1、1第第1章章 绪论绪论1.1 高分子材料的发展史高分子材料的发展史1.2 高分子材料的类型与特征高分子材料的类型与特征1.3 高分子材料的成型加工高分子材料的成型加工21.1 高分子材料的发展史高分子材料的发展史材料、能源、信息材料、能源、信息是现代科学的三大支柱是现代科学的三大支柱 材料分类材料分类 高分子材料：高分子材料：即聚合物材料，是工业、农业、即聚合物材料，是工业、农业、国防和科技等领域的重要材料国防和科技等领域的重要材料力学性能：强度、力学性能：强度、刚度、变形刚度、变形声、光、声、光、电、热等电、热等结构材料结构材料功能材料功能材料3高分子材料的分类高分子材料的分类按照来源按照来
2、源分为：分为：天然高分子天然高分子材料材料合成高分子合成高分子材料材料皮毛、天然橡皮毛、天然橡胶、棉花、纤胶、棉花、纤维素、虫胶、维素、虫胶、蚕丝、甲壳素、蚕丝、甲壳素、木材木材合成塑料、合成塑料、合成纤维、合成纤维、合成橡胶合成橡胶按照物理形态和用途：按照物理形态和用途：塑料、纤维、橡胶、黏合塑料、纤维、橡胶、黏合剂、涂料、聚合物基复合材料、聚合物合金、功能高剂、涂料、聚合物基复合材料、聚合物合金、功能高分子材料、生物高分子材料等分子材料、生物高分子材料等4天然高分子材料的发展史天然高分子材料的发展史远古时期远古时期：皮毛、天然橡胶、棉花、纤维素、皮毛、天然橡胶、棉花、纤维素、虫胶、蚕丝、甲
3、壳素、木材等虫胶、蚕丝、甲壳素、木材等开发了天然高分子材料的改性和加工工艺：开发了天然高分子材料的改性和加工工艺：19世纪，德国人，硝酸溶解纤维素纺丝制膜；世纪，德国人，硝酸溶解纤维素纺丝制膜；制备炸药；硝化纤维素制成制备炸药；硝化纤维素制成“赛璐珞赛璐珞”天然橡胶的改性：天然橡胶的改性：1823年，英国，第一个橡胶工厂，防水胶布年，英国，第一个橡胶工厂，防水胶布1839年，美国，硫化改性，硫化胶年，美国，硫化改性，硫化胶橡胶加工工艺完善，蓬勃发展，一日千里橡胶加工工艺完善，蓬勃发展，一日千里5合成高分子材料的发展史合成高分子材料的发展史20世纪初，世纪初，酚醛树脂的合成：酚醛树脂的合成： 酸
4、条件下，线型；碱条件下，体型酸条件下，线型；碱条件下，体型20世纪世纪60年代后期：年代后期：合成各种特性的塑料材料合成各种特性的塑料材料，例如，聚甲醛、聚，例如，聚甲醛、聚氨酯、聚碳酸酯、聚砜、聚酰亚胺、聚苯硫氨酯、聚碳酸酯、聚砜、聚酰亚胺、聚苯硫醚等醚等合成合成特种涂料、黏合剂、液体橡胶、热塑性弹特种涂料、黏合剂、液体橡胶、热塑性弹性体、耐高温特种有机纤维性体、耐高温特种有机纤维6耐高温、高强度、高模量、高冲击性、耐耐高温、高强度、高模量、高冲击性、耐极端条件的高性能高分子材料发展迅速极端条件的高性能高分子材料发展迅速向向功能化、智能化、精细化功能化、智能化、精细化方向发展方向发展2121
5、世纪世纪，高分子材料成为现代工程材料的，高分子材料成为现代工程材料的主要支柱主要支柱71.2 高分子材料的类型与特征高分子材料的类型与特征 塑料塑料是在是在玻璃态玻璃态下使用的、具有下使用的、具有可塑性可塑性的高分子材料。的高分子材料。 它是以它是以树脂树脂为主要组分，加入各种为主要组分，加入各种添加添加剂剂，能在一定温度和压力下加工成形的，能在一定温度和压力下加工成形的各种材料的总称。各种材料的总称。81 1）树脂）树脂: : 。 它胶粘着塑料中的其它一切组成部分，它胶粘着塑料中的其它一切组成部分，并使其具有成型性能。并使其具有成型性能。 绝大多数塑料就是以所用树脂命名的绝大多数塑料就是以所
6、用树脂命名的。92）填充剂（填料）填充剂（填料）: 。 如加入铝粉可提高光反射能力和防老化；如加入铝粉可提高光反射能力和防老化；加入二硫化钼可提高润滑性。加入二硫化钼可提高润滑性。 常用填充剂有常用填充剂有云母粉、石墨粉、炭粉、云母粉、石墨粉、炭粉、氧化铝粉、木屑、玻璃纤维、碳纤维等。氧化铝粉、木屑、玻璃纤维、碳纤维等。103）增塑剂）增塑剂: 。 常用熔点低的常用熔点低的低分子化合物低分子化合物来增加大来增加大分子链间距离，从而达到增加大分子链的分子链间距离，从而达到增加大分子链的柔顺性的目的。柔顺性的目的。 常用增塑剂有常用增塑剂有甲酸酯类、磷酸酯类、甲酸酯类、磷酸酯类、氯化石蜡等。氯化石
7、蜡等。114）稳定剂）稳定剂: 。 常用常用热稳定剂热稳定剂有有硬酯酸盐、环氧化合硬酯酸盐、环氧化合物和铅的化合物物和铅的化合物等。等。 光稳定剂光稳定剂有有炭黑、氧化锌炭黑、氧化锌等遮光剂。等遮光剂。125）增色剂）增色剂: 。 常用的着色剂是一些常用的着色剂是一些有机染料和无有机染料和无机颜料机颜料。有时也采用能产生荧光或磷光的。有时也采用能产生荧光或磷光的颜料。颜料。6）润滑剂）润滑剂: 。 常用润滑剂有常用润滑剂有硬酯酸、盐类硬酯酸、盐类等。等。137）固化剂）固化剂: 。 常用的固化剂如常用的固化剂如六次甲基四胺、过六次甲基四胺、过氧化二苯甲酰氧化二苯甲酰等等。8）其他）其他: 还有
8、发泡剂、催化剂、阻燃剂还有发泡剂、催化剂、阻燃剂等等。14 1）按塑料热性质分类：）按塑料热性质分类： 受热时软化或熔融、冷却后受热时软化或熔融、冷却后硬化，韧性好，可反复成型加工。硬化，韧性好，可反复成型加工。 聚乙烯、聚氯乙烯、聚丙烯、聚酰胺、聚苯聚乙烯、聚氯乙烯、聚丙烯、聚酰胺、聚苯醚、聚四氟乙烯等醚、聚四氟乙烯等。15 在加热、加压并经过一定时间后即固化为在加热、加压并经过一定时间后即固化为不不溶、不熔溶、不熔的坚硬制品，立体网状结构，不可的坚硬制品，立体网状结构，不可再生。具有更好耐热性和抗蠕变能力。再生。具有更好耐热性和抗蠕变能力。 酚醛树脂、环氧树脂、氨基树脂、有机硅酚醛树脂、环
9、氧树脂、氨基树脂、有机硅树脂等树脂等。162）按塑料的功能和用途分类：）按塑料的功能和用途分类： ：产量大、用途广、价格低的塑料，。产量大、用途广、价格低的塑料，。但性能一般，主要用于非结构材料。但性能一般，主要用于非结构材料。 聚乙烯、聚氯乙烯、聚苯乙烯、聚丙烯、酚聚乙烯、聚氯乙烯、聚苯乙烯、聚丙烯、酚醛塑料、氨基塑料醛塑料、氨基塑料 等。等。 具有较高力学性能，能替代金属制具有较高力学性能，能替代金属制造机械零件和工程构件的塑料。具有较宽的造机械零件和工程构件的塑料。具有较宽的温度适用范围，能在苛刻条件下长时间使用。温度适用范围，能在苛刻条件下长时间使用。17长期在长期在100150范围内
10、应用的塑料，称为范围内应用的塑料，称为通用通用工程塑料工程塑料； 聚酰胺、聚苯醚、聚甲醛、聚碳酸酯聚酰胺、聚苯醚、聚甲醛、聚碳酸酯 等等在在150 以上长期使用的成为以上长期使用的成为特种工程塑料特种工程塑料。 聚砜、聚四氟乙烯、聚酰亚胺、聚芳酯聚砜、聚四氟乙烯、聚酰亚胺、聚芳酯 等。等。导电塑料、导磁塑料、感光塑料等。导电塑料、导磁塑料、感光塑料等。18 橡胶橡胶是以是以高分子化合物高分子化合物为基础的、具有良好为基础的、具有良好高高弹性弹性的材料。的材料。线形柔性线形柔性高分子聚合物，以高分子聚合物，以生生胶胶为原料，加入适量为原料，加入适量配合剂配合剂而形成。而形成。19橡胶的结构特征橡
11、胶的结构特征（1）分子链具有足够的柔性；）分子链具有足够的柔性；（2）玻璃化温度比室温低得多：）玻璃化温度比室温低得多：（3）在使用条件下不结晶或结晶较小，）在使用条件下不结晶或结晶较小，理想情况是在拉伸时可结晶，除去外力理想情况是在拉伸时可结晶，除去外力后结晶又消失，网状结构后结晶又消失，网状结构20橡胶的组成橡胶的组成橡胶是以橡胶是以生胶生胶为主要成分，添加各种为主要成分，添加各种配合剂配合剂和和增强材料增强材料制成的。制成的。按原料来源有按原料来源有天然天然橡胶橡胶和和合成合成橡胶橡胶。 生胶是指生胶是指无配合剂、未经硫化无配合剂、未经硫化的橡胶。的橡胶。 主要成分主要成分 212 2）
12、 用来改善橡胶的某些性能。常用配合剂有用来改善橡胶的某些性能。常用配合剂有硫化剂、硫化促进剂、活化剂、填充剂、硫化剂、硫化促进剂、活化剂、填充剂、增塑剂、防老化剂、着色剂增塑剂、防老化剂、着色剂等。等。 硫化剂硫化剂: 用来使生胶的结构由线型转变为用来使生胶的结构由线型转变为交联体型结构，从而具有一定强度、韧性、高交联体型结构，从而具有一定强度、韧性、高弹性。弹性。 22 常用硫化剂有常用硫化剂有硫磺和含硫化合物，有机过硫磺和含硫化合物，有机过氧化物，胺类化合物、树脂类化合物、金属氧氧化物，胺类化合物、树脂类化合物、金属氧化物化物等。等。 硫化促进剂硫化促进剂: 缩短硫化时间，降低硫化温缩短硫
13、化时间，降低硫化温度，改善橡胶性能。度，改善橡胶性能。 常用常用促进剂促进剂有有二硫化氨基甲酸盐、黄原酸二硫化氨基甲酸盐、黄原酸盐类、噻唑类、硫脲类盐类、噻唑类、硫脲类和和部分醛类及醛胺类部分醛类及醛胺类等等有机物。有机物。 23 活化剂：活化剂：用来提高用来提高促进剂的促进剂的作用。作用。 常用活化剂有常用活化剂有氧化锌、氧化镁、硬酯酸氧化锌、氧化镁、硬酯酸等。等。 填充剂：填充剂：用来提高橡胶的强度、改善工艺用来提高橡胶的强度、改善工艺性能和降低成本。性能和降低成本。 用于提高性能的填充剂称为用于提高性能的填充剂称为补强剂补强剂，如，如炭炭黑、二氧化硅、黑、二氧化硅、氧化锌、氧化镁氧化锌、
14、氧化镁等；等； 另外还有用于另外还有用于降低成本降低成本的填充剂，如的填充剂，如滑石滑石粉、硫酸钡粉、硫酸钡等。等。 24 增塑剂：增塑剂：用来增加橡胶的塑性和柔用来增加橡胶的塑性和柔韧性。韧性。 常用增塑剂有常用增塑剂有石油系列、煤油系列石油系列、煤油系列和和松焦油系列松焦油系列增塑剂。增塑剂。 防老剂：防老剂：用来防止或延缓橡胶老化。用来防止或延缓橡胶老化。 主要有主要有石蜡、胺类石蜡、胺类和和酚类酚类防老剂。防老剂。25 橡胶的制备及成形橡胶的制备及成形 聚异戊二烯的硫化反应聚异戊二烯的硫化反应26 生胶流动温度高、粘度大，它与各种配合剂生胶流动温度高、粘度大，它与各种配合剂的混合，需要
15、通过的混合，需要通过塑炼塑炼和和混炼混炼来实现。来实现。 1） 塑塑 炼：炼： 强迫生胶反复通过两个转速不同的滚筒之间强迫生胶反复通过两个转速不同的滚筒之间的间隙，使之在强剪切力作用下长分子链被的间隙，使之在强剪切力作用下长分子链被切断，相对分子量减小，从而流动性增加切断，相对分子量减小，从而流动性增加（即塑性增加）的工艺过程。（即塑性增加）的工艺过程。 螺杆式塑炼机螺杆式塑炼机或或两辊式塑炼机两辊式塑炼机 27 2） 混混 炼：炼： 将塑炼后的将塑炼后的生胶和配合剂混合均匀生胶和配合剂混合均匀的过程。的过程。 混炼的加料顺序是：塑炼混炼的加料顺序是：塑炼胶、胶、防老剂、填防老剂、填充剂、增塑
16、剂、硫化剂及硫化促进剂充剂、增塑剂、硫化剂及硫化促进剂等。等。 混炼时要注意严格控制温度和时间。混炼时要注意严格控制温度和时间。 常用的混炼机有常用的混炼机有密炼机密炼机和和开炼机开炼机，通常联，通常联合使用。合使用。2829开炼后的状态开炼后的状态30 大多数橡胶制品都是被加热到硫化温度以大多数橡胶制品都是被加热到硫化温度以上，在模具中成形。上，在模具中成形。1）模压法：）模压法： 将预压好或经称重的型坯直接放入模腔，将预压好或经称重的型坯直接放入模腔，合模加热加压，使产品硫化直至定型。合模加热加压，使产品硫化直至定型。2）注射法：）注射法： 与热固性塑料注射成形类似与热固性塑料注射成形类似
17、。31橡胶的性能指标橡胶的性能指标（1）拉伸强度：）拉伸强度：试样在拉伸破坏时，原横截试样在拉伸破坏时，原横截面上单位面积上所受的力，单位面上单位面积上所受的力，单位Mpa（2）扯断伸长率：扯断伸长率：试样在拉伸破坏时伸长部试样在拉伸破坏时伸长部分的长度与原长度之比分的长度与原长度之比（3）硬度：）硬度：衡量橡胶抵抗变形能力的指标之衡量橡胶抵抗变形能力的指标之一。一。32（4）定伸应力：）定伸应力：试样在一定伸长时，原横试样在一定伸长时，原横截面上单位面积所受的力，单位为截面上单位面积所受的力，单位为Mpa（5）撕裂强度：撕裂强度：试样在单位厚度上所承受试样在单位厚度上所承受的负荷，单位的负荷
18、，单位KN/m，表示橡胶耐撕裂性的表示橡胶耐撕裂性的好坏好坏33（6）阿克隆磨耗：）阿克隆磨耗：在阿克隆磨耗机上，使试在阿克隆磨耗机上，使试样与砂轮成样与砂轮成15倾斜角和受到倾斜角和受到2.72Kg的压力的压力情况下，橡胶试样与砂轮磨耗情况下，橡胶试样与砂轮磨耗1.61Km时，用时，用被磨损的体积来表征橡胶的耐磨性，单位被磨损的体积来表征橡胶的耐磨性，单位cm3/1.61Km。另外还有另外还有回弹性、生热、压缩永久变形、回弹性、生热、压缩永久变形、低温特性、耐老化特性低温特性、耐老化特性等等34凡能保持长度比本身直径大凡能保持长度比本身直径大100100倍的均匀倍的均匀条状或丝状的高分子材料
19、均称条状或丝状的高分子材料均称纤维纤维。 天然纤维（棉花、麻、蚕丝等）天然纤维（棉花、麻、蚕丝等） 人造纤维人造纤维 化学纤维化学纤维 合成纤维合成纤维35纤纤维维人造纤维人造纤维是用自然界的纤维加工制成，如：是用自然界的纤维加工制成，如：“人造丝人造丝”、“人造棉人造棉”。合成纤维合成纤维是由合成的聚合物制成的，它发展很是由合成的聚合物制成的，它发展很快。快。1 1）涤纶）涤纶 即即聚酯纤维聚酯纤维，又叫，又叫的确良的确良，具有，具有高强度、高强度、耐磨、耐腐蚀，易洗快干耐磨、耐腐蚀，易洗快干等优点，是很好的衣等优点，是很好的衣料纤维。料纤维。362 2）尼龙）尼龙 即即聚酰胺聚酰胺，又称，
20、又称棉纶棉纶，其，其强度大、耐磨性强度大、耐磨性好、弹性较好好、弹性较好，主要缺点是耐光性差。，主要缺点是耐光性差。3 3）腈纶）腈纶 即即聚丙烯腈聚丙烯腈，有，有人造羊毛人造羊毛之称。之称。 4 4）维纶）维纶 即即聚乙烯醇缩醛聚乙烯醇缩醛纤维，纤维，性能与棉花相似，性能与棉花相似，且强度高且强度高，缺点是弹性差，织物易皱。，缺点是弹性差，织物易皱。375 5）丙纶）丙纶 即即聚丙烯聚丙烯，以，以轻、牢、耐磨轻、牢、耐磨著称，缺著称，缺点是可染性较差，且晒易老化。点是可染性较差，且晒易老化。6 6）氯纶）氯纶 即即聚氯乙烯聚氯乙烯， 难燃、保暖、耐晒、耐难燃、保暖、耐晒、耐磨、弹性好磨、弹性
21、好，但染色性差，热收缩大，限，但染色性差，热收缩大，限制了它的应用。制了它的应用。38涂料涂料是指涂布在物体表面的具有是指涂布在物体表面的具有保护和装保护和装饰作用饰作用的膜层材料的膜层材料。涂料的组成涂料的组成1）成膜物：）成膜物：涂料最主要的成分，其性质涂料最主要的成分，其性质对涂料的性能起主要作用对涂料的性能起主要作用39对成膜物的要求：对成膜物的要求：能溶于适当的溶剂能溶于适当的溶剂必须与物体表面和颜料具有良好的结合力必须与物体表面和颜料具有良好的结合力成膜物的分类：成膜物的分类：反应型成膜物：反应型成膜物：伴有化学反应，形成网状交伴有化学反应，形成网状交联结构，相当于热固型聚合物；联
22、结构，相当于热固型聚合物； 例如例如环氧树脂、醇酸树脂环氧树脂、醇酸树脂等等40挥发型成膜物：挥发型成膜物：未发生化学反应，成膜只是未发生化学反应，成膜只是溶剂挥发，成膜物为热塑型聚合物；溶剂挥发，成膜物为热塑型聚合物； 例如例如纤维素衍生物、氯丁橡胶纤维素衍生物、氯丁橡胶等等2）颜料：）颜料：主要起主要起遮盖和赋色遮盖和赋色作用作用无机颜料无机颜料如铅铬黄、镉黄、铁红、钛白粉等如铅铬黄、镉黄、铁红、钛白粉等有机颜料有机颜料如炭黑、酞菁蓝等如炭黑、酞菁蓝等 颜料还有颜料还有增强、赋予特殊性能、改变流变增强、赋予特殊性能、改变流变性能、降低成本性能、降低成本等作用。等作用。413）溶剂）溶剂即用
23、来溶解成膜物的易挥发性有机液体即用来溶解成膜物的易挥发性有机液体溶剂对成膜物的溶解能力溶剂对成膜物的溶解能力决定了形成的树脂溶决定了形成的树脂溶液的均匀性、漆液的黏度和漆液的贮存稳定液的均匀性、漆液的黏度和漆液的贮存稳定性；性；溶剂的挥发性溶剂的挥发性会影响涂膜的干燥速度、涂膜的会影响涂膜的干燥速度、涂膜的结构和涂膜外观的完美性。结构和涂膜外观的完美性。常用的溶剂：常用的溶剂：甲苯、二甲苯、丁醇、乙酸乙酯甲苯、二甲苯、丁醇、乙酸乙酯42除此之外，其他添加剂除此之外，其他添加剂 ，如，如增塑增塑剂、湿润分散剂、浮色发花防止剂、湿润分散剂、浮色发花防止剂、催干剂、抗沉降剂、防腐剂、剂、催干剂、抗沉
24、降剂、防腐剂、防结皮剂、流平剂防结皮剂、流平剂等等43黏合剂黏合剂又称胶粘剂，是一种把各种又称胶粘剂，是一种把各种材料粘合在一起，并且在胶接面处材料粘合在一起，并且在胶接面处具有足够强度的物质；它以各种具有足够强度的物质；它以各种树树脂脂、橡胶橡胶、淀粉淀粉等为基体材料，添等为基体材料，添加各种加各种辅料辅料而制成的。而制成的。44辅料对主要成分起到一定的辅料对主要成分起到一定的改性或提高品改性或提高品质的作用质的作用。常用的辅料有：常用的辅料有：固化剂、促进剂、硫化剂、固化剂、促进剂、硫化剂、增塑剂、填料、溶剂、稀释剂、偶联剂、增塑剂、填料、溶剂、稀释剂、偶联剂、防老剂防老剂等。等。黏合剂的
25、分类：黏合剂的分类：45按主要成分分类：按主要成分分类：黏黏合合剂剂有机黏有机黏合剂合剂无机黏无机黏合剂合剂天然黏合剂天然黏合剂合成黏合剂合成黏合剂动物胶：动物胶：骨胶、虫胶、鱼胶骨胶、虫胶、鱼胶植物胶：植物胶：淀粉、松香淀粉、松香矿物胶：矿物胶：矿物蜡、沥青等矿物蜡、沥青等热塑性树脂黏合剂热塑性树脂黏合剂热固性树脂黏合剂热固性树脂黏合剂橡胶型黏合剂橡胶型黏合剂合金型黏合剂合金型黏合剂磷酸盐型磷酸盐型硅酸盐型硅酸盐型硼酸盐型硼酸盐型玻璃陶瓷及其他低熔点物等玻璃陶瓷及其他低熔点物等46按受力情况分类：按受力情况分类：黏合剂黏合剂结构型黏合剂：结构型黏合剂：用于有长期负用于有长期负荷处荷处非结构型
26、黏合剂：非结构型黏合剂：有一定胶黏强度有一定胶黏强度特种黏合剂：特种黏合剂：如高温低温、导电、如高温低温、导电、水下等水下等47按使用形式分类：按使用形式分类：黏合剂黏合剂单组分黏合剂单组分黏合剂双组分黏合剂双组分黏合剂48按黏合剂形态分类：按黏合剂形态分类：黏合剂黏合剂水性胶水性胶水溶液水溶液：聚乙烯醇、酚醛：聚乙烯醇、酚醛水乳型：水乳型：乳胶、聚丙烯酸酯乳胶、聚丙烯酸酯溶剂型胶：溶剂型胶：氯丁橡胶、天然橡胶氯丁橡胶、天然橡胶无溶剂无溶剂胶胶液态胶液态胶：聚氰基丙烯酸酯、聚氨酯：聚氰基丙烯酸酯、聚氨酯黏流性胶：黏流性胶：环氧树脂环氧树脂膏状物膏状物膏状胶膏状胶腻子：腻子：如嵌缝胶等如嵌缝胶等
27、固体形状固体形状：如热熔胶如热熔胶其他形状：其他形状：如不干胶带、封热胶等如不干胶带、封热胶等49聚合物基复合材料聚合物基复合材料是以高分子聚合物是以高分子聚合物为基体，添加各种增强材料制得的一为基体，添加各种增强材料制得的一种复合材料。种复合材料。聚合物基复合材料具有许多优异性能：聚合物基复合材料具有许多优异性能： 1）具有很高的比强度及比模量；）具有很高的比强度及比模量；502）耐疲劳性能好；）耐疲劳性能好；3）减震性能好；）减震性能好；4）过载安全性好；）过载安全性好；5）耐高温性好；）耐高温性好；6）具有很强的可设计性）具有很强的可设计性51把不同种类的聚合物加以混合得到的具有理想性能
28、的把不同种类的聚合物加以混合得到的具有理想性能的聚合物材料，称为聚合物材料，称为聚合物共混物或聚合物合金聚合物共混物或聚合物合金。聚合物合金种类繁多，主要包括：聚合物合金种类繁多，主要包括：高分子高分子化合物化合物均聚物均聚物共聚物共聚物无规共聚物无规共聚物交替共聚物交替共聚物嵌段共聚物嵌段共聚物接枝共聚物接枝共聚物共混物共混物物理混合物物理混合物化学混合物：交织网络、溶液接枝化学混合物：交织网络、溶液接枝渐变聚合物渐变聚合物机械混合、机械混合、溶液浇注、溶液浇注、胶乳混合胶乳混合52聚合物合金的制备途径聚合物合金的制备途径1）物理共混：）物理共混：机械共混：机械共混：是将两种或两种以上的均聚
29、物或共是将两种或两种以上的均聚物或共聚物通过机械方法混合。聚物通过机械方法混合。溶液共混：溶液共混：是将共混的聚合物各组分溶解在一是将共混的聚合物各组分溶解在一种溶剂中，然后把溶剂蒸发使聚合物共混。种溶剂中，然后把溶剂蒸发使聚合物共混。胶乳共混：胶乳共混：是将两种或两种以上的聚合物胶乳是将两种或两种以上的聚合物胶乳进行混合，然后再进行共凝聚使它们共混。进行混合，然后再进行共凝聚使它们共混。532）化学共混：）化学共混：具有化学反应为特征的共混具有化学反应为特征的共混溶液接枝共混：溶液接枝共混：是将一种线型聚合物溶解于另是将一种线型聚合物溶解于另一种单体中，然后使该单体聚合。一种单体中，然后使该
30、单体聚合。互穿聚合物网络：互穿聚合物网络：是将一种已交联的聚合物浸是将一种已交联的聚合物浸入到另一种单体中，单体渗入聚合物使之溶入到另一种单体中，单体渗入聚合物使之溶胀，并且聚合；另外还有一种是把集中线型胀，并且聚合；另外还有一种是把集中线型聚合物胶乳混合，加入交联剂再凝聚得到各聚合物胶乳混合，加入交联剂再凝聚得到各自交联且相互贯穿的聚合物网络。自交联且相互贯穿的聚合物网络。54功能高分子材料功能高分子材料是除了力学功能、表是除了力学功能、表面和界面功能以及部分热学功能的高面和界面功能以及部分热学功能的高分子材料，主要包括有分子材料，主要包括有物理功能、化物理功能、化学功能、生物功能和功能转换
31、型学功能、生物功能和功能转换型的高的高分子材料。分子材料。55物理功能高分子材料物理功能高分子材料包括具有电、磁、光、包括具有电、磁、光、声、热功能的高分子材料，是信息和能源等声、热功能的高分子材料，是信息和能源等高技术领域的物质基础；高技术领域的物质基础；化学功能高分子材料化学功能高分子材料包括具有化学反应、催包括具有化学反应、催化、分离、吸附功能的高分子材料，在基础化、分离、吸附功能的高分子材料，在基础工业领域有广泛的应用；工业领域有广泛的应用；56生物功能高分子材料生物功能高分子材料就是医用高分子材料，就是医用高分子材料，是组织工程的重要组成部分；是组织工程的重要组成部分；功能转换型高分
32、子材料功能转换型高分子材料是具有光电转换、电是具有光电转换、电磁转换、热电转换等功能和多功能的高分子磁转换、热电转换等功能和多功能的高分子材料；材料；新型功能高分子材料新型功能高分子材料是近年来发展起来的生是近年来发展起来的生态环境、智能和具有特殊结构等的高分子材态环境、智能和具有特殊结构等的高分子材料；如树枝聚合物、超分子聚合物、拓扑聚料；如树枝聚合物、超分子聚合物、拓扑聚合物、手性聚合物等。合物、手性聚合物等。571.3 高分子材料的成型加工高分子材料的成型加工高分子材料的成型加工方法很多：高分子材料的成型加工方法很多：可采用注射、挤出、压制、压延、缠绕、铸塑、烧结、可采用注射、挤出、压制
33、、压延、缠绕、铸塑、烧结、吹塑等方法成型制品；吹塑等方法成型制品；可采用喷涂、浸渍、黏结、沸腾床等离子喷涂等方法可采用喷涂、浸渍、黏结、沸腾床等离子喷涂等方法将高分子材料覆盖在金属或非金属基体上；将高分子材料覆盖在金属或非金属基体上；可采用车、磨、刨、刮、铣、锉、钻、抛光等方法进可采用车、磨、刨、刮、铣、锉、钻、抛光等方法进行二次加工。行二次加工。最主要、最常用的加工方法是：最主要、最常用的加工方法是：挤出成型、注挤出成型、注射成型、吹塑成型、压制成型射成型、吹塑成型、压制成型58挤出成型工艺原理：挤出成型工艺原理：是在挤出成型机中是在挤出成型机中通过加热、加压将原料在料筒中加热至通过加热、加
34、压将原料在料筒中加热至流动状态，同时通过螺杆向前推压至机流动状态，同时通过螺杆向前推压至机头，通过不同形状和结构的口模连续挤头，通过不同形状和结构的口模连续挤出，获得不同形状的型材，如管、棒、出，获得不同形状的型材，如管、棒、带、丝、板等。带、丝、板等。59挤出成形的生产效率高，可自动化挤出成形的生产效率高，可自动化连续生产，一般使用热塑性塑料连续生产，一般使用热塑性塑料作原料。作原料。例如，聚氯乙烯、聚乙烯、聚丙烯、聚例如，聚氯乙烯、聚乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯、聚酰胺、聚丙烯酸酯类、聚苯乙烯、聚酰胺、聚丙烯酸酯类、聚偏氯乙烯、聚四氟乙烯等偏氯乙烯、聚四氟乙烯等。60挤出成型过程挤出成型过程第一
35、阶段：塑化，第一阶段：塑化，就是经过加热或加入溶剂就是经过加热或加入溶剂使固体物料变成黏性流体；使固体物料变成黏性流体；第二阶段：成型，第二阶段：成型，就是在压力的作用下，使就是在压力的作用下，使黏性流体经过口模而得到连续的型材；黏性流体经过口模而得到连续的型材；第三阶段：定型，第三阶段：定型，就是用冷却或溶剂脱除的就是用冷却或溶剂脱除的方法使型材由塑性状态变为固体状态。方法使型材由塑性状态变为固体状态。61挤出成型机及其附属装置完成这三个阶挤出成型机及其附属装置完成这三个阶段段挤出机示意图挤出机示意图62挤出成型示意图挤出成型示意图63注射成型注射成型又可称为注射模塑或注塑，主又可称为注射模
36、塑或注塑，主要用于要用于热塑性塑料，是热塑性塑料成型热塑性塑料，是热塑性塑料成型中应用最广泛的一种成型方法。中应用最广泛的一种成型方法。它能生产形状复杂、薄壁、嵌有金属或非它能生产形状复杂、薄壁、嵌有金属或非金属的塑料制品，因此应用广泛。金属的塑料制品，因此应用广泛。64注射成型的工艺原理注射成型的工艺原理 将将塑料原料在注射机料筒内加热熔塑料原料在注射机料筒内加热熔化，通过推杆或螺杆向前推压至喷化，通过推杆或螺杆向前推压至喷嘴，迅速注入封闭模具内，冷却后嘴，迅速注入封闭模具内，冷却后即得塑料制品即得塑料制品。65注射成型过注射成型过程可分为程可分为加料、加料、物料熔融、物料熔融、注射、注射、
37、制品冷却、制品冷却、脱模脱模五个步骤五个步骤66注射成型机按外形特征可分为注射成型机按外形特征可分为立式、卧式、直立式、卧式、直角式、旋转式和偏心式角式、旋转式和偏心式等多种，目前等多种，目前卧式卧式常用。常用。67注射成型的工艺条件注射成型的工艺条件1）温度：）温度：主要包括主要包括料筒温度、喷嘴温度、料筒温度、喷嘴温度、模具温度模具温度料筒温度料筒温度要求能保证物料塑化良好，能顺利要求能保证物料塑化良好，能顺利实现注射且不会引起塑料分离；实现注射且不会引起塑料分离；喷嘴温度喷嘴温度要略低于料筒最高温度，但是也不要略低于料筒最高温度，但是也不能过低；能过低；模具温度模具温度对塑料制品的内在性
38、能和表观质量对塑料制品的内在性能和表观质量影响很大，磨具一般需要加热和冷却。影响很大，磨具一般需要加热和冷却。682）压力：）压力：主要包括主要包括塑化压力、注射压力塑化压力、注射压力塑化压力：塑化压力：应在保证产品质量优良的前提下应在保证产品质量优良的前提下越低越好，压力大小随所用塑料的种类而异，越低越好，压力大小随所用塑料的种类而异，一般很少超过一般很少超过2MPa注射压力：注射压力：取决于注射成型机的类型、塑料取决于注射成型机的类型、塑料的种类、熔体的黏度、模具的浇口尺寸、制的种类、熔体的黏度、模具的浇口尺寸、制品的壁厚、注射成型的工艺等。品的壁厚、注射成型的工艺等。693）成型周期：成
39、型周期：完成一次注射成型过程所需完成一次注射成型过程所需要的时间，主要包括要的时间，主要包括注射时间、闭模冷却时注射时间、闭模冷却时间及其他时间（开模、脱模、安放嵌件和闭间及其他时间（开模、脱模、安放嵌件和闭模时间等）模时间等）注射时间注射时间主要由充模时间和保压时间组成，保主要由充模时间和保压时间组成，保压时间一般为压时间一般为20120s。冷却时间冷却时间的长短主要取决于制品的厚度、材料的长短主要取决于制品的厚度、材料的热性能、结晶性能以及模具温度等，一般的热性能、结晶性能以及模具温度等，一般在在30120s。70吹塑成型吹塑成型是塑料材料的二次成型，仅是塑料材料的二次成型，仅适用于热塑性
40、材料的成型。适用于热塑性材料的成型。吹塑成型主要包括吹塑成型主要包括中空吹塑成型、中空吹塑成型、 吹塑薄膜、吹塑薄膜、 吹塑薄片吹塑薄片等成型方等成型方法法71中空吹塑成型中空吹塑成型熔融态的塑料坯通过熔融态的塑料坯通过挤出机或注射机挤出后，挤出机或注射机挤出后，置于模具内，用压缩空气将此坯料吹胀，使置于模具内，用压缩空气将此坯料吹胀，使其紧贴模内壁成型而获得中空制品。其紧贴模内壁成型而获得中空制品。72中空吹塑成型主要产品中空吹塑成型主要产品是塑料瓶、是塑料瓶、儿童玩具、水壶以及贮存酸、碱的大型儿童玩具、水壶以及贮存酸、碱的大型容器等。容器等。用于中空吹塑的塑料用于中空吹塑的塑料有聚乙烯、聚
41、氯有聚乙烯、聚氯乙烯、聚丙烯、热塑性聚酯、聚酰胺、乙烯、聚丙烯、热塑性聚酯、聚酰胺、乙酸纤维素等乙酸纤维素等73对于中空吹塑的材料的要求：对于中空吹塑的材料的要求：（1）气密性好）气密性好（2）耐环境应力开裂性好）耐环境应力开裂性好（3）耐冲击性要好）耐冲击性要好另外，还要求有较好的抗静电性、耐药品较好的抗静电性、耐药品性和耐挤压性性和耐挤压性等。74 吹塑成型还吹塑成型还可以用压缩空可以用压缩空气将型坯连续气将型坯连续吹胀成薄膜。吹胀成薄膜。75压制成型分为压制成型分为模压成型模压成型和和层压成型层压成型两种两种1）模压成型：）模压成型：是将一定量的模压粉放入金是将一定量的模压粉放入金属对模
42、中，在一定的温度和压力作用下成型属对模中，在一定的温度和压力作用下成型的方法。的方法。模压成型是一种古老的成型技术，主要用于模压成型是一种古老的成型技术，主要用于热热固性塑料固性塑料，适用于形状复杂或带有复杂嵌件，适用于形状复杂或带有复杂嵌件的制品，但生产率低、模具成本较高。的制品，但生产率低、模具成本较高。 76模压成型工艺原理：模压成型工艺原理：将原料放入成型将原料放入成型模加热熔化，加压，使塑料充满整个型模加热熔化，加压，使塑料充满整个型腔，同时发生交联反应而固化。腔，同时发生交联反应而固化。77模压成型工艺种类模压成型工艺种类（1）模塑粉模压法：）模塑粉模压法：生产热固性塑料制品的生产
43、热固性塑料制品的一种古老的方法。一种古老的方法。（2）吸附预成型坯模压法：）吸附预成型坯模压法：是指在成型之是指在成型之前，预先将原料制成与模压制品结构形状尺前，预先将原料制成与模压制品结构形状尺寸一致的坯料，然后将其方法金属对模内与寸一致的坯料，然后将其方法金属对模内与液体树脂混合、加温、加压成型的一种工艺液体树脂混合、加温、加压成型的一种工艺方法。方法。78这种工艺适合于生产深度及外形尺寸较大的大这种工艺适合于生产深度及外形尺寸较大的大型部件或形状不十分复杂而又要就强度较高型部件或形状不十分复杂而又要就强度较高的短纤维模压制品。的短纤维模压制品。（3）团状模塑料及散状模塑料模压法：）团状模
44、塑料及散状模塑料模压法：团状模塑料法团状模塑料法模压压力较低，制品的尺寸与形模压压力较低，制品的尺寸与形状限制少，但制品力学强度不高，表面质量状限制少，但制品力学强度不高，表面质量欠佳；欠佳；79散状模塑料散状模塑料是一种化学增稠的低收缩型混料，是一种化学增稠的低收缩型混料，使制品外观获得大大改善。使制品外观获得大大改善。应用在电器、仪表、化工、运输、军工等领域应用在电器、仪表、化工、运输、军工等领域（4）片状模塑料模压成型法：）片状模塑料模压成型法：包括片状模包括片状模的制备和成型。的制备和成型。优点优点是操作方便，生产率高，制品的表面质量是操作方便，生产率高，制品的表面质量好，物理性能优良
45、，材料损害很少等；好，物理性能优良，材料损害很少等；缺点缺点是设备造价高，操作及过程控制比较复杂。是设备造价高，操作及过程控制比较复杂。应用在运输工业、电气工业和家具工业等领域应用在运输工业、电气工业和家具工业等领域80（5）高强度短纤维料模压成型法：）高强度短纤维料模压成型法：成型温成型温度高，压力大，主要用于制备高强度异型制度高，压力大，主要用于制备高强度异型制品和一些具有特殊性能要求的制品。品和一些具有特殊性能要求的制品。应用在机械、运输、化工、电器、军事等领域应用在机械、运输、化工、电器、军事等领域（6）定向铺设模压成型：）定向铺设模压成型：指成型前使玻璃指成型前使玻璃纤维沿制品主应力
46、方向取向铺设形成预定型纤维沿制品主应力方向取向铺设形成预定型坯，然后进行模压定型制品。坯，然后进行模压定型制品。此外，还有此外，还有缠绕模压法、织物、毡料以及缠绕模压法、织物、毡料以及碎布料模压法碎布料模压法。81现代模压成型的特点现代模压成型的特点（1）自动化程度高，适于大批量制品生产；）自动化程度高，适于大批量制品生产；（2）设备的模具费用低；）设备的模具费用低；（3）产品大多能一次成型，不需二次加工，）产品大多能一次成型，不需二次加工，制品的尺寸精度较高，表面质量好，变形小；制品的尺寸精度较高，表面质量好，变形小；（4）成型压力低；）成型压力低；（5）价格低廉等）价格低廉等822）层压成
47、型：）层压成型：是以片状或纤维状材料作是以片状或纤维状材料作为填料，在加热、加压条件下把相同或为填料，在加热、加压条件下把相同或不同材料的两层或多层结合成为一个整不同材料的两层或多层结合成为一个整体的方法。体的方法。层压成型过程主要包括层压成型过程主要包括填料的浸胶、浸胶填料的浸胶、浸胶材料的干燥和压制材料的干燥和压制等步骤。等步骤。83层压成型所制得的层压塑料往往是层压成型所制得的层压塑料往往是板状、板状、管状、棒状管状、棒状或其他简单性状的制品。或其他简单性状的制品。层压板状材料主要设备为层压板状材料主要设备为多层压机多层压机（见（见p22图图1-5）层压成型工艺虽然简单，但制品质量控制层
48、压成型工艺虽然简单，但制品质量控制复杂，容易出现裂缝、厚度不均、板状复杂，容易出现裂缝、厚度不均、板状变形等问题。变形等问题。841.3.5 真空成形（吸塑成形）真空成形（吸塑成形）将热塑性塑料板（片）材置于模具上，四周加将热塑性塑料板（片）材置于模具上，四周加紧并加热；待塑料进入高弹态后，对模腔抽紧并加热；待塑料进入高弹态后，对模腔抽真空，使板材在大气压作用下紧贴模腔内壁，真空，使板材在大气压作用下紧贴模腔内壁，冷却后硬化成形。冷却后硬化成形。抽真空前抽真空前抽真空后抽真空后851.3.6 浇注成型浇注成型又称又称浇塑法浇塑法，根据浇注方式的差异可分为，根据浇注方式的差异可分为静态静态铸型、
49、嵌铸型和离心铸型铸型、嵌铸型和离心铸型等。等。 在液态树脂中加入适量固化剂，然后浇入在液态树脂中加入适量固化剂，然后浇入模具型腔中，在常压或低压及常温或适当加模具型腔中，在常压或低压及常温或适当加热条件下固化成型。热条件下固化成型。此法主要用于生产大型制品，设备简单，但生此法主要用于生产大型制品，设备简单，但生产率低。产率低。86复习题复习题1.塑料的组成成分及作用，举例塑料的组成成分及作用，举例2.橡胶的组成成分及作用，举例橡胶的组成成分及作用，举例3.橡胶的制备及成型橡胶的制备及成型4.聚合物合金的制备方法聚合物合金的制备方法5.挤出成型的工艺原理及过程挤出成型的工艺原理及过程6.注射成型的工艺原理、过程及工艺条件注射成型的工艺原理、过程及工艺条件7.模压成型的工艺种类及应用模压成型的工艺种类及应用87
