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1、高聚物成型工艺绪论一. 基本概念1. 高分子化合物：相对分子质量超过1W的材料.2. 高分子材料：将高分子化合物经过工程技术处理后才能成为高分子材料,高分子材料再经过成型加工,才能进入实用领域,成为高分子制品或成品.3. 塑料：以树脂为主要成分，一般含有添加剂，在加工过程中能流动成型的材料。4. 橡胶：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的材料，是具有独特的高弹性，优异的疲劳强度，极好的电绝缘性能与耐磨性的材料。5. 纤维：指柔韧纤细的丝状物，有相当的长度强度和弹性。6. 高分子材料加工：将高分子材料转变成所需要的形状和性质的实用材料或制品的工程技术。二. 本书内容1. 基
2、础理论高分子材料的流变行为及基本特征；在成型加工过程中能量的交换及变化规律；常用高分子材料及其基本特征。2. 基本工艺成型用物料的配置原理及工艺流程；高分子材料的压延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；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；橡胶的硫化和塑料的交联的基本原理和工艺参数其他工艺方法的基本原理和工艺参数。三. 高分子材料成型的特性1. 可挤压性：指聚合物通过挤压作用形变时获得形状和保持形状的能力。只有当高分子材料处于粘流态时才能通过挤压获得宏观而有用的变形。主要取决于熔体的剪切黏度，
3、拉伸黏度等。2. 可模塑性：指材料在温度和压力作用下形变和在摸具中成型的能力。其主要取决于材料的流变性，热性能和其他物理力学性能等。可通过注射，模压和挤出等成型方法制成各种形状的模塑制品。3. 可延性：表示无定型或半结晶固体聚合物在一个方向或两个方向上受到压延或拉伸应力时变形的能力。利用可延性，可通过压延或拉伸工艺生产薄膜，片材和纤维。主要取决于材料产生塑性变形的能力和应变硬化作用。四. 高分子材料加工工业的发展概论见教材P3-4小结：主要讲述了高分子材料领域的几个基本概念，如：高分子化合物，高分子材料，高分子材料加工，塑料，橡胶，纤维等，同时简单介绍了本书的内容概况以及高分子材料成型加工特性
4、，最后介绍了高分子材料加工工业的发展概况。新课导入：通过复习高分子物理中相关知识引入新课新课讲解：第一章 高分子材料加工流变学概论第一节 高分子流体的剪切流动一牛顿流体的流动牛顿黏性定律：具有流动性而没有固定形状的物体，包括液体和气体。流体在外力作用下其内部质点可以产生相对运动。黏性使流体流动性的基本性质之一。流体在运动状态下，流体存在着一种抗拒内在的向前运动的特性，这种特性称为黏性。流体的黏度：黏度的物理意义使促使流体流动产生单位速度梯度的剪应力。二非牛顿流体的流动非牛顿流体的分类见教材P13图1-5在一定剪切速率下，非牛顿流体表观黏度随剪切作用的时间的延长而降低或升高的流体，则为与时间有关
5、的黏性流体，可分为以下两种：触变性流体流凝性流体第二节 高分子材料流体的拉伸流动一拉伸流体与拉伸黏度通常在流体流动中，凡是发生了流线收敛或发散的流动都包含拉伸流动成分。拉伸流动又可按拉伸使沿着一个方向或相互垂直的两个方向同时进行而分为单轴和双轴拉伸流动。单丝生产属于单轴拉伸，双向拉伸薄膜和塑料薄膜生产属于双轴拉伸。对于牛顿流体，拉伸应力与拉伸应变速率之间又类似于牛顿流动定律的关系。二拉伸流动与剪切流动的关系多数情况下，剪切黏度随剪切应力的增加而大幅度下降，但拉伸黏度随拉伸应力的增加而增加，因此，在大应力情况下，拉伸黏度不再等于剪切黏度的3倍，前者可能较后者大一个甚至两个数量级。小结：主要讲述了
6、流体的相关概念、牛顿流体和非牛顿流体的相关知识。新课导入：通过复习上节课主要内容引入新课。新课讲解：第三节 高分子熔体的黏性流动与弹性热塑性塑料加工过程一般需经历加热塑化，流动成型和冷却固化3个基本步骤。所谓加热塑化就是经过加热使玻璃态的高分子化合物变成粘性流体；流动成型使借助注塑机或挤出机等成型设备有关部件的运动，以很高的压力讲黏性流体注入闭合模具中，或以很高的压力讲黏性流体所要求形状的口模挤出，得到连续的型材；冷却固化使用冷却的方法使塑料从粘流态变成玻璃态。一高分子黏性流体流动的特点1.由链段的位移运动完成流动2.大多数高分子流体流动不符合牛顿流体的流动规律3.高分子流体流动时伴随有高弹形
7、变二影响高分子熔体黏度的因素1相对分子质量2.温度3.压力4分子链的支化5.剪切速率6.增塑剂三高分子熔体的弹性及影响因素1.包轴现象2.挤出胀大现象3.熔体破裂现象影响高分子熔体弹性的因素：1.剪切速率2.温度3.相对分子质量及相对分子质量分布4.流道的几何形状小结：主要讲述了高分子黏性流体流动的特点、影响高分子熔体黏度的因素、高分子熔体的弹性及影响因素等相关内容。新课导入：通过复习上节课主要内容引入新课。新课讲解：第四节 高分子熔体在简单截面导管中的流动一高分子熔体在长圆管中的流动1.流动过程中的受力分析见教材P28图1-222.速度分布曲线：图1-233表观剪切速率与表观流动二高分子流体
8、在狭缝行导管内的流动1.受力分析：图1-252.表观流动常数三高分子流体在环隙形导管中的流动1受力分析：图1-262.流动常数和流动性指数的确定小结：主要讲述了高分子熔体在长圆管中的流动、高分子流体在狭缝行导管内的流动、高分子流体在环隙形导管中的流动等相关内容。实践环节：参观工厂，撰写参观心得体会目的：通过参观高聚物成型工厂内的成型设备及成型工艺过程，使学生对高聚物成型过程有一个基本认识，为后续课程的学习奠定一定的实际理论基础。要求：1.熟悉挤出成型过程、挤出成型设备的应用及维护。2.熟悉注塑成型过程、注塑成型设备的应用及维护。3.熟悉压延成型过程、压延成型设备的应用及维护。4.加强对学生的纪
9、律管理。5.书写参观后的心得体会。成绩评定标准：1.根据出勤情况2.班上表现情况3.对知识的了解情况4.心得体会的撰写情况成绩等级划分：优、良、合格、不合格新课导入：通过复习高分子物理中相关知识引入新课新课讲解：第二章 高分子材料加工中的热行为一高分子材料的热物理特性1.热膨胀：根本原因使材料由于吸收热能，相邻原子或基团由于振动使得间距变大的缘故。2.热容二高分子材料在加工业中的热传导1.传热基本方式：传导、对流、辐射2传热特性3.加工中的热传导：傅立叶定律、热导率4.热扩散系数：是高分子材料在温度场中温度变化速率的决定性因素。三高分子材料加工过程中的生产热1.高分子熔体因摩擦而生成的热量2.
10、在周期应力作用下由内耗所引起的温升3.高分子材料在成型加工中的化学反应热小结：主要讲述了高分子材料的热物理特性、分子材料在加工业中的热传导、高分子材料加工过程中的生产热等相关内容。新课导入：通过复习塑料材料学中相关知识引入新课新课讲解：第三章 常用高分子材料第一节 常用树脂 一. 热固性树脂在制造或加工的某个阶段是既可以溶解也可以熔化的固态，或者是可以流动的液态，通过加热催化或其他方法发生化学变化后交联成既不溶也不熔的三维体型结构树脂。性能：刚性大，硬度大，尺寸稳定性好，耐热耐燃以及价格低廉。1. 酚醛树脂与塑料（1） PF树脂的制备酸法PF树脂的合成。又称热塑性树脂，可以反复加热冷却。如果不
11、加入固化剂，不可能进一步缩聚成体型聚合物。催化剂酸性的强弱影响树脂的结构：强酸：酚环绝大多数通过邻位和对位连接起来。中等酸：酚环主要通过邻位连接起来。碱法PF树脂的合成。热固性树脂，被加热熔化以后继续进行加热，会发生交联反应而固化，就不可能再熔化了。（2） PF塑料以PF树脂为基料，加入各种添加剂后制成的材料统称PF塑料。PF模压塑料：热塑性PF树脂为基本成分，加上固化剂，固化促进剂，填料，润滑剂，着色剂等组成。PF模压塑料：将各种片状材料浸渍甲阶段热固性树脂，经烘干制成纤维增强的PF塑料预浸料，或经模压制成层压板或经缠绕成型制造管材，型材和制品。2. 不饱和聚酯UP指在主链中含有不饱和双键的
12、一类聚酯。又不饱和二元酸和一定量的饱和二元酸与二元醇或多元醇缩聚获得线形初聚物，在低温或室温下交联固化，家入玻璃纤维，可以形成玻璃纤维增强不饱和聚酯塑料，又称玻璃钢。3. 氨基树脂以氨基树脂为基本组分的塑料，氨基树脂是指含有氨基官能团与醛类经缩聚反应生成的聚合物。4. PU分子链中含有氨基酯基团的聚合物。5. EP把含有2个或2个以上环氧基团的能交联的聚合物统称为EP。二. 通用热塑性树脂1. PE分为高压聚合物，中压聚合物，低压聚合物等。P74 表3-12. PP3. PVC4. PS三. 热塑性工程塑料1. PA2. PC3. PET第二节 常用生胶一. 天然橡胶NR化学成分：橡胶烃，蛋白
13、质，丙酮抽出物，水分，水溶物，灰分。特性：P85二. 合成橡胶通用合成橡胶：性能与NR相近，加工性能好，能广泛用于轮胎和其他一般橡胶制品的称为通用合成橡胶。包括：BR，IR，SBR，IIR，CR等特种合成橡胶：具有某中特性，专供制造耐热耐寒耐化学腐蚀等特种橡胶制品使用。包括：NBR，FPM，氟橡胶等。小结：主要讲述了常用树脂和常用生胶的品种，并简单介绍了各个品种的性质及应用。新课导入：通过复习上节课主要内容引入新课新课讲解：第三节 热塑性弹性体一. TPE及其分类TPE：指在加工温度下能塑化成型，在常温下具有橡胶弹性的一类材料，既有热塑性塑料的加工成型特性，又有硫化橡胶的高弹性能。分类：1.
14、热塑性聚氨酯弹性体TPU2. TPS3. TPEE4. TPO二. TPE的性能1. 保持各自的Tg或Tm2. 结晶型热塑性弹性体可能出现两种不同性质的转变温度3. 热塑性弹性体不仅能溶解于各种溶剂，并且溶解速度也加快4. 当适当的选择溶剂，使热塑性弹性体只是溶胀软段的连续相，而对硬段不起溶解作用5. 由于一根分子上有不同性质的两种链段，因此，在适当的条件下，TPE有可能作为表面活性剂来使用6. 在共混物中，TPE具有增混作用。三. TPE结构TPE是一种橡胶和塑料的嵌段或接枝共聚体，其中 硬段又称塑料段，软段又称橡胶段。TPE高分子链的突出特点是它同时串联或接枝一些化学结构不同的硬段和软段。
15、硬段要求链段间的作用力是以形成物理交联或者具有在较高温度下能离解的化学键。软段要求是自由旋转能力较大的高弹性链段。TPE的硬段和软段都要有足够的长度。当硬段过长，软段过短时，常温下表现为耐冲击塑料的性质；当硬段过短，软段过长时，失去硬段的无聊交联能力，故在不硫化条件，易发生塑料流动或引起冷流。小结：主要讲述了TPE的定义，分类，结构以及性能。作业：P99 2，21新课导入：通过列举物料在实际生产中的应用引入新课新课讲解：第四章 成型用物料的配制第一节 物料的初加工一. 物料的预处理1. 粉碎和研磨粉碎：通过相对运动对物体进行剪切，冲击，压缩，撕裂，摩擦等作用使物体碎裂。常用的设备有：滚筒式压碎
16、机，锤击式压碎机等。筛析：目的是除去较大的颗粒及机械杂质，使之达到细度和均匀度方面的要求，有利于混合及分散均匀。细度：指塑料颗粒直径毫米数，通过筛子网目数表示均匀度：指颗粒间直径大小的差数，表征粒径分布情况。2. 物料的干燥：表4-2二物料的输送与计量采用气动输送系统，分为正压系统、负压系统、正负压联合系统第二节 塑炼和混炼设备及工作原理1. 开炼机：图4-6开炼机的结构2. 密炼机：图4-83. 连续式塑炼设备：图4-12小结：主要讲述了物料初加工过程，包括研磨粉碎干燥等；塑炼和混炼设备的结构及工作原理。作业：P139-1,2新课导入：通过复习上节课主要内容引入新课新课讲解：第三节 塑料的混
17、合与塑化工艺一塑料的初混合1.原料的准备2.原料的混合润性物料初混合的工艺步骤：见教材P1193.初混合设备：转鼓式混合机、螺带式混合机、捏合机、高速混合机二塑料的塑炼和混炼1开炼机塑炼2.密炼机塑炼3.挤出机的塑化与造粒三橡胶的塑炼机理塑炼过程实际上就是使橡胶的大相对分子质量链断裂，大分子链由长变短的过程。小结：主要讲述了塑料的初混合、塑炼和混炼过程、橡胶的塑炼机理等相关内容。作业：P139-20,22新课导入：通过引导学生回忆参观工厂时所见挤出成型设备引入新课新课讲解：第五章 塑料与橡胶挤出成型一概论挤出成型的优点：P141挤出成型：在挤出成型机中通过加热、加压而使塑料以流动状态通过口模成
18、型的方法。二单螺杆挤出机挤压系统、传动系统、加热冷却系统、控制系统见图5-1：结构图三双螺杆挤出机特点：P147结构：螺杆、料筒、加料装置、传动装置类型：表5-1四普通塑料制品挤出加工工艺1.塑料管材的挤出成型：图5-8，5-9，5-102.挤出吹塑薄膜成型工艺：图5-113.挤出流延薄膜成型工艺：图5-144.挤出法生产塑料板材：图5-155.塑料丝的挤出成型工艺：图5-166.其他挤出制品的成型工艺：图5-17小结：主要讲述了挤出成型概念、设备、各种工艺过程。作业：P169-2,4新课导入：通过引导学生回忆参观工厂时所见挤出成型设备引入新课新课讲解：第六章 塑料与橡胶注射成型一塑料注射成型
19、机的主要技术参数1.注射量2.注射压力3.注射速度、注射速率、注射时间4.塑化能力二注射工艺过程图6-1.包括加料、加热塑化、合模、加压注射、保压、冷却成型、开模、取出制品等工序。一个循环周期：一般以合模作为注射剂工作过程的开始，当模具被锁紧后，注射座整体前移，必须保证喷嘴中心与模具主流道中心一致并完全吻合，随后由注射油缸推动螺杆向前移动，使料筒前端的熔融物料在螺杆的推挤作用下，以高压、高速注入模腔中，经一段时间的保压冷却后，模具开启，制品被顶出落下，然后又进行下一个周期的循环。注射成型工艺参数的选择：1. 温度：料筒温度、喷嘴温度、模具温度2. 压力：塑化压力、注射压力3. 时间：注射保压时
20、间、冷却时间等小结：主要介绍了注射成型概念、工艺过程、工艺参数等内容。作业：P185-2,3新课导入：通过引导学生回忆参观工厂时所见挤出成型设备引入新课新课讲解：第七章 塑料与橡胶压延成型第一节 压延成型概论主要设备为压延机图7-1压延机滚筒的排列形式压延机主要技术参数：1.辊筒：P1872.其他部件见教材P188图7-2压延机的结构第二节 塑料压延成型一SPVC塑料薄膜的压延工艺图7-4讲解相关的压延工艺流程1.准备阶段2.计量装置3.高速混合4.密炼5开炼6.挤出喂料工艺参数：1.辊温、辊速2.各辊筒速比3.辊距、辊隙存料4.压延效应5.引离辊6.压花辊7冷却装置8.后处理二硬PVC片材的
21、压延成型图7-7：压制RPVC片材的工艺路线，并作详细分析1. 配料及混合2. 塑化3. 压延成型小结：主要讲述了压延机结构、压延成型工艺等相关内容。作业：P206-1，2新课导入：通过复习上节课主要内容引入新课新课讲解：第三节 橡胶压延成型一橡胶压延前的准备1.胶料的热炼与供胶2.纺织物的预加工3.帘布浸胶二橡胶压延工艺方法与工艺参数1.压片与压型2.帘布为骨架材料的压延成型图7-11三橡胶压延工艺参数及其分析1.辊筒温度的设置2.压延过程中制品厚度的测量3.其他工艺参数四压延机的调试、操作、维护和保养小结：主要讲述了橡胶压延成型的相关知识，包括准备、成型工艺方法、参数控制等。新课导入：通过
22、列举生活中常见的泡沫塑料引入新课新课讲解：第八章 泡沫塑料成型工艺第一节 气泡形成原理和发泡方法一泡沫塑料气泡形成原理1.气泡核的形成2.气泡增长3.气泡的稳定二泡沫塑料发泡方法1.物理发泡2化学发泡三发泡助剂1.成核剂2.交联剂3.助交联剂4.发泡剂的活化剂第二节 物理发泡法一 PS泡沫塑料：图8-1二 溶解惰性气体发泡法成型SPVC泡沫塑料三 PE的低非典液体物理发泡法的挤出成型小结：主要讲述了泡沫塑料气泡形成原理、发泡方法分类、几种材料的物理发泡过程。新课导入：通过复习上节课主要内容引入新课新课讲解：第三节 化学发泡法一 化学发泡剂的特性与选择1. 分解温度2. 分解速率3. 反应热二
23、化学发泡法模压成型SPVC泡沫拖鞋图8-6三 化学发泡法注射成型SPVC泡沫塑料拖鞋图8-7四 化学发泡法低发泡挤出RPVC型材五 PE塑料的交联六 化学发泡法模压PE泡沫塑料图8-9七 化学发泡法PE泡沫塑料的挤出成型八 化学发泡法PE泡沫塑料注射工艺九 聚氨酯泡沫塑料及其成型小结：主要讲述了化学发泡原理及其几种泡沫塑料化学发泡工艺过程。作业：P222-1，3新课导入：通过引导学生回忆参观工厂时所见挤出成型设备引入新课新课讲解：第九章 塑料与橡胶模压成型1.模压成型：先将粉状、粒状或纤维状的塑料放入成型温度的磨具行腔中，然后闭模加压使其成型并固化的作业。2.模压成型原理：包括流动段、凝胶段、
24、硬化段3.热固性塑料模压成型工艺预处理：预压、预热成型过程：P228，详细讲述加料闭模排气固化脱模4.模压成型的控制因素分析图9-2，9-3，9-4模压压力模压温度模压时间小结：主要讲述了塑料模压成型概念、原理及工艺过程等内容。新课导入：通过复习上节课主要内容引入新课新课讲解：第十章 橡胶硫化与塑料交联第一节 橡胶硫化一 硫化历程：硫化诱导期、热硫化时间、硫化平坦期、过硫化期二 正硫化及其测定方法正硫化：硫化过程中胶料综合性能达到最佳值时的硫化状态。测定方法：物理化学法、物理力学性能和专用仪器法三 硫化介质与硫化工艺方法硫化介质：饱和蒸汽、过热水、热空气工艺方法：硫化罐卤化工艺、外加压式硫化工
25、艺详细讲解每种工艺方法第二节 塑料交联一 热固性塑料的交联作用二 热塑性塑料的交联分别对热固性和热塑性塑料的交联对照教材详细讲解，并适当对学生进行提问。课堂讨论：讨论橡胶硫化在橡胶生产中的作用。小结：主要讲述了橡胶硫化和塑料交联的相关知识。并集体讨论了橡胶硫化在橡胶工业生产中的作用。新课导入：通过复习上节课主要内容引入新课新课讲解：第十一章 其他工艺方法第一节 塑料的热成型与冷成型一热成型1.特点：P2562.热成型基本方法差压成型模压成型双片成型3.热成型设备及工艺要求组成：高效加热器、框架、真空泵和真空储槽、平台、机械装置、冷却系统等。工艺实例：SPVC RPVC PE PMMA二冷成型在
26、金属冲模压力机上进行，将塑料板材拉伸成中空容器，一般称为冷成型。第二节 浇注成型通常使将液态的单体和催化剂、促进剂等一起倒入模具中，在加热的条件下使单体在模具中聚合成聚合物，最后冷却定型，或者使将液态或粉状的树脂倒在模具中，不施加压力，之用加热和冷却使之定型而成为制品。一.MC尼龙静态浇注图11-2工艺流程二.PMMA浇注图11-3工艺流程三.搪塑成型图11-5工艺流程四.其他几种浇注工艺离心浇注滚塑与旋转浇注流延成型小结:主要介绍了浇注成型概念/几种材料浇注成型工艺过程等.新课导入：通过复习上节课主要内容引入新课新课讲解：第三节 其他成型方法一. 中空吹塑制作中空吹塑材料应具有的特性:P267挤出吹塑过程:P267设备:挤出机/机头/模具吹塑模工艺:见教材二. 人造革的涂覆成型图11-6直接法间接法三. 涂层工艺火焰喷涂热熔喷涂沸腾喷涂静电喷涂对每一种成型方法结合前面讲过的内容加以详细介绍说明.第四节 废旧塑料的回收与再生利用一. 废旧塑料中杂志的清除二. 塑料的鉴别与分类三. 塑料的再生与利用小结:主要介绍了其他几种成型方法工艺及塑料的回收与再生利用等内容.
