1、高分子材料基本加工工艺高分子材料基本加工工艺 学习指南学习指南 1.掌握高分子材料的基本概念和基本特性。2.掌握高分子材料原料生产和制品生产的关系。3.了解高分子材料的过去、现在和将来。四四“E”的内容的内容Energy Engineering ：能源工程能源工程Information Engineering ：信息工程：信息工程Biology Engineering ：生物工程生物工程Material Engineering ：材料工程材料工程 人们通常将材料分为人们通常将材料分为“金属材料金属材料”、“无机无机非金属材料非金属材料”和和“有机高分子材料（简称有机高分子材料（简称“高分高分子
2、材料子材料”）”。高分子材料原料丰富、性能优良，。高分子材料原料丰富、性能优良，在材料领域中所占的位置日益重要。在材料领域中所占的位置日益重要。 材料的分类材料的分类 蛋白质蛋白质天然高分子材料天然高分子材料 纤维素纤维素 天然橡胶天然橡胶 橡胶：橡胶：RubberR合成高分子材料合成高分子材料 塑料塑料: PlasticsP 纤维纤维: FiberF高分子及高分子材料的概念高分子及高分子材料的概念 高分子：通常认为相对分子质量超过高分子：通常认为相对分子质量超过104的材料称为高分子物。的材料称为高分子物。 “高分子物高分子物”和和“高分子材料高分子材料”的主要区的主要区别：高分子物是一种物
3、质，将高分子物经过工程别：高分子物是一种物质，将高分子物经过工程技术处理后才能成为高分子材料；高分子材料再技术处理后才能成为高分子材料；高分子材料再经过成型加工，才能进入实用领域，成为高分子经过成型加工，才能进入实用领域，成为高分子制品或成品。制品或成品。 研究高分子物、高分子材料及高分子制品研究高分子物、高分子材料及高分子制品的学科叫做高分子学科。的学科叫做高分子学科。 几个比较含混的词几个比较含混的词 高分子高分子又有人称为又有人称为大分子，大分子，也有将高分子称也有将高分子称为为高聚物高聚物或或聚合物聚合物。 作者认为：高分子或称大分子应该包括作者认为：高分子或称大分子应该包括“天然的较
4、高相对分子质量的物质天然的较高相对分子质量的物质”（如天然橡（如天然橡胶、蛋白质等）和胶、蛋白质等）和“人工合成的较高相对分子质人工合成的较高相对分子质量物质量物质”。 聚合物只是人工合成的较高相对分子质量聚合物只是人工合成的较高相对分子质量物质的一部分，只指人工合成的由许多重复单元物质的一部分，只指人工合成的由许多重复单元连接而成的较高相对分子质量物质连接而成的较高相对分子质量物质如聚乙烯如聚乙烯（PE）、）、聚丙烯（聚丙烯（PP）等等，而不包括人工合成，而不包括人工合成胰岛素等有机高分子物，也不包括人造水晶等无胰岛素等有机高分子物，也不包括人造水晶等无机高分子。机高分子。 一、高分子材料及
5、其成型加工一、高分子材料及其成型加工三大合成材料的概念： 塑料是以树脂（有时用单体在加工过程塑料是以树脂（有时用单体在加工过程中直接聚合）中直接聚合）为为主要成份，主要成份， 一般含有添加剂、一般含有添加剂、在加工过程中能流动成型的材料。在加工过程中能流动成型的材料。 橡胶是具有高弹性，能在外力作用下变橡胶是具有高弹性，能在外力作用下变形，除去外力后又恢复原来形状形，除去外力后又恢复原来形状的材料，的材料，橡胶橡胶是具有独特的高弹性、优异的疲劳强度、极好是具有独特的高弹性、优异的疲劳强度、极好的电绝缘性与耐磨性的材料。的电绝缘性与耐磨性的材料。 纤维在工业则是指柔韧、纤细的丝状物纤维在工业则是
6、指柔韧、纤细的丝状物，有有相当的长度、强度和弹性。相当的长度、强度和弹性。 高分子材料加工高分子材料加工 高分子材料加工是将高分子材料转变成高分子材料加工是将高分子材料转变成所需形状和性质的实用材料或制品的工程技术所需形状和性质的实用材料或制品的工程技术。 培养工程技术人员，就应该让学生尽早培养工程技术人员，就应该让学生尽早地接触工程、认识工程、具有工程意识，具有地接触工程、认识工程、具有工程意识，具有工程师的思维模式。工程师的思维模式。 所涉及的内容是将塑料材料转变为塑料所涉及的内容是将塑料材料转变为塑料制品的各种工艺和工程制品的各种工艺和工程。将塑料材料转变为塑将塑料材料转变为塑料制品料制
7、品 也就是增添其使用价值也就是增添其使用价值。在转变的工艺在转变的工艺过程中常会发生以下一种或几种情况过程中常会发生以下一种或几种情况:化学变化化学变化、流动以及物理性能的改变流动以及物理性能的改变。 当然当然,橡胶的成型加工也有类似情形。橡胶的成型加工也有类似情形。 高分子材料基本加工工艺（简称高分子材料基本加工工艺（简称“基本工艺基本工艺”）的内容）的内容 两大部分：第一部分是两大部分：第一部分是“基础理论基础理论”，主要有这几方面主要有这几方面: 高分子材料的流变行为及其基本特性高分子材料的流变行为及其基本特性。 在成型加工过程中能量的交换及其变在成型加工过程中能量的交换及其变化规律化规
8、律。如热量的传递与定量计算如热量的传递与定量计算，机械能机械能、电能与热能之间的相互转化与定量计算电能与热能之间的相互转化与定量计算。 常用高分子材料及其基本特性常用高分子材料及其基本特性。 高分子材料基本加工工艺（简称高分子材料基本加工工艺（简称“基本工艺基本工艺”）的内容）的内容第二部分：基本工艺第二部分：基本工艺成型用物料的配制原理及工艺流程。成型用物料的配制原理及工艺流程。高分子材料的挤出成型的基本原理和工艺过程。高分子材料的挤出成型的基本原理和工艺过程。高分子材料的注射成型的基本原理和工艺过程。高分子材料的注射成型的基本原理和工艺过程。高分子材料的压延成型的基本原理和工艺过程。高分子
9、材料的压延成型的基本原理和工艺过程。泡沫塑料的工艺原理及工艺参数。泡沫塑料的工艺原理及工艺参数。高分子材料的模压工艺原理和工艺参数。高分子材料的模压工艺原理和工艺参数。橡胶的硫化和塑料的交联的基本原理和工艺参数。橡胶的硫化和塑料的交联的基本原理和工艺参数。其它工艺方法的基本原理和工艺参数。其它工艺方法的基本原理和工艺参数。 基本工艺课程的特点基本工艺课程的特点 通过本课程的学习，使学生对高分子材通过本课程的学习，使学生对高分子材料加工概况有个总体的了解。如果我们将高分料加工概况有个总体的了解。如果我们将高分子材料加工行业看成一个子材料加工行业看成一个“公园公园”，而基本，而基本工艺这门课程就是
10、这个公园的一张工艺这门课程就是这个公园的一张“导游导游图图”。当你毕业后工作时，你必然在这个公园。当你毕业后工作时，你必然在这个公园的某个的某个“景点景点”（即某一个高分子材料加工工（即某一个高分子材料加工工种）进行深入细致的研究；这时你就可能发现：种）进行深入细致的研究；这时你就可能发现：用用同一材料加工成同一产品时同一材料加工成同一产品时,有时会有两种有时会有两种或两种以上的工艺路线；这时或两种以上的工艺路线；这时,工业生产中就工业生产中就有最优化的问题需要解决有最优化的问题需要解决。用何种工艺路线能用何种工艺路线能达到产品质量达到产品质量好好,生产效率生产效率高高,设备投资少设备投资少,
11、制品制品成本低成本低。当你走到这一层次时，你就深深地感。当你走到这一层次时，你就深深地感受到基本工艺对你成才的早期影响和贡献。受到基本工艺对你成才的早期影响和贡献。 转变转变 的内容和实质的内容和实质 形状转变往往是为满足使材料转化为制品形状转变往往是为满足使材料转化为制品这一过程而进行的。大多数情况下是使高分子材这一过程而进行的。大多数情况下是使高分子材料流动或变形来实现形状的转变料流动或变形来实现形状的转变。要使高分子材要使高分子材料流动料流动,往往采用加热往往采用加热,而使流动状态的材料定型而使流动状态的材料定型又必需将热量散发出来又必需将热量散发出来。 高分子材料结构的转变包括高分子材
12、料的高分子材料结构的转变包括高分子材料的组成组成、组成方式组成方式、微观和宏观结构的变化等微观和宏观结构的变化等,也也包括高分子材料结晶和取向所引起材料聚集态的包括高分子材料结晶和取向所引起材料聚集态的变化变化。这种转变主要是为满足对成品内在质量的这种转变主要是为满足对成品内在质量的要求而进行的要求而进行的,一般通过配方设计一般通过配方设计(即材料即材料按按适当适当的比例的比例混合混合),采用先进的工艺流程和适宜工艺采用先进的工艺流程和适宜工艺 参数来实现参数来实现。 二、高分子材料成型加工特性二、高分子材料成型加工特性 特性：特性： 质轻质轻、电气绝缘性好电气绝缘性好、隔热性能好等隔热性能好
13、等 力学强度低力学强度低、耐老化性能差耐老化性能差、易燃烧等易燃烧等 优良的加工特性：优良的加工特性： 能便宜而廉价能便宜而廉价地地加工加工,采用简单操作就能生采用简单操作就能生产出几何形状相当复杂的制品产出几何形状相当复杂的制品,加工成本很少加工成本很少超过材料的成本超过材料的成本。 加工特性的表现加工特性的表现 可挤压性可挤压性(Extrudability) 指聚合指聚合物通过挤压作用形变时获得形状和保持形状的物通过挤压作用形变时获得形状和保持形状的能力。能力。 可模塑性可模塑性(Mouldabilitily) 指材指材料在温度和压力作用下形变和在模具中模塑成料在温度和压力作用下形变和在模
14、具中模塑成型的能力。型的能力。 可延性可延性(Stretchability) 无定形无定形或半结晶固体聚合物在一方向或二个方向上受或半结晶固体聚合物在一方向或二个方向上受到压延或拉伸应力时变形的能力。到压延或拉伸应力时变形的能力。 可纺性可纺性( Spinnability) 指高分指高分子材料通过成型加工形成连续固态纤维的能力子材料通过成型加工形成连续固态纤维的能力。 三、基本工艺在高分子材料成型加三、基本工艺在高分子材料成型加工中的作用工中的作用 原料生产和制品生产的关系：原料生产和制品生产的关系： 若没有原材料的生产若没有原材料的生产(或原材料生产滞后或原材料生产滞后), 则则制品制品的的
15、生产就成了无源之水；当然生产就成了无源之水；当然,没有制品生产（即没有制品生产（即加工工业）加工工业）, 那么再多再好的原材料也不能进入使用那么再多再好的原材料也不能进入使用领域领域,不会成为生产或生活资料不会成为生产或生活资料。 基本工艺在制品生产中的作用：基本工艺在制品生产中的作用： 制品生产系统中的制品生产系统中的“灵魂灵魂”（即理论依据）。（即理论依据）。 基本工艺的主要内容：基本工艺的主要内容： “挤出成型挤出成型”、“注射成型注射成型”、“压延成型压延成型”、“模压成型模压成型”“”“橡胶的硫化工艺橡胶的硫化工艺”及及“其它工艺其它工艺” 。四、四、高分子材料加工工业的发展概况高分
16、子材料加工工业的发展概况 塑料加工工业：塑料加工工业：第一个阶段为萌芽期：第一个阶段为萌芽期：1872年起年起 第二个阶段为发展期：第二个阶段为发展期：1930年起年起第三个阶段为变革期：第三个阶段为变革期：1953年起年起橡胶工业的过去、现在和未来橡胶工业的过去、现在和未来1、橡胶塑炼的开始、橡胶塑炼的开始 18262、橡胶硫化的发现、橡胶硫化的发现 18393、炭黑补强的发现、炭黑补强的发现 19164、合成橡胶的开始、合成橡胶的开始 19185、特种橡胶的问世、特种橡胶的问世 最近最近 天然纤维的应用与人类社会的发展同步天然纤维的应用与人类社会的发展同步,而合成而合成纤维的应用与塑料材料相似纤维的应用与塑料材料相似,是一个极年青的工业是一个极年青的工业。
