研究生课程材料加工学-高分子部分2
高分子加工原理与技术2-成型原理
Q=
1 JBiblioteka τ γ·=1 Jηaγ·2
(2-2)
用摩擦热加热塑料是通过挤出机或注射机的螺杆与 料筒的相对旋转运动等途径来实现的。由于聚合物的 表观粘度随摩擦升温而降低，使物料熔体烧焦的可能 性不大，而且塑化效率高，塑化均匀。
2.1.2 高分子材料的流变性能
(1)流动类型
➢层流和湍流 ➢稳定流动与不稳定流动 ➢等温流动和非等温流动 ➢一维流动、二维流动和三维流动 ➢拉伸流动和剪切流动 ➢拖曳流动和压力流动
第2章 高分子材料成型原理
2.1 高分子材料的加工性能 2.1.1 高分子材料的熔融性能
热传导 热传递 对流
辐射
高分子材料的熔融方法：
无熔体移走的传导熔融 有强制熔体移走(由拖曳或压力引起)的传导熔融 耗散混合——熔融 利用电的、化学的或其它能源的耗散熔融方法 压缩熔融
热扩散系数及其影响因素
聚合物熔体在管隙中的流动分析
➢ 圆管通道 ➢ 圆锥形通道
流动缺陷
塑料流体在流道中流动时，常因种种原因使流动出现 不正常现象或缺陷。这种缺陷如果发生在成型时中，则常 会使制品的外观质量受到损伤，例如表面出现闷光、麻面、 波纹以致裂纹等，有时制品的强度或其它性能也会裂变。 这些现象与工艺条件、高聚物的非牛顿性、端末效应、离 模膨胀和熔体破裂有关。
(2)非牛顿型流动
图2-6 各类型流体的流动曲线 a-宾汉流体 b, e-假塑性流体 c-膨胀性流体 d-牛顿型流体
描述假塑性和膨胀性的非牛顿流体的流变行为， 用幂律函数方程 :
τ = Kγ·n
式中 K——流体稠度，Pa·s n——流动指数，也称非牛顿指数。
(3) 时间依赖性流体 这类流体的流变特征除与剪切速率与剪切应力
王小妹高分子加工原理与技术第10章高分子制品的二次加工课件
王小妹高分子加工原理与技术第10章高分子制品的二次加 工
1
热弹态 对无定形聚合物: 高弹态 Tg~Tf(较接近于Tg) 对结晶聚合物: 无高弹态 ，有结晶态， 在Tg~Tm(较接近于Tm)
热弹态不是具体的物理或高分子物理的一个名词， 而是工程上为了方便而提出的一种说法。
王小妹高分子加工原理与技术第10章高分子制品的二次加 工
冷却脱模 制品必须冷却到变形温度以下才能脱模 热成型应用 （包装业如泡罩，快餐业 ）
王小妹高分子加工原理与技术第10章高分子制品的二次加 工
7
10.2 机械加工
高分子制品的机械加工是采用机械方法对高分子 制品进行加工的总称。
类型: 裁断、冲切、车削、钻削、铣削、磨削、 抛光、滚光、喷砂等
王小妹高分子加工原理与技术第10章高分子制品的二次加 工
界面的粘合作用，是以粘合力为基础，包括主价键 力(化学键力)、次价键力、静电力、机械力等。
粘合剂与固体表面之间，通常并不产生化学键。在 粘接中起吸附作用的次价键力，尤其是范德华力， 是产生粘合的主要作用力。在次价键力中，除色散 力外，其它几种力需在特定条件时才能发生。
王小妹高分子加工原理与技术第10章高分子制品的二次加 工
加热片村 (b)抽真空成
型
王小妹高分子加工原理与技术第10章高分子制品的二次加 工
6
10.1.4 热成型工艺及控制
热成型工艺过程包括片材的准备、夹持、成型、 加热、冷却、脱模和制品的后处理
加热 片材是在高弹态的温度范围内拉伸造型 成型 通过施力，使已预热的片材进行弯曲与拉伸变形
壁厚尽可能均匀
切削
切削加工——用切削工具将坯料或工件上的多 余材料切除掉，以获得具有所需的几何形状、尺 寸和表面质量的机器零件
高分子材料成型加工 考试重点及部分习题答案
高分子材料成型加工考试重点内容及部分习题答案第二章高分子材料学1、热固性塑料：未成型前受热软化，熔融可塑制成一定形状，在热或固化剂作用下，一次硬化成型。
受热不熔融，达到一定温度分解破坏，不能反复加工。
在溶剂中不溶。
化学结构是由线型分子变为体型结构。
举例：PF、UF、MF2、热塑性塑料：受热软化、熔融、塑制成一定形状，冷却后固化成型。
再次受热，仍可软化、熔融，反复多次加工。
在溶剂中可溶。
化学结构是线型高分子。
举例：PE聚乙烯，PP聚丙烯，PVC聚氯乙烯。
3、通用塑料：是指产量大、用途广、成型性好、价格便宜的塑料。
4、工程塑料：具有较好的力学性能，拉伸强度大于50MPa，冲击强度大于6kJ/m2，长期耐热温度超过100度的、刚性好、蠕变小、自润滑、电绝缘、耐腐蚀可作为结构材料。
举例：PA聚酰胺类、ABS、PET、PC5、缓冷：Tc=Tmax，结晶度提高，球晶大。
透明度不好，强度较大。
6、骤冷（淬火）：Tc<Tg，大分子来不及重排，结晶少，易产生应力。
结晶度小，透明度好，韧性好。
定义：是指熔融状态或半熔融状态的结晶性聚合物，在该温度下保持一段时间后，快速冷却使其来不及结晶，以改善制品的冲击性能。
7、中速冷：Tc>=Tg，有利晶核生成和晶体长大，性能好。
透明度一般，结晶度一般，强度一般。
8、二次结晶：是指一次结晶后，在一些残留的非晶区和结晶不完整的部分区域内，继续结晶并逐步完善的过程。
9、后结晶：是指聚合物加工过程中一部分来不及结晶的区域，在成型后继续结晶的过程。
第三章添加剂1、添加剂的分类包括工艺性添加剂（如润滑剂）和功能性添加剂（除润滑剂之外的都是，如稳定剂、填充剂、增塑剂、交联剂）2、稳定剂：防止或延缓高分子材料的老化，使其保持原有使用性能的添加剂。
针对热、氧、光三个引起高分子材料老化的主要因素，可将稳定剂分为热稳定剂、抗氧剂（防老剂）、光稳定剂。
热稳定剂是一类能防止高分子材料在成型加工或使用过程中因受热而发生降解或交联的添加剂。
高分子材料基本加工工艺第二章 第五节
2.球晶形成速度与温度
热运动的自由能和内聚能要有适当的比值是大分 子进行结晶所必须的热力学条件。 温度必须在Tg Tm之间 Tg温度必须在Tg-T-Tm之间 最大结晶速率温度 Tmax=0.85Tm Tmax=0.63Tm+037TgTmax=0.63Tm+037Tg-18.5
3.结晶度 4.结晶速率 5.二次结晶、后结晶、退火处理
二、成型-结晶-性能之间的关系
1.结晶-性能的关系 “交联点”，限制链段的运动 力学性能 热性能
2、成型-结晶的关系 、成型 结晶的关系
（1）、冷却速率的影响 ）、冷却速率的影响 Tg～Tm之间冷却速度取决于熔体温度和冷却介 在Tg～Tm之间冷却速度取决于熔体温度和冷却介 质温度之间的温差△T=TmTc为冷却介质的温 质温度之间的温差△T=Tm-Tc Tc为冷却介质的温 度。 a）当Tc接近Tm时，△T很小属于缓慢冷却，冷却速 Tc接近Tm时 很小属于缓慢冷却， 接近Tm 度慢，形成晶核少，晶体易长大， 度慢，形成晶核少，晶体易长大，在制品中易生 成大的球晶，使制品发脆，力学性能下降， 成大的球晶，使制品发脆，力学性能下降，生产 周期长，成型过程中不采用。 周期长，成型过程中不采用。
Tc<<Tg时 <<Tg 熔体过冷程度大， b ） 当 Tc<<Tg 时 ， △ T 大 ， 熔体过冷程度大 ， 大分子 链段重排，松弛过程要滞后温度变化，来不及结晶， 链段重排，松弛过程要滞后温度变化，来不及结晶， 变为过冷液体，成为无定型态， 变为过冷液体，成为无定型态，制品具有明显的体 积松散性，密度小。 积松散性，密度小。 对厚的制品来说，表面冷却而内部却慢慢结晶，制 对厚的制品来说， 表面冷却而内部却慢慢结晶， 品内外结晶不一致，易使制品产生内应力， 品内外结晶不一致，易使制品产生内应力，脱模后 继续结晶。 尤其是PE PE（ 120℃ PP（ 18℃ 继续结晶 。 尤其是 PE （ -120℃ ） 、 PP （ -18℃ ） 、 POM（ 50℃ Tg很低 在室温下Tg以上都会后结晶， 很低， Tg以上都会后结晶 POM（-50℃）Tg很低，在室温下Tg以上都会后结晶， 使制品形状、尺寸发生变化，造成翘曲、 使制品形状、尺寸发生变化，造成翘曲、开裂等不 良现象。 良现象。 Tc在 Tg以上 附近的温度， 中等冷却速度， 以上附近的温度 C ） Tc 在 Tg 以上 附近的温度 ， 中等冷却速度 ， 聚合物 表面很快结晶，内部处于Tg以上， Tg以上 表面很快结晶，内部处于Tg以上，有利于晶核的形 晶核生长好，晶态完整，结构稳定， 成，晶核生长好，晶态完整，结构稳定，成型周期 高聚物一般采取这种冷却温度。 短，高聚物一般采取这种冷却温度。
高分子材料加工原理第2版(沈新元著)课后习题答案下载
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通过本教材的教学和学习，正确了解高分子材料制品的使用性能与高分子化合物的化学组成和结构的关系，为读者从事高分子研究、教学和开发生产新材料及新型制品打下扎实的基础。
第1章绪论1.1高分子材料的分类及性质1.2高分子材料成型加工及其重要性1.3高分子材料成型工业的回顾与展望1.3.1高分子材料工业的初创期1.3.2高分子材料工业的发展期1.3.3高分子材料全面发展时期及发展方向1.4我国高分子材料工业的发展现状第2章高分子材料成型原理2.1高分子材料的加工性能2.1.1高分子材料的熔融性能2.1.2高分子材料的流变性能2.1.3高分子材料的成型性能2.2高分子材料加工中的结构变化 2.2.1高分子材料的结晶2.2.2高分子材料的取向2.2.3高分子材料的降解2.2.4高分子材料的交联第3章成型原料、混合与塑化3.1高分子原料3.1.1橡胶3.1.2塑料3.1.3纤维3.2添加剂3.2.1稳定剂3.2.2增塑剂3.2.3填充剂3.2.4润滑剂3.2.5交联剂及偶联剂3.2.6其他助剂3.3混合与塑化设备3.3.1间歇式混合与塑化设备3.3.2连续式混合与塑化设备3.4混合与塑化3.4.1混合与塑化的方法3.4.2混合机理3.4.3混合与塑化工艺第4章高分子材料主要成型加工技术4.1挤出成型4.1.1挤出成型设备4.1.2挤出成型理论4.1.3挤出成型工艺及控制4.1.4热塑性和热固性塑料挤出成型技术特点 4.1.5典型制品的挤出成型4.2注射成型4.2.1注射成型设备4.2.2注射成型原理4.2.3注射成型工艺及控制4.2.4热塑性和热固性塑料注射成型技术特点 4.2.5典型制品的注射成型4.3压延成型4.3.1压延成型设备4.3.2压延成型原理4.3.3压延成型工艺及控制4.4中空吹塑4.4.1中空吹塑设备4.4.2挤出吹塑4.4.3注射吹塑4.4.4中空吹塑成型工艺及控制4.5泡沫塑料成型4.5.1塑料发泡方法及其特点4.5.2泡沫塑料成型过程及原理4.5.3泡沫塑料成型设备和选用4.6流延成型4.6.1流延成型用溶液的配制4.6.2流延成型设备4.6.3流延成型工艺第5章高分子材料其他成型加工技术5.1模压成型5.1.1模压成型设备5.1.2模压成型原理5.1.3模压成型工艺5.1.4热塑性和热固性塑料模压成型技术特点 5.2层压成型5.2.1浸渍5.2.2压制成型工艺5.2.3热处理和后加工5.3涂覆5.3.1塑性溶胶的配制5.3.2直接涂覆5.3.3间接涂覆5.4纺丝成型5.4.1纺丝成型设备5.4.2纺丝成型原理5.4.3纺丝成型工艺5.5橡胶的成型加工5.5.1橡胶的硫化5.5.2橡胶的模压成型5.5.3橡胶的压出成型5.5.4橡胶的注射成型第6章高分子材料二次加工技术 6.1热成型6.1.1热成型的选材原则6.1.2热成型设备和模具6.1.3热成型的基本方法6.1.4热成型工艺及控制6.2机械加工6.2.1高分子制品的机械加工性能6.2.2高分子制品的机械加工方法 6.3表面整饰6.3.1机械修饰6.3.2表面处理6.3.3表面涂饰6.4焊接和粘接6.4.1高分子制品的常用焊接方法 6.4.2高分子制品的粘接理论6.4.3胶黏剂的选用6.4.4粘接工艺第7章高分子材料加工技术新进展 7.1IMD模内装饰技术7.1.1IMD片材7.1.2油墨7.1.3塑料粒子7.1.4IMD的成型工序及设备7.2纳米复合材料成型技术7.3主要加工技术新进展7.3.1挤出成型技术7.3.2注射成型技术7.3.3压延成型技术7.3.4中空吹塑成型技术7.3.5纺丝成型技术7.3.6涂覆成型技术参考文献1.高分子材料加工原理第2版沈新元著。
高分子材料加工技术
高分子材料加工技术高分子材料加工技术是一门涉及高分子材料的物理、化学和工程技术的综合学科。
高分子材料是一种由大量重复连接而成的大分子化合物，具有独特的化学和物理特性，因此在各个领域都有广泛的应用。
高分子材料加工技术则是将这些材料加工成各种形状和结构的技术过程，包括塑料成型、橡胶加工、纤维制造等。
高分子材料加工技术的发展离不开先进的加工设备和技术手段。
在塑料成型方面，注塑成型是常用的方法之一。
它通过将高分子材料加热至熔化状态，然后通过高压注射进入模具中，经过冷却凝固成型。
注塑成型具有成本低、生产效率高、产品质量稳定等优点，广泛应用于制造日用品、汽车零部件、电子产品外壳等领域。
另一种常用的塑料成型方法是挤出成型。
挤出成型是利用高温和高压将塑料材料从模具中挤压出来，形成连续的薄膜、板材、管材等产品。
这种方法适用于大批量生产，常用于制造塑料膜、塑料板材等领域。
除了塑料成型，高分子材料的加工还包括橡胶加工和纤维制造。
橡胶加工主要是通过将橡胶材料热塑或硫化，然后进行压延、压制等工艺，制造橡胶制品。
橡胶制品广泛应用于汽车轮胎、密封件、管道等领域。
纤维制造是将高分子材料加工成纤维状态，主要有纺丝、纺纱、纺织等工艺。
纤维制品在纺织、服装、家居用品等领域有着广泛的应用。
高分子材料加工技术在现代工业中发挥着重要的作用。
它不仅满足了人们对材料性能和外观要求的不断提高，还提高了生产效率，降低了生产成本。
随着科技的不断进步和人们对材料性能要求的不断提高，新型的高分子材料加工技术也在不断涌现。
例如，纳米材料技术是近年来兴起的一种高分子材料加工技术。
纳米材料是指颗粒尺寸在1到100纳米之间的材料，在纳米尺度下具有独特的物理、化学和生物学特性。
纳米材料技术通过操纵和控制纳米级颗粒的组装和结构，实现对材料性能的精确调控和改善。
纳米材料技术在医学、能源、环境等领域有着广泛的应用前景。
除了纳米材料技术，生物降解材料也是近年来受到关注的一种高分子材料加工技术。
高分子材料基础第一二章
2.挤出过程
（P222-232）
注塑成型过程及注塑模具计算机辅助设计中的流变学问题 高分子熔体流动不稳定性及滑壁现象
1．注塑成型过程的流变分析（P255-262）
1.挤出成型过程中的熔体破裂行为
（P286-292）
4
高分子材料基础 第一、二章
第一章
1.1 1.2
材料科学概论
材料与材料科学 材料结构简述
例： 聚甲醛 ━ O ━ CH2 ━
尼龙6
━ NH ━(CH2)5 ━ CO ━
元素有机聚合物：是指大分子主链中没有碳原子，主要由硅、硼、铝、
氧、氮、硫、磷等原子组成，但侧基却由有机团如甲基、乙基、芳基等组 成。 CH3 │ 例：硅橡胶 ━ O ━ Si ━ │ CH3 22 高分子材料基础 第一、二章
缩写
聚合物
聚丙烯
缩写
ABS
PVC
PP
聚酰胺
PA
聚乙烯
PE
聚苯乙烯
PS
21
高分子材料基础 第一、二章
2.1.3
分类
2.1.3.1 按大分子链结构分类
碳链聚合物：是指大分子链完全由碳原子组成。
例：聚乙烯 ━CH2━CH2━ 聚丙烯 ━CH2━CH━ │ CH3
杂链聚合物：是指大分子链中除碳原子外，还有氧、氮、硫等杂质。
金属材料 黑色金属——主要以铁—碳为基的合金，包括碳钢、合金钢、不锈钢、 铸铁。钢的性能主要由渗碳体的数量、尺寸、形状
及分布决定的。
有色金属——除铁之外的纯金属或以其为基的合金。
如铝合 金、铜合金、镁合金、钛合金等
无机材料——是由无机化合物构成的材料，其中包括如锗、硅、碳之类的单质所构成的料。 有机材料（高分子材料）——是由脂肪族和芳香族的C—C 共价键为基本结构的高分子构成的，也
《高分子材料》课程教学大纲
《高分子材料》课程教学大纲高分子材料课程教学大纲
课程目标
本课程旨在介绍高分子材料的基本概念、性质、应用及制备方法，培养学生在高分子材料领域的基础知识和实际操作能力。
课程安排
第一部分：高分子材料概述
- 高分子材料的定义和分类
- 高分子材料在工程和科学领域的重要性
- 高分子结构与性质的关系
第二部分：高分子材料的性质和测试方法
- 高分子材料的物理性质和化学性质
- 高分子材料的力学性能测试方法
- 高分子材料的热学性能测试方法
第三部分：高分子材料的应用
- 高分子材料在塑料、橡胶、纤维等方面的应用
- 高分子材料在医疗、电子、汽车等领域的应用
- 高分子材料的环境和可持续发展问题
第四部分：高分子材料的制备方法
- 高分子聚合反应的基本原理和机制
- 高分子材料的聚合方法和工艺
- 高分子材料的加工和成型技术
教学方法
本课程将采用多种教学方法，包括讲授、案例分析、实验演示和小组讨论等。
学生将有机会参与实际的高分子材料制备和测试实验，以增强实践能力。
考核方式
本课程的考核方式将包括平时成绩、实验报告、课堂讨论和期末考试等。
具体的考核比例将在课程开始时由授课教师详细说明。
参考教材
- 《高分子材料导论》王良新编著，清华大学出版社
- 《高分子材料化学》陈信雄等著，科学出版社
以上为课程的大纲教学安排，具体内容和教学进度可能会根据实际情况进行调整，敬请理解。
高分子材料成型加工唐颂超第三版第2-0章课后习题答案(仅供参考)
高分子材料成型加工唐颂超第三版第2-0章课后习题答案(仅供参考)高分子材料成型加工Chapter2-10课后习题答案（仅供参考）Chapter2高分子材料学1.分离区别“通用塑料”和“工程塑料”、“热塑性塑料”和“热固性塑料”，并请各举2、3 例。
答：通用塑料：普通指产量大、用途广、成型性好、价廉的塑料。
通用塑料有PE、PP、PVC、PS 等工程塑料是指拉伸强度大于50MPa冲击强度大于6kJ/m2 ,长久耐热温度超过100℃，刚性好、蠕变小、自润滑、电绝缘、耐腐蚀等可代替金属用作结构件的塑料。
工程塑料有PA、PET、PBT、POM 等。
热塑性塑料：加热时变软以至流淌，冷却变硬。
这种过程是可逆的、可以反复举行。
如聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯、聚苯乙烯、聚甲醛、聚砜、聚苯醚好和氯化聚醚等都是热塑性塑料。
热固性塑料：第一次加热时可以软化流淌，加热到一定温度，产生化学反应一交链固化而变硬，这种变化是不行逆的。
此后，再次加热时，已不能再变软流淌了。
正是借助这种特性举行成型加工，利用第一次加热时的塑化流淌在压力下弥漫型腔，进而固化成为确定外形和尺寸的制品。
这种材料称为热固性塑料。
酚醛、脲醛、三聚氰胺甲醛、不饱和聚酯、有机硅等塑料都是热固性塑料。
2. 什么是聚合物的结晶和取向？它们有何不同？讨论结晶和取向对高分子材料加工有何实际意义？聚合物的结晶：高聚物发生的分子链在三维空间形成局部区域的、高度有序的罗列的过程。
聚合物的取向：高聚物的分子链沿某特定方向作优势的平行罗列的过程。
包括分子链、链段和结晶高聚物的晶片、晶带沿特定方向择优罗列。
不同之处：（1）高分子的结晶属于高分子的一个物理特性，不是全部的高聚物都会结晶，而全部的高聚物都可以在合适的条件下发生取向。
（2）结晶是某些局部区域内分子链在三维空间的规整罗列，而取向普通是在一定程度上的一维或二维有序，是在外力作用下囫囵分子链沿特定方向发生较为规整罗列。
（3）结晶是在分子链内部和分子链之间的互相作用下发生的，外部作用也可以对结晶产生一定的影响；取向普通是在外力作用和环境中发生的，没有外力的作用，取向普通不会内部产生。
高分子材料加工工艺学习题答案
第二章聚酯纤维1、切片干燥的目的是什么？为何要分段进行？← 1 除去水分湿切片含水率0.4～0.5％，干燥后0.01%（常规纺）或0.003～0.005％（高速纺）不良影响高温酯键水解→聚合度↓→纺丝难水分汽化→气泡→纺丝断头← 2 提高切片含水的均匀性→纤维质量均匀← 3 提高结晶度及软化点（无定形）→防止环结阻料结晶度↗25～30％；软化点70～80℃↗＞210 ℃切片中的水分由两部分组成（1）非结合水粘附在切片表面干燥时容易除去（2）结合水与PET分子上的羰基及少量端羟基等以氢键结合，干燥时较难除去。
√2、简述螺杆挤出机的工作原理与作用？螺杆挤出机的作用是把固体高聚物熔融后以匀质、恒定的温度和稳定的压力输出高聚物熔体。
原理：物料从加料口进到螺杆的螺槽中，由于螺杆的转动，把切片推向前进。
切片不断吸收加热装置供给的热能；另一方面因切片与切片、切片与螺杆及套筒的摩擦以及液层之间的剪切作用，而由一部分机械能转化为热能，切片在前进过程中温度升高而逐渐熔化成熔体。
熔化过程聚合物在温度、压力、粘度和形态等方面发生变化，由固态(玻璃态)转变为高弹态，随温度的进一步提高，出现塑性流动，成为粘流体(粘流态)。
粘流态的聚合物经螺杆的推进和螺杆出口的阻力作用，以一定的压力向熔体管道输送。
3、何谓环结阻料？采用哪些措施避免？若预热段温度过高，切片在到达压缩段就过早熔化，是原来固体颗粒间的空隙消失，熔化后的熔体由于在螺槽等深的的预热段无法压缩，从而失去了往前推进的能力，造成“环结阻料”。
措施：预热段套筒保持合适的温度。
√4、纺丝箱有哪些作用？进行熔体保温和温度控制，一般采用4～6位（即一根螺杆所供给的位数）合用一个矩形载热体加热箱进行集中保温。
5、复合纺丝组件与普通组件的区别有哪些？复合纺丝组件由多块分配板组合而成的复合纺丝组件，聚酯与其它种类的成纤高聚物熔体分别通过各自的熔体管道，在组件中的适当部位汇合从同一喷丝孔喷出成为一根纤维。
高分子材料加工工艺学
高分子材料加工工艺学高分子材料加工工艺学是研究各种高分子材料的加工工艺及其加工和性能关系的一门课程。
它是现代高分子材料科学与工程、机械工程的一门重要学科，与塑料机械、纤维机械和橡胶机械的研究有着密切联系。
它不仅包括了高分子材料的加工工艺原理和技术，而且关注高分子材料加工对高分子材料性能和制品质量的影响。
高分子材料加工工艺学的研究内容主要有三个方面：首先是高分子材料的加工工艺的研究，包括熔融挤出成型、压缩成型、注塑成型、薄膜成型、模压成型、吹塑成型等；其次是加工工艺及其参数设定，如温度控制、时间控制、压力控制等，以及加工工艺对高分子材料性能及工件质量的影响；最后是新型高分子材料加工工艺的研究，如新型挤出成型工艺、射出成型工艺、复合成型工艺等。
高分子材料加工工艺学研究的主要目标是探索有效的加工工艺，提高加工效率，使高分子材料及其制品更好地发挥其功能，并实现经济有效性，降低加工成本。
高分子材料加工工艺学的研究重点在于开发适合不同性能和用途的高分子材料的加工工艺，使高分子材料具备更优良的性能，以满足实际需要，并提高材料加工的性价比。
高分子材料加工工艺学的研究需要充分结合本学科的多个知识领域，主要包括高分子材料的力学性能以及加工工艺的物理原理，还需要结合机械工程、电子工程等相关学科，深入了解加工过程中产生的力学和热量变化，以及它们对高分子材料性能的影响。
另外，高分子材料加工工艺学还要考虑计算机技术的应用，如有限元分析等，以评估高分子材料加工的制品质量和性能以及工艺性能指标。
总之，高分子材料加工工艺学是个涉及多学科领域的复杂学科，它与高分子材料力学性能及工艺参数有着密切联系，研究多种加工工艺及其对高分子性能及制品质量的影响，以及计算机技术在高分子材料加工工艺学中的应用，将有助于提高高分子材料的加工效率和材料性能，并且为实现机械加工应用的质量和可操作性提供重要的技术保障。
研究生课程材料加工学-高分子部分1
OH CH2
OH
或
CH2 HO CH2 OH OH CH2 OH CH2 OH
热固性酚醛塑料 甲醛过量，以酸或碱为催化剂，或甲醛 虽不过量，但以碱为催化剂，含有可进一步反应的羟甲基 活性基团，如果合成不加以控制，会使体型缩聚反应一直 进行至形成不熔、不溶的具有三向网络结构的固化树脂。
OH
OH
CH2OH
第一章 绪论
纤维复合材料基础设施应用
课件
1.1 复 合 材 料 发 展 概 况
国内外复合材料在桥梁、房屋、道路中 的基础应用广泛，与传统材料相比有很多优 点，特别是在桥梁上和在房屋补强、隧道工 程以及大型储仓修补和加固中市场广阔。
第一章 绪论
复合材料综合处理与再生
课件
1.1 复 合 材 料 发 展 概 况
复合过程的性质 化学复合的复合材料 物理复合的复合材料 自然复合的复合材料 根据复材的功能 电功能复合材料 热功能复合材料 光功能复合材料 。。。。。。
根据基体材料 金属基复合材料 聚合物基复合材料 无机非金属基复合材料 复 合 材 料 碳纤维复合材料 树脂基复合材料用量最大， 玻璃纤维复合材料 增强纤维的类型 产量最高，约占复合材料总量的 有机纤维复合材料 90%以上 硼纤维复合材料 玻璃纤维增强塑料(玻璃钢) 混杂纤维复合材料 90%以上 占树脂基复合材料的 增强物的外形 连续纤维增强复合材料 纤维织物或片状纤维 短纤维增强 粒状填料 同质复合 异质复合
酚醛树脂、环氧树脂和不饱和聚酯树脂
C O O
分子中含有两个 或两个以上环氧 基团的有机高分 子化合物
酚醛树脂：
酚类化合物与醛类化合物缩聚而得的树脂， 一般常指由苯酚和甲醛经缩聚反应而得的合成树脂， 它是最早合成的一类热固性树脂。
高分子材料加工计算机模拟第二章 材料科学研究中的数学模型
实例： 实例：激光冲击残余应力的估算
目前，人们对残余应力的测试一般采用的是一种破坏 性的测试方法，而这种方法极大的防碍了激光冲击强化技术 在工程中的应用，造成大量人力物力的浪费，增加了生产的 成本，限制了人们对被加工性能的有效控制。 Shock wave 激光冲击的基本力学模型：
弹性形变 塑性形变
σx σy
x
X0
σy
σx
2.根据Mises屈服准则有： 2.根据Mises屈服准则有：
|σx-σyBiblioteka ≤σb在弹性范围内，应力与应变的关系为：
σx=λθ+2µεx σy=λθ+2µεy σz=λθ+2µεz
式中：θ＝
（１）
质约束， εx＝（V0-V)/V, εy =εz=0,V是体积，
εx＋ εy＋εz，因为是单轴变形，侧面受到介
第二节 建立数学模型的一般步骤和原则 数学模型的建立，简称数学建模。数学 建模是构造刻画客观事物原型的数学模型并 建模是构造刻画客观事物原型的数学模型并 用以分析、研究和解决实际问题的一种科学 用以分析、研究和解决实际问题的一种科学 方法。
运用这种科学方法，必须从实际问题出发，紧紧围绕 建模的目的，抽象，简化，逐步完善，直到构造出一个能够 用于分析、研究和解决实际问题的数学模型。是一种定量解 决实际问题的科学方法，还是一种从无到有的创新活动过 程。
γ＝λ／2(λ+u)，λ和u是材料的拉梅常数，γ是泊松比。
在塑性变形状态，应变增量是弹性和塑性增量之和。 在塑性变形状态，应变增量是弹性和塑性增量之和。 因而在X 因而在X方向有：
dεx=dεxe+dεxp
因为不存在塑性膨胀，所以有
dεxp＋ dεyp +dεzp =0
研究生教学大纲(先进高分子材料)
2．掌握环氧树脂的主要应用领域及其特点。
1.掌握对位芳香族聚酰胺的制备、纺丝及其应用领域。
2.掌握高强高模芳香族聚酰胺纤维的纺丝原理。
学习本课程之前必须先修的主要课程
高分子化学、高分子物理、高分子材料、高分子材料加工工艺
主要教学
方式
课堂讲授、课堂讨论
任课教师姓名
职称
备注
学
位
点
意
见
学位点负责人（签名）：
学院学位评定委员会审核意见
分委会主席（签名）：
说明：研究生必修课程均需经过考试，成绩按百分制计分。
沈新元
石安福，龚云表主编，
丁孟贤主编，
李成功主编，
陈平主编，
教学内容、时数的分配及各阶段的要求
教学内容
时数分配
各阶段的要求
第一章聚酰亚胺
1.1均苯型聚酰亚胺
1.2可熔性聚酰亚胺
1.3交联聚酰亚胺
1.4改性聚酰亚胺
1.5聚酰亚胺的分析方法
1.6聚酰亚胺研究进展
第二章聚苯硫醚
2.1概述
2.2聚苯硫醚及其增强改性
教学内容、时数的分配及各阶段的要求
教学内容
时数分配
各阶段的要求
第四章液晶聚合物
4.1概述
4.2溶致液晶聚合物Kevlar
4.3热致液晶聚合物xydar
4.4热致液晶聚合物Vectra
第五章环氧树脂
5.1环氧树脂概论
5.2环氧树脂的制造和基本性能
5.3环氧树脂的分析
5.4环氧树脂的应用
第六章芳香族纤维
2.3其它改性聚苯硫醚
第三章聚芳醚酮
3.1概述
3.2聚醚醚酮
高分子材料加工工艺学
高分子材料加工工艺学
高分子材料加工工艺学是研究原材料加工和性能改善的一种材料加工技术。
它主要涉及的内容：第一是研究复合材料的成型工艺，如热压、挤压、拉伸、挤出等方法用于生产复合材料和复合部件；第二是制备高分子复合材料，如高分子溶液、聚合物增强等方法；第三是研究高分子添加剂，根据高分子材料的应用特点裁定相应的添加剂；第四是研究高分子材料塑料加工和制造技术，探讨不同的工艺、装备和工艺条件之间的关联；最后是研究热塑性高分子模压成型工艺中的因素变化，如模具的准备、模具的设计、模流特征和模具温度等。
上述是高分子材料加工工艺学的主要内容。
从加工工艺方面来看，研究包括热塑性高分子成型和复合材料的成型工艺，其中复合成型包括热压、挤压、拉伸、挤出等技术；从材料配比方面来看，研究包括添加剂的种类、量和混合比例；从设备配置方面来看，研究包括机械设备、电气设备、热力学设备及气体控制系统等设备的搭配。
另外，高分子材料加工工艺学还运用了计算机技术对材料成型过程中的原料，工艺参数和工件状态进行模拟和优化，进而提高材料制备过程中的控制手段及生产效率。
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2. 玻璃纤维的化学性能
(1) 化学成分对玻璃纤维化学稳定性的影响： 玻璃纤维除氢氟酸(HF)、浓碱(NaOH)、浓磷酸外，对 所有化学药品和有机溶剂有很好的化学稳定性。
无碱与中碱玻璃纤维性能对比
种类 无碱 中碱
耐酸 耐水 性 性 一般 好 好 差
机械 强度 高 较低
防老 化性 较好 较差
电绝 缘性 好 低
影响玻璃纤维强度的因素： ① 纤维直径和长度对拉伸强度的影响 直径越细，拉伸强度越高 随着纤维长度的增加，拉伸强度显著下降 4 玻璃纤维长度(mm) 3000~ 拉伸强度 (MPa) 3800 5
性能 直径(μm)
5 7 9 11 纤维直径(μm) 平均拉伸强度(MPa) 2400~ 1750~ 1250~ 1050~ 2900 2150 1700 13 1500 1250
网络结构假说
玻璃纤维结构示意图
3.1.3 玻璃纤维的化学组成
玻璃纤维的化学组成主要是二氧化硅(SiO2)、三氧化 二硼(B2O3)、氧化钙(CaO)、三氧化二铝(Al2O3)等
以二氧化硅为主的称为硅酸盐玻璃； 以三氧化二硼为主的称为硼酸盐玻璃。 氧化钠、氧化钾等碱性氧化物为助熔氧化物，它可以降低 玻璃的熔化温度和粘度，使玻璃溶液中的气泡容易排除，它主 要通过破坏玻璃骨架，使结构疏松，从而达到助溶的目的。 氧化钠和氧化钾的含量越高，玻璃纤维的强度、电绝缘性 和化学稳定性会相应的降低
第三章 复合材料的增强材料
增强材料：在复合材料中，能提高基体材料机械强度、 弹性模量等力学性能的材料。 增强材料不仅能提高复合材料的强度和弹性模量，而且 玻璃纤维、碳纤维 能降低收缩率，提高热变形温度，并在热、电、磁等方面赋 与石墨纤维、硼纤 予复合材料新的性能 维、芳纶纤维等 增强材料种类 物理形态：纤维状、片状、颗粒状增强材料等 纤维状材料的拉伸强度和拉伸模量比同一块状材料 大几个数量级
玻璃是很好的耐腐蚀材料，但制成玻纤后其表面 积大大增加，一般增加500~1000倍，因此被侵蚀介质 作用的面积增加了500 ~ 1000倍，因此玻纤的耐腐蚀 性不算太好。而且纤维越细，比表面积越大，耐腐蚀 性越差。
(3) 温度对化学稳定性的影响 实验表明：温度愈高，介质对玻纤破坏的速度愈快。 在10～100℃之间，每提高10℃，腐蚀性提高50%；
无碱 有碱
5.01 4.70
2000 1600
无碱玻璃纤维成型温度高、硬化速度快、结构键能大 氧化钠、氧化钾等碱性氧化物为助熔氧化物，它主要通过破 坏玻璃骨架，使结构疏松，从而达到助溶的目的。 氧化钠和氧化钾的含量越高，玻璃纤维的强度会相应的降低
③ 存放时间对强度的影响 玻璃纤维存放一段时间后其强度会降低—纤维的老化。 原因：空气中的水分和氧气对纤维侵蚀 ④ 施加负荷时间对强度的影响 玻璃纤维强度随着施加负荷时间的增长而降低 环境湿度较高时，尤其明显 原因：吸附在微裂纹中的水分，在外力作用下，使微裂纹扩 展速度加速。
事实证明，玻璃纤维及织物经过适当的表面处理后，不 仅改进了玻璃纤维的耐磨、防水、电磁绝缘等性能，且对玻 璃钢的强度，特别是湿态下的强度提高有显著的效果。
处理剂对聚酯玻璃钢自然曝晒 后强度的影响 1—沃兰处理；2-A-151处理； 3—A-172处理；4—未处理
处理剂对聚酯玻璃钢人工气候 老化强度的影响 1—沃兰处理；2—A-151处理； 3—A-172处理；4—未处理
3.1 玻璃纤维
3.1.1 玻璃纤维的分类 玻璃纤维的分类方法很多，一般可从玻璃原料成分、 单丝直径、纤维外观及纤维特性等方面进行分类。
(1) 以玻璃原料成分分类 这种分类方法主要用于连续玻璃纤维的分类。 一般以不同的含碱量来区分： 无碱玻璃纤维(通称E玻璃)： 国内目前规定碱金属氧化物含量不大于0.5％，国外 一般为1％左右； 中碱玻璃纤维：碱金属氧化物含量为11.5％－12.5％；
2. 浸润剂的种类
(1) 纺织型浸润剂
主要是满足纺织工序的要求。
使用该类浸润剂的玻璃纤维和织物作为玻璃钢的增强材科 淀粉为主要的成膜剂 时，事先必须对纤维和织物进行表面处理。因为浸润剂中含石 优点：费用低、成膜 主要成分：石蜡、凡 蜡和油剂，影响与树脂的粘结。 好、易除掉 士林、硬脂酸、变压 器油等 淀粉浸润剂 优点：润滑性、集束 性好 纺织型浸润剂 石蜡乳剂
特种玻璃纤维：如由纯镁铝硅三元组成的高强玻璃纤维； 镁铝硅系高强、高弹玻璃纤维；硅铝钙镁系耐化学介质腐 蚀玻璃纤维；含铅纤维；高硅氧纤维；石英纤维等。
(2) 以单丝直径分类
玻璃纤维单丝呈圆柱形，以其直径的不同可以分成几种： 粗纤维： 30μm；初级纤维：20μm 中级纤维：10μm～20μm； 高级纤维：3μm～10μm(亦称纺织纤维)； 超细纤维：单丝直径小于4μm。
玻璃粉
无捻粗纱
短切纤维
3.1.2 玻璃纤维的结构
微晶结构假说 玻璃是由硅酸块或二氧化硅的“微晶子” 组成，在“微晶子”之间由硅酸块过冷 溶液所填充。 玻璃是由二氧化硅的四面体、铝氧三面体或 硼氧三面体相互连成不规则三维网络，网络 间的空隙由 Na 、 K 、 Ca 、 Mg 等阳离子所填 充。二氧化硅四面体的三维网状结构是决定 玻璃性能的基础，填充的Na、Ca等阳离子称 为网络改性物。
成本 浸润剂 适用条 件 较高 树脂易 强度高 渗透 的场合 低 树脂渗 强度低 透性差 的场合
酸与玻璃纤维表面的金属氧化物作用， 金属氧化物(Na2O、K2O)离析、溶解；酸与 玻璃纤维中硅酸盐作用生成硅酸，硅酸迅速 聚合并凝成胶体，在玻璃表面形成一层极薄 的氧化硅保护膜，实践证明Na2O、K2O有 利于这层保护膜的形成。
无论是自然老化还是人工加速老化试验，玻璃纤维未 经处理剂处理而制作的玻璃钢，因老化强度下降严重；经 处理的强度下降缓慢，且有更高的强度保留值。
处理剂对聚酯玻璃钢海水浸泡 后强度的影响 1—沃兰处理；2-A-151处理； 3—A-172处理；4—未处理
处理剂对玻璃钢海水浸泡后强度也有明显的影响。玻璃 钢经处理的比末处理的原始强度只提高0.5倍左右，而经海水 浸泡1年后强度保留率却高1倍以上。其中以沃兰处理的效果 更好，在经1-3年的浸泡后，竞比未处理的高近2倍或更多。
加入氧化钙、三氧化二铝能在一定条件下构成玻璃网 络的一部分，改善玻璃的某些性质和工艺性。 玻璃纤维化学成分的制定一方面要满足玻璃纤维物理 和化学性能的要求，具有良好的化学稳定性；另一方面要 满足制造工艺的要求，如合适的成型温度、硬化速度及粘 度范围。
3.1.4 玻璃纤维的性能
1. 力学性能 (1) 拉伸强度 玻璃纤维的拉伸强度比同成分的块状玻璃高几十倍 例：块状有碱玻璃纤维的拉伸强度：40MPa~100MPa 玻璃纤维强度：2000MPa
CH2
CHSi(OC2H5)3
CH2=CH HO Si OH OH Si OH O Si OH O Si OH
CH=CH CH=CH CH=CH
Si O Si
O Si O O Si
O Si O O Si
注：上式左侧是乙烯基硅烷偶联剂水解形成的乙烯基 硅醇；红线为玻璃表面。
4. 玻璃纤维表面处理方法 后处理法、前处理法和迁移法。 (1) 后处理法 凡是使用纺织型浸润剂，制得的玻璃纤维及织物，在用 于制作玻璃钢之前原则上都采用此法进行表面处理。 分两步进行：首先除去玻璃纤维表面的纺织型浸润剂， 然后经处理剂溶液浸渍、水洗、烘干等工艺，使玻璃纤维表 面被覆上一层处理剂。 特点：处理的各道工序都需要专门的设备，初投资较大， 玻璃纤维强度损失大．但处理效果好，比较稳定．是目前国 内外最常使用的处理方法。
在100℃以上时，随温度提高，腐蚀速度更快。
3.1.5 玻璃纤维的表面处理
单丝处理(浸润剂)及纤维织物的表面处理(中间粘合剂)。 一、浸润剂
在拉丝工艺中，当玻璃液从漏板拉出单丝以后，要经过 浸润槽．把浸润剂涂敷在玻璃纤维表面上。
1. 浸润剂的作用
较脆而且不耐磨，纤维之间的摩擦系数大。在拉丝和纺 织过程中，纤维就难免出现断裂现象，而且刚拉出的纤 维容易受到空气中水蒸汽的侵蚀，使其强度下降。 浸润剂的作用 使多根单丝集中成股， 增加原纱的耐磨性和提高拉 伸强度；保护纤维免受大气 和水分的侵蚀作用。
几种纤维材料和金属材料的强度
羊毛 亚麻 棉花 生丝 尼龙 纤维 直径 (μm) 拉伸 强度
(MPa)
高强合 铝合 玻璃 玻璃 金钢 金 纤维
~15
100~ 300
16~ 50 350
10~ 20 300~ 70018块状300~ 600
块状
块状 块状
40~ 460
5~8
440
1600
20~ 1000~ 120 3000
微裂纹假说： (1) 在玻璃或玻璃纤维中存在着数量不等、尺寸不同的微 裂纹，大大降低了强度。微裂纹分布在玻璃或玻璃纤维的整 个体积内，但以表面的微裂纹危害最大。由于微裂纹的存在， 使玻璃在外力作用下受力不均，微裂纹处产生应力集中，从 而使强度下降。 玻璃纤维高温成型时减少了玻璃溶液的不均一性，使微 裂纹产生的机会减少；玻璃纤维的断面较小，使微裂纹存在 的几率也减少，从而使玻璃纤维强度增高。 (2)在玻璃纤维成型过程中，由于拉丝机的牵引作用，使 玻璃纤维分子产生定向排列，从而提高了玻璃纤维强度。
20
90 1560
12.5
12.7 13
1210
360 720
可以用微裂纹理论解释以上现象。因为纤维越细，微 裂纹越少；纤维越长，产生微裂纹的概率越大。
② 化学组成对拉伸强度的影响 含碱量越高，强度越低。 无碱玻璃纤维比有碱玻璃纤维的拉伸强度高20%。
玻璃纤维 纤维直径(μm) 拉伸强度(MPa)
(2) 增强型浸润剂
由中间粘合剂、润滑剂、乳化剂 等组分，配成拉丝用的浸润剂，在拉 丝过程中直接被覆于玻璃纤维表面。
增强型浸润剂在一定程度上能满足拉丝工艺 要求，而且对纤维与树脂粘结影响不大。因此， 在玻璃钢成型时不必除去，可直接使用。