高分子加工与反应工程.ppt
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1、,高分子加工与反应工程,暨南大学材料科学与工程系,材料加工教研室,第4章 高分子材料的配方设计,Contents,高分子材料制品设计的一般原则和程序,高分子材料配方设计,第四章 高分子材料的配方设计,需求是高分子材料研究、开发的原动力,汽车轻量化、火车提速、宇宙揭秘、海洋开发等都对高分子材料提出了新的要求。,研制新的高分子材料,实现产业化、开发产品的新价值,造福于人类,是高分子材料科学与技术工作者的职责。另一方 面,高分子材料的性能是左右其工业价值的重要因素。,高分子化合物的结构与性能、材料的组成是影响材料性能的主要因素;制造方法对材料性能具有一定的影响。,在配方设计时,需注意以下因素对材料性
2、能的影响:,制样条件(成型方法、成型条件、试样形状等)-例:当采用注射成型、挤出成型和模压成型制作试样时,成型压力依次递减,试样的分子取向程度也依次递减,结果性能也不同;-如:注射成型时,料筒和模具的温度越高,试样分子取向的程度越低。-对于薄的试样,由于表面层所占的比例较大,其对拉伸强度等的影响比厚试样的大。-对于结晶性高分子,成型条件不仅影响分子取向,而且也影响结晶性,对性能的影响较显著。,性能测试条件 如:升温速度、作用力的形式及速度。,外界因素 如:温度、湿度、使用环境及光的波长等,如耐热性受氧 的影响大;耐候性受光,尤其是紫外光的影响显著。,一方面,制品对性能的要求是多方面的,也是干差
3、万别的;另一方面,测定的性能是受制样条件、测试条件及外界 因素等影响的相对值。作为从事高分子材料成型加工技术人员必须了解这些影响因素,并在制品的设计和配方设计时充分考虑到这些影响。,价格和对环境的影响也是两个必须考虑的因素。在满足性能要求的前提下,价格是支配材料制品普及程 度(推广)的决定因素。对环境的影响,事关人类持续发展的 头等大事,同样制约了材料制品的推广应用(为人类社会乐于接受并大量使用)的关键。,配方设计是一个富于挑战性的、专业性很强的技术工作。因此,配方设计决不是各种原材料之间简单的、经验性 的组合,而是在对高分子材料结构与性能关系充分研究基础 上综合的结果。,一个好的制品,决不仅
4、仅局限于配方设计,它还涉及成型加工工艺设计及成型设备的选型,制品的外观设计及结构 设计、模具设计等。,从严格意义上说,实际上是制品设计;而配方设计是其核心部分。只有好的配方设计,再加上其他要素的配合,才 能获得好的制品。4.1 高分子材料制品设计的一般原则和程序 一、制品设计:,二、设计原则:实用-按使用要求 高效-能够成型加工、加工性好、生产效率高 经济-成本低,三、设计程序:由于可选择的高分子品种、牌号多样性,可采用成型加工上艺和成型设备的可变性以及制品应用领域的特殊性,尤其是高分子材料具有与金属材料、无机材料、非金属材料所没有的独特性能,如粘弹性、受使用条件和环境影响的显著性以及静态力学
5、性能与动态力学性能较大的差异性等。制品设计者只有透过现象,抓住本质,深刻认识制品设 计与高分子的性能、成型加工工艺的密切相关性,利用成型加工技术对材料结构与性能的调节手段,才能充分发挥材料的功能,以较小材料和能源消耗,获得优异材料制品。,9,(1)根据制品的使用目的和用途。确定应具备的性能特点、载荷条件、环境条件、成本限制、适用标准等,这是至关重要 的一环。对于零部件,还应考虑与其他组装件之间的内在联系及在整个产品中的地位与影响。同时应做好数据收集(包括高分子性能数据、成型加工工艺的相关数据、应用数据等),制定质量要求(提出制品性能、分析影响主要性能的因素、使用环境、装配、应用等)、预测需求(
6、需求量和时间、成本水平和市场前景等)。,(2)形状造型设计。主要考虑制品的功能、刚度、强度和成型工艺等,应力求做到形状对称、造型轻巧、结构紧凑。画出 草图,了解哪些件能是必需的,哪些是可选择的;确定哪些尺寸是规定的,哪些尺寸可变。,10,(3)合理选材。在分析制品使用目的和用途对材料性能要求与成型加工特点的基础上,选择多种候选材料,试制出样 品,经性能测试、收集用户使用意见后,通过比较分析,确 定制品最终选用的材料。通常,选择并不是唯一的,而且每种材料各有优缺点,选材时应做到在满足制品性能要求的前提下,“扬长避短、合 理使用”。在选材对应考虑与成型加工工艺的相互适应性。(4)样品的初步设计。包
7、括配方设计、工艺设计、结构设 计和模具设计等,涉及原材料、工艺、成本、质量等诸多因素,务必统筹兼顾。配方设计是根据制品的功能、用途、所处的环境和成型 加工对性能的影响,考虑到成本因素,确定高分子化合物与添加剂的品种、规格和配比以及混合料的制备技术,配制出符合性能要求的混合料。,11,工艺设计是在对多种成型工艺探讨、比较的基础广,确定技术可行、经济合理的成型工艺条件。结构设计及模具设计是按使用要求,利用已有的公式或计算机软件,对制品进行受力分析和结构设计,确定产品结 构形状造型和模具设计,画出模具加工图,确定模具加工工 艺条件。,(5)样品试制。在初步设计的基础上,对试制样品作整体检验,通过试模
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