高分子成型加工

高分子材料成型加工十一五塑料制品行业增长情况世界第一大塑料生产国，而且已成为世界第一大塑料消费国。全行业共计有9.5万多家，从业人数约380万。销售收入500万元及以上非国有独立核算企业（简称规模以上企业）项目200620072010塑料表观消费量(万吨)4084.14578.06365.0塑料制品产量(万吨)2801.93302.35830.4/20.1%塑料制品业总产值(亿元)6310.58018.1614200/20.06%规模以上企业个数1286014952207752007-2010年塑料制品业产量及增长情况(万吨)项目2007200820092010塑料制品3302.3/17.63713.79/10.104479.28/10.645830.4/30.2塑料薄膜其中农用薄膜605.1/14.596.1/11.5590.10/-3.6493.91/-5.66690.43/12.06119.34/18.39799.0/15.7157.2/31.8型材(含板片材)345.4/12.0塑料管材(含棒材)331.8/15.2459.34/28.18580.37/18.92816.3/40.6塑料丝及编织制品404.2/34.2477.18/25.30581.56/26.58711.9/22.4人造革105.0/25.0117.54/6.68214.6合成革62.5/18.465.96/10.29泡沫塑料138.1/22.1170.83/23.7187.05/9.5233.2/24.7塑料包装箱及容器166.3/11.8173.09/4.1274.49/58.6343.1/25.0日用塑料制品371.0/22.9408.47/10.1544.18/33.2645.9/18.7其他塑料制品773.0/14.5894.37/15.7955.74/6.91359.2/42.22010塑料制品产量结构图近几年中国塑料10大热点1塑料在防抗自然灾害中发挥重要作用中国塑料加工工业协会接到国家民政部紧急调运帐篷的指示后，连夜通知相关专委会如薄膜、塑编、管型材、发泡材料等专委会，动员企业紧急抢运救灾物资，昼夜生产、加工蓬布、帐篷和简易保温房。2奥运会拉动塑料制品应用与创新PC板材：沈阳、天津奥体中心的“水滴”采用了PC板智能化屋面系统，具有重量轻、抗冲击、隔热、防结露、节能等特点，与相同厚度的传统板材相比，可节约25％的能源。聚氨酯隔热保温材料、聚氨酯外墙涂料：“水立方”就是由10多万平米聚四氟乙烯（ETFE）的膜构成的“魔方”。世博与高分子材料中国馆使用阻燃电缆含氟塑料（CMP），熔点高，不易被火焰烧软化，即使软化也不会轻易着火、不释放有毒气体，这就给建筑内的人们留下逃生的时间。阻燃电缆还能够回收利用，更加环保。阻燃电缆目前在我国的市场价是普通电缆的5倍，但其成本仅为普通电缆的2倍。聚碳酸酯板铸就“油立方”石油馆采用了聚碳酸酯板，俨然一座“油立方”.石油馆浅蓝色的建筑外表皮来自石油衍生品聚碳酸酯，可回炉再利用，保温隔热，是极佳的遮阳板，经纵横交错“编织”而成，富于时代感和行业特色。世博会芬兰馆：塑料“冰壶”蒸桑拿外墙由2.5万块“冰”组成的“冰壶”,“冰壶”外墙的“冰”，实际上是一种生态型的创新材料---木塑料复合材料，它由废纸和塑料制成，全部可回收，移动或者拆卸也很方便，拿在手上感觉表面十分坚硬，其白色还永不褪色。走过一座小桥，人们便能进入“冰壶”，一个远离喧嚣城市的微型岛屿家园，感受素有“千湖之国”美誉的芬兰的人文情怀。墨西哥馆：回收塑料“风筝林”墨西哥馆占地4000平方米的展馆最具特色之处是其第三层的斜坡式屋顶将竖立起135个赤橙黄白紫五色的高低不等的风筝。竖立在墨西哥馆顶上的“风筝森林”将由135个4至8米宽的风筝模型组成，最高的达13米，最矮的也有2米。英国馆的“蒲公英”由6万只有机玻璃材质的“触须”分布在整个建筑外墙的表面，“种子圣殿”内有6万颗种子呈现在参观者面前，所有的种子都来自由英国皇家植物园和昆明植物研究所合作的千年种子银行项目。0.1高分子材料及其加工的概念0.2高分子材料的工程特征0.3高分子材料的加工程序和研究方法0.4高分子材料成型加工的主要内容和要求0.5发展史0.1高分子材料及其加工的概念0.1.1大材料概念金属材料大材料无机非金属材料有机高分子材料材料四要素使用性能合成/加工性质结构/成分（工程）（化学）通称为高分子材料指一定配合的高分子化合物在成型设备中，受一定温度和压力作用熔融塑化，然后通过模塑制成一定形状，冷却后在常温下能保持既定形状的材料制品(1)组成；(2)加工性；(3)形状；(4)使用性；(5)经济性；(6)再生性。高分子材料在大材料中地位：（1）年轻学科，有生命力（2）最有发展前途（3）应用广泛0.1.2材料的通性0.1.3高分子材料在化学工业学科中的地位石油煤天然气C3、C4C5等炭氢化合物单体乙烯、苯乙烯丙烯、氯乙烯丁二烯等高聚物高分子材料制品高分子化学高分子合成工艺生产过程及设备反应机理聚合反应工程加工工艺模具、机械应用、改性高分子化工高分子材料高分子物理加工基本有机合成聚合反应成型加工0.1.4高分子成型加工定义高分子材料成型加工工艺具有实用性的材料或制品（高分子化合物+添加剂）高分子成型加工—将聚合物及各种添加剂转变成实用材料或制品的一种工程技术。通常是在一定温度下弹性固体、固体粉状或粒状、糊状或溶液状态的聚合物变形或熔融，经过模具得到所需形状，并在此过程中材料会发生一定的化学变化，最终得到能保持所得形状制品的工艺过程。0.1.5高分子材料的分类塑料三大合成材料橡胶纤维聚合物（树脂、生胶）区分三个概念高分子材料（塑料、胶料）高分子材料制品（塑料制品、橡胶制品）塑料—以合成树脂为基体，添加一些具有特定作用的助剂，将基体和助剂混合、分散，再通过塑炼加工，并在加工过程中显示塑性且能流动成型的材料。橡胶—在适当配合剂存在下,在一定温度和压力下硫化(适度交联)而制得的弹性体材料(橡胶制品),通常在室温下具有粘弹性。纤维—长径比很大,并具有一定柔韧性的纤细物质,如锦纶（尼龙6）、腈纶（聚丙烯睛）、丙纶（聚丙烯）等。高分子材料的五个形成条件（1）以聚合物为主体：主要视材料的性质如何例：钙塑材料（PP20%，CaCO380%）（2）属多相复合体系：两组分以上，宏观均相，亚微观分相（3）具有可加工性例：PVC（4）良好的使用性能和适当的寿命（5）具有工业化生产规模：高聚物成千上万，400～500种可做材料，但工业化规模的不多通用塑料：PP、PE、PVC、PS、PMMA等工程塑料：聚酰胺、聚酯、聚碳酸酯、聚甲醛等。0.1.6高分子材料的制造高分子材料及制品生产高分子化合物制造高分子反应聚合反应复合化合金填充（添加剂、混合、成型)成型加工影响高分子材料制造的因素（1）高分子化合物的性质(化学结构、物理结构）（与高分子化合物的制造有关——高分子材料学）（2）成型加工过程：添加剂的作用混合过程成型过程0.2高分子材料的工程特征高分子材料结构上的特殊性性能上的可变性高分子材料成型加工方法具有多样性（随加工过程而变）材料性能的影响因素材料性能材料本身成型加工中产生的附加性质有目的产生加工中自发产生有利不利:结晶交联取向塑料降解分解、烧焦结论：材料不同性能要求不同加工方法不同三种物理状态：玻璃态：Tg高弹态：Tg~Tf(Tm)粘流态：Tf(Tm)0.2.1高聚物的状态变化与成型加工的关系聚合物从一种状态另一种状态的影响因素:(1)聚合物的分子结构(2)聚合物体系的组成(3)聚合物所受应力(4)环境温度当聚合物及组成一定时，在一定外力作用下，聚集态的转变主要与温度有关：聚合物聚集态不同内聚能不同性能不同聚合物对加工技术的适用性不同TTg玻璃态大分子链上仅键长、键角发生形变，模量高、形变极小,不宜大形变加工只能进行机械加工T=Tg~Tf高弹态体积膨胀，大分子不能移动，但链段有足够动空间、能移动，形变可逆非晶聚合物：Tg—Tf近Tf侧，强力成型，形变可逆，Tg以下使用结晶聚合物：Tg—Tm拉伸T=Tf~Td粘流态整个大分子能移动，呈塑性，模量降至最低，较小外力能引起宏观流动，形变不可逆大多数成型方法在此温度范围0.2.2成型加工方法和实质高分子材料成型加工是一个复杂的物理——化学变化过程，其中，流动性是必要条件。加工技术从形变出发：（1）高聚物熔体——塑性形变：Tf(m)～Td，多用于一次成型（2）高聚物类橡胶态——弹性形变（残余形变）：Tg～Tf，多用于二次成型（3）高聚物溶液态：用于浸渍、湿法或干法纺丝（4）高聚物分散体（悬浮体、溶液、胶乳）：搪塑（5）高聚物单体或预聚体直接成型——化学加工：浇注（6）高聚物机械加工——后处理。成型加工中发生的物理——化学变化（1）物理变化为主：热塑性塑料材料加热流动冷却凝固（2）化学变化为主：浇注成型单体或预聚体加热或引发剂聚合成型（3）物理变化——化学变化兼有：热固性塑料、橡胶材料加热流动交联(硫化)成型0.2.3制品的性能内在性质：通过选择合适材料，容易解决附加性质：加工中使材料发生实质性变化外观性质耐久性质使用性质制品性能材料内在性质加工中产生的附加性质对制品性能的影响极为重要附加性能对制品性能影响(1)形状上的变化：使用上的要求(2)结构上的变化分子结构上的变化：交联、硫化聚集态结构上的变化：微观结晶、取向等(3)性质上的变化：反映出制品宏观性能改变如：结晶刚性,取向各向异性,交联弹性、强度物理变化软化、熔化、溶解、冷却固化、溶剂挥发盐析、结晶、取向（拉伸强度）化学变化接枝、嵌段、分解、降解、炭化、聚合交联0.3高分子材料的加工程序和研究方法0.3.1加工技术程序：高分子材料制备成型工艺制品配料，混合粒化、粉化塑化,一次二次成型定型后加工塑料流程橡胶流程基本工艺过程：配料塑炼混炼成型硫化原料单体生胶制造生胶切胶烘胶塑炼塑炼胶混炼混炼胶成型压延、压出模压、注塑半成品（胚料）硫化橡胶制品胶料的制造配合剂预加工0.3.2研究设计方法高聚物配合剂＋配方设计试样制备性能测试第一循环生产工艺制定高分子材料制品第二循环第一循环：配方设计第二循环：加工工艺制定、经济成本估算性能力学、热、电、化学性能等决定0.4成型加工的要求和任务热力学、力学物理化学、有机化学质量和能量的传递高分子化学高分子物理粘弹性流体力学（流变学）所需的基本知识0.4.1成型加工的基础知识要求0.4.2聚合物成型加工的任务聚合物加工基本任务—研究实现从原料到制品的转变所要采用的适当方法及所获得的产品质量与各种因素（如材料的流动和形变的行为以及其性质、各种加工条件参数及设备结构等）的关系。成型加工工程的任务包括赋予作为原料的成型材料以一定特性和加工价值，并制成所要求得到的实用性制品。0.4.3成型加工的过程高分子材料成型加工通常包括两个过程：（1）首先使原材料产生变形或流动，并取得所需要的形状（2）进行固化以设法保持所取得的形状成为制品0.4.4成型加工的主要功能成型加工工程的主要功能有：(1)赋形。如制成薄膜或齿轮等形状。(2)使成型材料熔融、固化。灵活应用加热和冷却操作使之易于赋形。(3)进行硬化反应。加工热固性树脂时，加热使其产生缩聚反应而成为具有三维结构的高聚物。(4)实现某些附加作用。0.5发展史19世纪之前，人类已开始使用天然高分子材料1892年：确定了天然橡胶的干馏产物为异戊二烯结构，为高分子的合成指明了方向。1930年：Standinger发表了大分子学说，为高分子材料的合成制备奠定了理论基础。1930-1940年：发展了缩聚反应理论，建立了乳液聚合理论。0.5.1高分子合成0.5.2聚合物混合工艺的发展•1820年：Hancock设计了第一台开放式辊筒机，为橡胶塑炼、配料及聚合物混炼工艺的实施提供了有力的工具。•1835年：Chaffee创制了第一台蒸气加热的双辊机。•1839年：Go