高分子材料成型加工第三章
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第三章
高分子材料的配方设计
1.高分子材料制品设计的一般原则和 程序
• 以下因素对材料性能的影响 • （1）制样条件（成型方法.成型条件.试样 形状等） • （2）性能的测试条件（如升温速度.作用作 用力的形式及速度等） • （3）外界因素（如温度.湿度.使用环境及 光的波长等）
根据制品的使用目的和用途， 确定制品功能特点.载荷条件. 环境条件.成本限制.适用标准 等
• • • • •
3.材料配方的表示方法 一.以高分子化合物为100份的配方表示法 二.以混合料为100分的配方表示法 三.以混合料体积为100份的配方表示法 四.生产配方
三.高分子材料的配方设计方法
• 1.配方设计时考虑的因素： • （1）配方中往往含有高分子化合物.增塑剂. 热稳定剂.抗氧剂.光稳定剂.润滑剂.填充剂. 阻燃剂等等，因此单因素变量设计较少， 通常是多因素变量的问题 • （2）活用正交表问题 • （3）各原料之间往往存在显著的交互作用
• （2）多因素变量配方设计法 • 多因素变量配方是指有两个或两个以上因 素音响制品性能的配方 • 正交设计法 • 中心复合实验设计法
四.高分子材料性能的估算方法
• 1.密度 • 非晶态高分子密度:
• 结晶性高分子的密度：
• 2.玻璃化温度：
•——摩尔玻璃化转变函数之和，
• Tg 的估算必须以下列不同情况区别对待 （1）无支化的聚次甲基链； （2）无支化的脂族线性缩聚物； （3）无支化的含次甲基和芳环的线性缩聚物 （4）特殊结构的芳族缩聚物； （5）含有小侧基的线性高分子化合物； （6）含有长侧链的线性高分子化合物等
• （4）当工艺条件起决定因素时，可将其作 为独立的因素列入试验设计中 • （5）当实验误差影响大于配方设计中任何 一个因素的影响时，整批实验只能推倒重 来 • （6）只有配方经验规律和统计数学相结合， 才能发挥最佳效能
• • • • • • • •
2.配方设计方法 （1）单因素变量配方设计方法： 爬山法 黄金分割法 平分法 分批实验法 抛物线法 分数发
• 3.内聚能密度和溶解度参数 • 内聚能是指1摩尔物质中除去全部分子间力 而使其内能的增加量，J/mol • 内聚能密度： E e298 J / cm3
V
•溶解度参数：
E 298 V
1/ 2
J / cm
3 1/ 2
• 配方设计的一般步骤为： • 1.在确定制品性能和用途基础上，收集高分 子化合物和添加剂等各种原材料资料，初 定产品形状.尺寸及各部件的作用及成型加 工方法 • 2.初选材料，并进行配方设计实验 • 3.先试材料再试制品，材料性能与制品性能 可能有差异
• 4.依获得的材料性能数据或凭经验，进行结 构设计 • 5.制的实物模型，进行试样实验或模拟实验 • 6.再设计与再试验 • 7.以模型试验与制品成本，进行最终选材与 配方设计 • 8.材料规范化
• • • • •
二.配方设计 配方设计必须满足以下基本原则： 1.制品的性能要求 2.成型加工性能的要求 3.选用的原材料来源容易，产地较近，质量 稳定可靠，价格合理 • 4.配方成本应在满足上述三条的前提下，
• 尽量选用质量稳定可靠，价格低的原材料； 必要时采用不同品种和价格的原材料复配；
配方设计
工艺设计
结构及模具设计
样品试制
性能测试
定额测算并核算成本
2.高分子材料配方设计
• 一.制品对材料性能的要求
项目 主要性能
1.外观
2.物理性能 3.机械性能
表面光洁度.色泽的一致性及 持久性 密度.结晶度.吸水性.透气性. 透湿性.折射率等 应力-应变曲线.拉伸强度.拉 伸膜量.伸长率.抗弯强度.弯 曲模量.压缩强度.冲击强度. 泊松比.硬度.摩擦因素等
高分子材料的配方设计
1.高分子材料制品设计的一般原则和 程序
• 以下因素对材料性能的影响 • （1）制样条件（成型方法.成型条件.试样 形状等） • （2）性能的测试条件（如升温速度.作用作 用力的形式及速度等） • （3）外界因素（如温度.湿度.使用环境及 光的波长等）
根据制品的使用目的和用途， 确定制品功能特点.载荷条件. 环境条件.成本限制.适用标准 等
• • • • •
3.材料配方的表示方法 一.以高分子化合物为100份的配方表示法 二.以混合料为100分的配方表示法 三.以混合料体积为100份的配方表示法 四.生产配方
三.高分子材料的配方设计方法
• 1.配方设计时考虑的因素： • （1）配方中往往含有高分子化合物.增塑剂. 热稳定剂.抗氧剂.光稳定剂.润滑剂.填充剂. 阻燃剂等等，因此单因素变量设计较少， 通常是多因素变量的问题 • （2）活用正交表问题 • （3）各原料之间往往存在显著的交互作用
• （2）多因素变量配方设计法 • 多因素变量配方是指有两个或两个以上因 素音响制品性能的配方 • 正交设计法 • 中心复合实验设计法
四.高分子材料性能的估算方法
• 1.密度 • 非晶态高分子密度:
• 结晶性高分子的密度：
• 2.玻璃化温度：
•——摩尔玻璃化转变函数之和，
• Tg 的估算必须以下列不同情况区别对待 （1）无支化的聚次甲基链； （2）无支化的脂族线性缩聚物； （3）无支化的含次甲基和芳环的线性缩聚物 （4）特殊结构的芳族缩聚物； （5）含有小侧基的线性高分子化合物； （6）含有长侧链的线性高分子化合物等
• （4）当工艺条件起决定因素时，可将其作 为独立的因素列入试验设计中 • （5）当实验误差影响大于配方设计中任何 一个因素的影响时，整批实验只能推倒重 来 • （6）只有配方经验规律和统计数学相结合， 才能发挥最佳效能
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2.配方设计方法 （1）单因素变量配方设计方法： 爬山法 黄金分割法 平分法 分批实验法 抛物线法 分数发
• 3.内聚能密度和溶解度参数 • 内聚能是指1摩尔物质中除去全部分子间力 而使其内能的增加量，J/mol • 内聚能密度： E e298 J / cm3
V
•溶解度参数：
E 298 V
1/ 2
J / cm
3 1/ 2
• 配方设计的一般步骤为： • 1.在确定制品性能和用途基础上，收集高分 子化合物和添加剂等各种原材料资料，初 定产品形状.尺寸及各部件的作用及成型加 工方法 • 2.初选材料，并进行配方设计实验 • 3.先试材料再试制品，材料性能与制品性能 可能有差异
• 4.依获得的材料性能数据或凭经验，进行结 构设计 • 5.制的实物模型，进行试样实验或模拟实验 • 6.再设计与再试验 • 7.以模型试验与制品成本，进行最终选材与 配方设计 • 8.材料规范化
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二.配方设计 配方设计必须满足以下基本原则： 1.制品的性能要求 2.成型加工性能的要求 3.选用的原材料来源容易，产地较近，质量 稳定可靠，价格合理 • 4.配方成本应在满足上述三条的前提下，
• 尽量选用质量稳定可靠，价格低的原材料； 必要时采用不同品种和价格的原材料复配；
配方设计
工艺设计
结构及模具设计
样品试制
性能测试
定额测算并核算成本
2.高分子材料配方设计
• 一.制品对材料性能的要求
项目 主要性能
1.外观
2.物理性能 3.机械性能
表面光洁度.色泽的一致性及 持久性 密度.结晶度.吸水性.透气性. 透湿性.折射率等 应力-应变曲线.拉伸强度.拉 伸膜量.伸长率.抗弯强度.弯 曲模量.压缩强度.冲击强度. 泊松比.硬度.摩擦因素等