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1、高分子材料成型加工,（本部）,聚合物加工原理聚合物成型工艺（京江）,关于本课程（本部）,考试课，75课时，第116周，16或17周即12月中下旬考试成绩构成：平时20%，考试80%,关于本课程（京江）,考试课，45/45课时，第18/916周，10月下旬/12月下旬考试成绩构成：平时20%，考试80%,如何学好本课程,相关知识：高化、高分子合成、高物、聚合物流变学、材料性能及检测、机械设备及自动控制、模具教材：课本、其他参考书、网上文献听与看，理解与思考用心,课程内容,绪论1高分子材料2添加剂3配方设计4流变学5混合及设备,6压制7挤出8注射9压延10二次成型11其他成型12计算机应用13环境
2、,绪 论,人类社会发展史就是材料发展史天然人造人造：铜、铁、铝、稀土；陶、瓷、玻璃、水泥；高分子材料高分子材料科学只有100年历史，但是发展很快,高分子材料发展史：理论,1920 德 Staudinger“论聚合、高分子、长链大分子”1941 Flory,Huggins“高分子溶液”1953 Ziegler-Natta“有机金属催化剂”1971 白川英树“导电高分子 聚乙炔”诺贝尔化学奖获得者,高分子材料发展史：合成工业,1869 celluloid樟脑增塑的硝化纤维素1907 酚醛塑料1930s烯类聚合物快速发展时期PS1930BASF,PVC 1931德,LDPE 1939ICI,CR19
3、31Dupont1940s 缩聚类聚合物快速发展时期PA66纤维1940Dupont,PET纤维1948Dupont1953 HDPE配位催化1958 PC工程塑料Bayer界面缩聚1965 SBS嵌段共聚物Shell活性聚合,高分子材料发展史：加工,从简单的压制发展到自动控制的各种成型加工方法加工原料从celluloid,酚醛树脂,PVC到复合材料、功能材料加工机械设备的发展模具设计与制造加工过程模拟产品工艺数据库,【第一种塑料的诞生1】,1846年的一天，瑞士巴塞尔大学化学教授舍恩拜因在厨房做实验，不小心将正在蒸馏的硝酸和硫酸的烧瓶打破在地板上，因为找不到抹布，便用妻子的布围裙去擦，洗过后
4、烘干。快干时，突然现一闪光，围裙消失了。为了揭开秘密，他将一团棉花浸在硝硫混酸中，以水洗净，烘干，得到淡黄色棉花。这就是硝酸纤维素，易燃，甚至爆炸，被称为火棉。远在此之前，中国人就知道用纤维素造纸了，但改变纤维素成分使之成为一种新的高分子化合物，这还是第一次。,【第一种塑料的诞生2】,舍恩拜因深知此发现的商业价值，他把反应式卖给了商人。但由于生产太不安全，到1862年奥地利最后两家火棉厂被炸毁后就停止了生产。研究并没有中止。英国冶金学家、化学家帕克斯发现硝酸纤维素能溶解在乙醚和酒精中，溶剂蒸发后得到一种角质状物质。美国印刷工人海厄特发现在这种物质中加入樟脑会提高韧性，而且有加热软化冷却变硬的可
5、塑性，容易加工。这就是历史上第一种塑料樟脑增塑的硝酸纤维素，赛璐珞celluloid，广泛用于制作乒乓球、胶卷、梳子、眼镜架、衣领、指甲油等。,【第一种塑料的诞生3】,1884年夏尔多纳产生了将硝酸纤维素溶液纺成一种新纤维的想法，他制成了第一种具有光泽的人造丝。当1889年这种新的纤维在巴黎首次亮相时曾引起轰动。它有丝的光泽和手感，能洗涤，可惜极易着火燃烧。后来硝酸纤维素人造丝被不易着火的两个品种取代，即醋酸纤维素和再生纤维素。舍恩拜因的发现推动了化学工业的巨大发展。你了解当今硝酸纤维素的现状和用途吗？,【第一种人造聚合物的诞生1】,1907年美国化学家贝克兰正在探索合成一种新的人造虫胶漆。虫
6、胶是紫胶虫的分泌物，15万只虫在半年内才能分泌出450g虫胶树脂，用虫胶树脂制成的虫胶漆当时是非常高档的漆。贝克兰查阅文献得到德国化学家贝耶尔曾把苯酚与甲醛混合产生一种树脂状物质。这种物质极难溶解，从而使反应器报废，所以当时化学家讨厌它，但贝克兰意识到它可能成为无价之宝。,【第一种人造聚合物的诞生2】,贝克兰加热加压来加快反应进程，反应结束后发现反应器里有一种琥珀样的物质。贝克兰把这种物质叫酚醛塑料。贝克兰创造了第一种不是用天然物质制造的新的聚合物。苯酚和甲醛都是结构非常简单的单体，但酚醛塑料却极为复杂，它是由含有苯环的网状结构，苯环间由苯环上的一个、两个或三个角上的官能团连接的。在这之前人们
7、只能对天然高分子进行改性。1907年贝克兰在实验室里创造了第一种不是用天然物质制造的真正的人造聚合物。你知道当今酚醛树脂现状和用途吗？,【橡胶硫化方法的发现1】,橡胶树原来是亚马逊河流域的一种植物，哥伦布最早报道说海地居民用一种树上流出的弹性树脂所做的球进行比赛。乳胶是从这种“三叶树”的切口里流出的，将这种乳胶涂在织物上硬化后制成简陋的风雨衣。当地居民甚至把乳胶倒在脚上和腿上，干后便成了雨靴。但这种生胶强度差，弹性难以恢复。,【橡胶硫化方法的发现2】,Goodyear研究消除橡胶发粘的方法10多年未取得成功。1838年他将硫磺掺进胶乳，放在阳光下暴晒，但这只能消除制品表面的粘性。1839年1月
8、，他不小心把胶乳和硫磺的混合物泼洒在热火炉上，刮起来冷却后，发现这东西已没有粘性，拉长或扭曲时还有弹性，能恢复原状，原来能溶解生胶的溶剂对它不起作用了。,【橡胶硫化方法的发现3】,这一发明令人兴奋，但在实际应用时存在许多困难，Goodyear四年后才在美国申请专利，他的一个配方是：20份硫磺、28份铅白（用作硫化促进剂）和188份橡胶，混合后加热到132.2。但延时申请专利使他付出了惨重代价。他的一个样品引起了一个英国人的注意，此人先于他8个星期在英国申请了专利，使得他的申请在英国被拒绝。此后他打了好几年官司，欠下了20万美元的债，死于1860年。但Goodyear的发明促进了橡胶业的大发展。
9、1845年汤姆森发明了气胎，橡胶从此与汽车结下了不解之缘，成为现代人生活中一种不可缺少的材料。你知道当今橡胶的种类、制法、成型加工方法和用途吗？你对轮胎工业了解多少？,高分子两大主题合成、加工,合成 原料 反应机理 聚合工程及产物分离加工 配方 成型工艺：方法,加料次序,T、p、t,后处理 成型机械及模具,高分子材料分类,塑料：通用、工程、特种。热塑性与热固性？橡胶：通用、特种。热塑性弹性体纤维：天然纤维、化学纤维涂料：天然、合成。水性涂料粘合剂：天然、合成功能高分子：光、电、磁、生物、药物,塑料：通用、工程、特种,通用塑料：指产量大、用途广、成型性好、价格便宜的塑料。通用塑料五大品种PE、P
10、P、PVC、PS及ABS 工程塑料：指能承受一定外力作用，具有良好的机械性能和耐高、低温性能，尺寸稳定性较好，可以用作工程结构的塑料。如聚酰胺、聚甲醛、聚碳酸酯、聚苯醚、聚酯、超高分子量聚乙烯、聚酰亚胺、耐热环氧树脂、聚砜、聚醚砜、聚苯硫醚、聚酰亚胺、聚醚醚酮特种塑料：指具有特种功能，可用于航空、航天等特殊应用领域的塑料。如氟塑料和有机硅塑料,通用橡胶,指性能与天然橡胶NR接近的橡胶，主要用于制造轮胎和一般工业橡胶制品。通用橡胶的需求量大，是合成橡胶的主要品种:丁苯橡胶SBR顺丁橡胶BR异戊橡胶IR乙丙橡胶EPM EPDM丁基橡胶IIR氯丁橡胶CR,特种橡胶,指具有某些特殊性能（耐热、耐油、耐
11、候、耐臭氧）的橡胶。主要有丁腈橡胶NBR，由丁二烯和丙烯腈共聚制得。耐油、耐老化性能好，可在120的空气中或在150的油中长期使用。此外，还具有耐水性、气密性及优良的粘结性能硅橡胶。主链由硅氧原子交替组成，在硅原子上带有有机基团。耐高低温，耐臭氧，电绝缘性好氟橡胶。分子结构中含有氟原子的合成橡胶。通常以共聚物中含氟单元的氟原子数目来表示，如氟橡胶23，是偏二氟乙烯与三氟氯乙烯的共聚物。氟橡胶耐高温、耐油、耐化学腐蚀聚氨酯橡胶、丙烯酸酯橡胶氯丁橡胶CR，性能处于通用与特种橡胶之间。由氯丁二烯聚合制得。具有良好的综合性能，耐油、耐燃、耐氧化和耐臭氧。但其密度较大，常温下易结晶变硬，贮存性不好，耐寒
12、性差,橡胶的形态,分为块状生胶、乳胶、液体橡胶和粉末橡胶。乳胶橡胶的胶体状水分散体液体橡胶橡胶的低聚物，硫化前是粘稠的液体粉末橡胶粉末状，有利于配料和成型加工,纤维分类,天然纤维化学纤维包括人造纤维和合成纤维 人造纤维：原料含天然高分子 含纤维素的：棉、麻、木材、竹子 含蛋白质的：大豆、牛奶 合成纤维：原料是石油煤炭天然气,小测验：将纤维分类,涤纶，粘胶纤维，聚酰胺纤维，尼龙，锦纶，铜氨纤维，腈纶，醋酸纤维素纤维，kevlar纤维（芳纶1414），维尼纶（聚乙烯醇缩甲醛纤维），竹纤维，大豆纤维，氨纶（莱卡），牛奶纤维，碳纤维，丙纶，莫代尔，真丝，产量居前的三种合成纤维：涤纶、尼龙、腈纶再生纤维
13、素纤维：粘胶纤维、铜氨纤维、醋纤、竹纤维、莫代尔、lyocell纤维 人造羊毛-腈纶；人造丝-再生纤维素纤维、涤纶？；人造棉-维尼纶弹性纤维：氨纶当今三种超高强度纤维：碳纤维、芳纶1414、UHMWPE纤维,涂料的组成成分,1 成膜物质是涂膜的主要成分，包括油脂、油脂加工产品、纤维素衍生物、天然树脂和合成树脂。成膜物质还包括部分不挥发的活性稀释剂，它是使涂料牢固附着于被涂物面上形成连续薄膜的主要物质，是构成涂料的基础，决定着涂料的基本特性2 助剂如消泡剂，流平剂等，还有一些特殊的功能助剂，如底材润湿剂等。这些助剂一般不能成膜，但对基料形成涂膜的过程与耐久性起着相当重要的作用 3 颜料分两种，一
14、种为着色颜料，常见的钛白粉，铬黄等，还有一种为体质颜料，也就是常说的填料，如碳酸钙，滑石粉 4 溶剂包括烃类溶剂（矿物油精、煤油、汽油、苯、甲苯、二甲苯等）、醇类、醚类、酮类和酯类物质。溶剂和水的主要作用在于使成膜基料分散而形成黏稠液体。它有助于施工和改善涂膜的某些性能。水性涂料,涂料的种类,涂料的分类方法很多，通常有以下几种分类方法（1）按涂料的形态：水性涂料、溶剂性涂料、粉末涂料、高固体分涂料等（2）按施工方法：刷涂涂料、喷涂涂料、辊涂涂料、浸涂涂料、电泳涂料等（3）按施工工序：底漆、中涂漆（二道底漆）、面漆、罩光漆等（4）按功能：装饰涂料、防腐涂料、绝缘涂料、导电涂料、防锈涂料、耐高温涂
15、料、示温涂料、隔热涂料、防火涂料、防水涂料等（5）按用途：建筑涂料、罐头涂料、汽车涂料、飞机涂料、家电涂料、木器涂料、桥梁涂料、塑料涂料、纸张涂料等家用涂料可分为内墙涂料、外墙涂料、木器漆、金属用漆、地坪漆（6）按成膜物质：醇酸、环氧、氯丁橡胶、丙烯酸、聚氨酯、乙酸乙烯酯,合成胶黏剂的分类,按应用方法热固型、热熔型、室温固化型、压敏型等按应用对象结构型、非结构型、特种胶接形态水溶型、水乳型、溶剂型以及各种固态型等按粘料的化学成分 热塑性：纤维素酯、烯类聚合物（聚乙酸乙烯酯、聚乙烯醇、聚氯乙烯、聚异丁烯等）、聚酯、聚醚、聚酰胺、聚丙烯酸酯、a-氰基丙烯酸酯、聚乙烯醇缩醛、乙烯-乙酸乙烯酯共聚物等
16、 热固性：环氧树脂、酚醛树脂、脲醛树脂、三聚氰胺-甲醛树脂、有机硅树脂、呋喃树脂、不饱和聚酯、丙烯酸树脂、聚酰亚胺 合成橡胶型：氯丁橡胶、丁苯橡胶、丁基橡胶、异戊橡胶、聚硫橡胶、聚氨酯橡胶、氯磺化聚乙烯弹性体、硅橡胶等 橡胶-树脂型：酚醛-丁腈胶、酚醛-氯丁胶、酚醛-聚氨酯胶、环氧-丁腈胶、环氧-聚硫胶等,功能高分子材料,从功能上可分为四类第一类是化学功能，包括离子交换、催化、光聚合、光分解、光降解等；第二类是物理功能，包括导电、热电、压电、超导、磁化、光弹性等；第三类是介于化学、物理之间的功能，包括吸附、膜分离、高吸水、表面活性等；第四类是生理功能，包括生理组织适应性，血液适应性等。,高分子
17、材料增加品种、提升性能的途经,共混或复合：共混物；高分子合金，分散相粒径10.01m。共混或复合过程可能发生了化学反应化学改性：基团反应，端基反应，链增长或降解，接枝共聚，嵌段共聚,添加剂（助剂）,工艺添加剂 无此，则不能加工或难以加工或严重影响制品性能。例如：硬质PVC加入热稳定剂、润滑剂；PP加入抗氧化剂功能添加剂 赋予或改变制品某种性能。例如稳定、增强、增韧、阻燃、发泡、防静电、着色、硫化、降低成本 有些添加剂例如稳定剂、增塑剂既是工艺添加剂又是功能添加剂。添加剂品种很多，如何选择？,如何选择添加剂P4,相容耐久耐加工过程赋予或改变制品性能相适相克环保价廉,三大材料比较,高分子材料性能,
18、质轻，泡沫材料更加轻强度较低，但韧性好力学性能宽，从玻璃态到弹性体形状多样绝热，特别是泡沫材料绝缘，易生静电易加工减震消音，特别是泡沫材料较好的化学稳定性易着色易赋予或改变性能透光性好,线胀系数较大，以致收缩变形不耐磨易燃高分子材料快速发展的原因适用的并且多样的性能；易加工；较低的价格,高分子材料的合成与制造,原料：矿物燃料；含天然高分子的物质；人工合成的高分子化合物合成与制造：矿物燃料单体聚合得到人工合成的聚合物；含天然高分子的物质或人工合成的高分子化合物经化学反应得到聚合物；共混与复合,两类聚合反应,链式聚合反应自由基 PVC,LDPE;聚合温度几十或更高阳离子 IIR,POM;聚合温度I
19、IR100阴离子 SBS,POM;聚合温度几十 配位阴离子 HDPE,LLDPE几十逐步聚合反应缩聚 PA,PET;聚合温度和压力是变化的逐步加成 PU,链式聚合引发剂（催化剂）,聚合方法,链式聚合自由基型：本体，溶液，悬浮，乳液离子型（阳，阴，配位）：本体，溶液合成橡胶的聚合方法溶液、乳液传热传质 分离干燥缩聚熔融，溶液，固相，界面,成型加工流程图0-6P8 表0-8P9,原料是高聚物：一次或二次成型 一次成型模压、挤出、注射、吹塑、浇铸 二次成型吹塑、热成型、拉伸原料是低聚物：一步成型 模压、糊制原料是单体：一步成型 浇铸、反应注射（RIM）、反应挤出（REX）,加工方法的选择,加工后形状和物性发生了变化,原料,加工方法,制品,成型时的温度选择图0-7P10,一次成型：熔融纺丝，注射，挤出Tf（或Tm）以上、Td以下压延和二次成型：中空吹塑，热成型，拉伸在Tg Tf（或Tm）间靠近Tf（或Tm）一侧,成型时的压力大小,多数在几十MPa常压之间 真空成型一次成型二次成型注射挤出,作业-绪论,1、简述高分子科学史上几次重大理论发现（提出理论的人名、理论名称、理论内容，至少写出三种理论）。2、聚合反应机理分为哪两大类？3、高分子材料的主要性能？其显著的优势和不足？4、原料、制品、成型加工方法相互之间的关系。了解塑料、橡胶、涂料、粘合剂、功能高分子的分类、功能与用途。,
