg高弹态：TgTf（Tm）粘流态：Tf（Tm）Td,.,28,影响聚合物的状态变化的因素：聚合物的分子结构聚合物体系的组成聚合物所受应力环境温度,当聚合物和组成一定时，在一定外力作用下，聚合物聚集态的转变主要与温度有关：,聚合物聚集态不同,性能不同,内聚能不同,主价键,次价键,聚合物对加工技术的适用性不同,.,29,.,30,成型加工方法和实质,高分子材料成型加工是一个复杂的物理化学变化过程，其中，流动性是必要条件。,.,31,成型加工过程中发生的物理化学变化,（1）物理变化为主：热塑性塑料,（2）化学变化为主：浇铸成型,（3）物理变化化学变化兼有：热固性塑料、橡胶,.,32,加工技术从形变出发：（1）高聚物熔体塑性形变：Tf(m)Td多用于一次成型（2）高聚物类橡胶态弹性形变（残余形变）：TgTf，多用于二次成型（3）高聚物溶液态：用于浸渍、湿法或干法纺丝（4）高聚物分散体（悬浮体、溶液、胶乳）：搪塑（5）高聚物单体或预聚体直接成型化学加工：浇注（6）高聚物机械加工后处理,.,33,制品的性能,内在性质：通过选择合适材料容易解决,.,34,附加性质对制品性能影响,（1）形状上的变化：使用上的要求,（3）性质上的变化：反应出制品宏观性能改变,.,35,4、高分子材料的工程特征,.,36,.,37,高分子材料的分类,三大合成材料,塑料,橡胶,纤维,(意义、分类：P2P4),区分三个概念,聚合物,高分子材料,高分子材料制品,（树脂、生胶）,（塑料、胶料）,（塑料制品、橡胶制品）,.,38,轮胎,天然橡胶和布粘合鼠标垫,.,39,PMMA,.,40,涤纶,PU,.,41,高分子材料的消耗率,.,42,生活中的塑料塑料已成为当今家庭、办公室，以及产业中不可缺少的存在。用图片介绍塑料在各种场所的应用。,.,43,客 厅,.,44,厨 房,.,45,浴 室,.,46,Problems：,1、高分子材料为何具有独特性能？如何划分三大合成材料：molecule weights of rubber（几十万）、fibre（5万左右）、plastic（介于二者之间）,2、一种聚合物应用的多样性：e.g：PE、PET等,3、高分子材料的环境适应性：,4、高分子材料的改性,.,47,塑料的发现,1869年31岁的印刷工人约翰海阿特发明赛璐珞,1909年贝克兰发明酚醛树脂,.,48,现代生活中的高分子材料塑料,.,49,现代生活中的高分子材料工程塑料,.,50,橡胶的发展,橡树之泪,丑却受宠的合成橡胶,.,51,现代生活中的高分子材料橡胶,.,52,1855年瑞士人奥蒂玛斯把纤维素放在硝酸中得到硝化纤维素溶液，制得第一根人造纤维；1884年查唐纳脱把硝化纤维素放在酒精和乙醚中得到溶液，得到人造丝；,纤维的发展,.,53,功能高分子材料的发展,功能高分子材料于20世纪60年代末开始得到发展。功能高分子是指具有化学反应活性、催化性、光敏性、导电性、磁性、生物相容性、药理性、选择分离性，或具有转换或贮存物质、能量和信息作用等功能的高分子及其复合材料。目前已达到实用化的功能高分子有：离子交换树脂、分离功能膜、光刻胶、感光树脂、高分子缓释药物、人工脏器等等。高分子敏感元件、高导电高分子、高分辨能力分离膜、高感光性高分子、高分子太阳能电池等功能高分子材料，即将达到实用化阶段。,.,54,功能高分子材料高吸水性树脂,高吸水性树脂就是一种功能高分子材料，它具有优异的吸水、保水功能，可吸收自身重量几百倍、上千倍，被冠予“超级吸附剂”的桂冠。主要类型有聚丙烯酸酯类、聚乙烯醇类、醋酸乙烯共聚物类、聚氨酯类、淀粉接校共聚物类等。聚丙烯酸酯类以丙烯酸和烧碱为主要原料，采用逆向聚合法而制得。可以做成婴幼儿纸尿布以及纸餐巾等，此外还可用作室内空气芳香剂，蔬菜、水果的保鲜剂、防霉剂、阻燃剂、防潮剂以及吸水后体积膨胀的儿童玩具等。目前，全世界总生产能力已经超过130万吨/年，其中日本触媒化学公司是目前世界上最大的生产公司，生产能力达到25万吨/年。,.,55,高分子膜是指那些由具有特殊分离功能的高分子材料制成的薄膜，能有选择地分离物质。目前应用于海水淡化、反渗透、膜萃取、膜蒸馏等技术领域。,高分子分离膜,建于沙特阿拉伯的基塔自来水厂，是世界上最大的海水淡化厂，日供应淡水12000吨，主要使用醋酸纤维素分离膜装置。,.,56,光敏高分子材料以光敏树脂为代表，主要用于照相、印刷制版、印刷集成电路等。印刷工业应用聚乙烯醇酸酯，光照时交联而不溶而保留下来，得到凸版。光解性的光刻胶，重氮醌接到酚醛树脂上，光作用下重氮醌分解，图像被保留，分辨率达10纳米。,光敏高分子材料,.,57,1950年人们逐渐开始配戴材质是聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）的隐形眼镜，具有优越的光学特性，又能矫正角膜性散光。1960年捷克学者利用十年的时间发明了软性隐形眼镜的材料，就是一直延用至今的聚甲基丙烯酸羟乙酯（HEMA）。,功能高分子材料隐形眼镜,.,58,在塑料中加入蓄光型发光材料经加工就可制成发光塑料。发光塑料是近年来兴起的一种高附加值新型功能材料。其产品如：交通领域通道标识、楼梯标识、标志线；发光涂料、发光开光、发光壁纸、工艺品、玩具、体育休闲用品。,功能高分子材料发光材料,.,59,导电高分子自发现之日起就成为材料科学的研究热点。目前，它已成为一门新型的多学科交叉的研究领域，并在世界范围内吸引了一大批材料设计专家。,功能高分子材料导电高分子材料,.,60,液晶高分子作为一类新型的高性能材料，极大地引起了科学界和工业界的关注，得到了广泛的应用，并发展为高分子科学中最活跃的领域之一。,液晶高分子,.,61,竹子地板地毯则可以选择耐久的羊毛制品或者PET地毯主要采用水性涂料、粉末涂料和辐射固化涂料等用于户外美化环境的产品：可以回收的塑料做成长椅、桌子和交通标志牌。,绿色建材,.,62,生物降解高分子材料,目前自然界的污染存在“白色”（塑料）和“黑色”（橡胶）垃圾。发展可生物降解的产品是必要而且急需的，但许多具体问题不能解决。1、可降解塑料袋承重能力低；2、可降解塑料袋色泽暗淡发黄，透明度低；3、是价格偏高，成本难以接受。,.,63,一次性医疗用品如输液管、药品瓶、医用胶粘剂等。诊断仪器如听诊器、内窥镜及各种其他诊断仪器。体外装置如人工假肢、血液透析或灌注装置等。人体器官如心脏导管、心脏补片、人工心脏泵材料、气管导管、人工膀胱、人工脑膜、动脉补片、人工血管及人工关节等。整形外科手术材料如面部整形植入物等。生物降解材料是指那些可由体液、酶或微生物的作用而引起分解的材料，用于缝线、人体植入、控释药物等。,医用高分子材料的种类,.,64,人造心脏,生物材料,人造关节,人工肾,.,65,别具特色的复合材料,碳纤维复合材料玻璃钢复合材料,.,66,高分子材料的五个条件,1 以聚合物为主体：配混时聚合物量50%特例钙塑材料（PP20%,CaCO3 80%）,2 属多相复合体系：两组分以上宏观均相，微观分相,3 具有可加工性：,4 良好的使用性能和适当的寿命,5 能够工业化规模生产：聚合物成千上万，能工业化生产的不多,例如：PS、PVC,通用塑料：PP、PE、PVC、PS、PMMA工程塑料：PC、PBT、PA、POM,.,67,高分子材料加工技术程序,图0-6,.,68,衡量聚合物加工性质的几个术语：,（1）可挤压性（2）可模塑性（3）可延展性（4）可纺性,.,69,.,70,预处理,后加工,（2）包括：配合、预混合、再混合(塑炼）、粒化、粉化,（3）包括：预处理 成型 后处理 修饰 装配,（干燥、预热）,（机械加工）,塑料流程,.,71,.,72,.,73,.,74,.,75,.,76,.,77,.,78,原料,生胶制造,生胶,单体,塑炼,塑炼胶,混炼,混炼胶,半成品（配料）,硫化,橡胶制品,原料,生胶制造,生胶,塑炼,塑炼胶,混炼,混炼胶,原料,生胶制造,生胶,混炼胶,配料,塑炼,混炼,成型,硫化,基本工艺过程：,橡胶流程,.,79,研究设计方法,聚合物,配合剂,配方设计,试样制备,性能测试,生产工艺制定,高分子材料制品,第一循环：,配方设计,决定于试样的性能,第二循环：,加工工艺制定，经济成本核算,第一循环,第二循环,.,80,作业：1 材料的四要素是什么？高分子材料的定义是什么？2 结合形变温度曲线讨论高聚物的状态变化与成型加工的关系？（影响状态变化的因素有哪些？温度是如何影响的？成型加工技术是如何从形变出发进行选择的？）3 高分子化合物的成型加工性能包括哪些性能？具体是什么？,.,81,寄语希望：热爱材料！热爱高分子材料！,.,82,若感兴趣，欢迎 报考高分子研究生！咨询与交流！,.,83,联系方式：1、地址：化学楼 2、电话：89880723 3、单位：江南大学化学与材料工程学院,