先进高分子加工技术

加料塑化 加料 塑化
注射充模
保压 凝封 退柱塞或螺杆 冷却固化 脱模 后处理
注射制品
注射成型的制品形状和生产方式与压制成型相同，但是注射成型的精度 更高，效率更快，可以加工大部分热塑性塑料。
二、传统高分子加工技术
4、压延成型
压延机的基本结构 制品形状为板状或膜状，能够连续性生产，可以加工大部分热塑性塑料 和橡胶。
电磁式聚合物动态塑化注射成型的要点是在电磁式直线脉冲驱动的注 射装置中，由电磁场产生的机械振动力场被引人物料的塑化、注射、 保压全过程，实现了动态塑化注射成型全过程均处于周期性振动状态 ．这种过程完全不同传统螺杆式塑化注射过程。
该成型方式可以降低成型温度及压力，提高生产效率，降低能耗。
三、先进高分子加工技术
柱塞得移动产生正向位移和非常高的压力，挤出时口模内的聚合物发 生很大的变形，使得分子严重取向，其效果远大于熔融加工，从而使 得制品的力学性能大大提高。
三、先进高分子加工技术
2、先进注射成型技术 a、辅助注塑技术 1）气体辅助注射成型
三、先进高分子加工技术
气体辅助注塑GAIM技术比普通注塑多一个气体注入阶段，由气体推 动塑料熔体充满模具型腔。GAIM具有节省原料、减少合模力、缩短 冷却时间、防止制品缩痕、减少内应力、减少或消除制品翘曲、提高 制品表面性能、提高生产效率、降低生产成本等优点。
先进高分子加工技术
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主要内容
高分子材料简介 传统高分子加工技术 先进高分子加工技术 高分子加工技术的发展趋势
一、高分子材料简介
高分子材料是材料领域中的新秀，它的出现带来了材料领域中的重大变 革。高分子材料与其他的各种材料（如木材、陶瓷、金属、水泥、棉、 毛、丝、皮革、纸张等）并驾齐驱，在各种工业部门得到了广泛的应用 ，这主要是高分子材料本身具有许多的优良特性（如塑料质地轻盈、加 工成型方便，工程塑料有较高强度，可以代替金属）。
g、压缩流体反溶剂沉淀法 以过饱和 CO2液体上面的过饱和蒸气为反溶剂，将聚合物溶液通过毛
细管喷射进入液态 CO2之中，当溶剂与过饱和 CO2接触时，由于溶剂 对过饱和CO2的吸收而使其体积稀释膨胀，从而改变溶剂与溶质间的 作用力、降低溶剂的溶解能力，使溶质过饱和而沉淀析出微孔颗粒。 最后经过滤或由过饱和CO2携带出溶剂。
高剪切混合也能达到同样的目的。 混合器与机筒内壁的间隙非常小，当聚合物和单体通过混合器时，形
成薄层液膜，在这层薄膜中，聚合物与单体迅速混合而且充分反应。
三、先进高分子加工技术
e、固态挤出技术
固态挤出有直接固态挤出和静液压挤出两种方法，是指使聚合物在低 于熔点的条件下被挤出口模。
固态挤出一般使用单柱塞挤出机，柱塞式挤出机为间歇性操作。
通常，从聚合物原料到聚合物制品需要经历单元操作(elementary process) 与成型(mold)两个阶段。
聚合物
固体粒子输送 熔融或软化
熔体流动 混合
熔体化学反应 脱挥与解吸
挤出口模成型 模塑成型 二次成型 压延成型 涂覆成型
制品
二、传统高分子加工技术
1、挤出成型
单螺杆挤出机
二、传统高分子加工技术
第四阶段为制件脱模，随着冷却周期的完成，排出气体，塑件由模腔 取出。
三、先进高分子加工技术
2）水辅助注塑成型技术
水辅助注塑WAIT成型中空制品的原理与GAIM的基本相似，其过程由 5个步骤组成：
注射塑料熔体 注入水 保持水压 释放压力
开模
推动塑料熔体型芯 WAIT有短射、回流注射、溢流注射和流动注射4种成型方式。
三、先进高分子加工技术
d、反应挤出工艺
反应挤出工艺是连续地将单体聚合并对现有聚合物进行改性的一种方 法，因可以使聚合物性能多样化、功能化且生产连续、工艺操作简单 和经济适用而普遍受到重视。
该工艺的最大特点是将聚合物的改性、合成与聚合物加工这些传统工 艺中分开的操作联合起来。
反应挤出成型技术是可以实现高附加值、低成本的新技术，有明显的 优点：节约加工中的能耗；避免了重复加热；降低了原料成本；在反 应挤出阶段，可在生产线上及时调整单体、原料的物性，以保证最终 制品的质量。
三、先进高分子加工技术
3）超饱和气体法
超饱和气体法是目前最常用的方法，按照生产方式可分成间歇法和连 续法。连续挤出法是目前微孔塑料制备方法中的主要研究方向。
其基本原理为：使聚合物在高压（6～30 MPa）下被惰性气体（CO2 或 N2）所饱和，形成聚合物/气体均相体系，然后升高温度或降低压 力，再通过控制压力或温度，降低气体在聚合物中的溶解度，产生超 饱和状态，使气体在聚合物中的溶解度降低，利用含有超饱和气体的 聚合物的热力学不稳定性促使气泡成核并长大，最后通过降温定型得 到微孔塑料。
压塑料 计量 预压或预热
加料 闭模 排气
保压固化 脱模 制品后处理 热固性塑料制品
制品形状通常为口大肚小的制品，能够周期性生产，可以加工大部分热固 性弹性体塑料和橡胶。
二、传统高分子加工技术
3、注射成型
注射机
二、传统高分子加工技术
注射成型工艺流程： 粒状热塑性塑料 干燥和预热
注射机料筒清洗 预热的嵌件
c、微孔泡沫塑料注射成型 1）热诱导相分离法
热诱导相分离法出现得较早，它首先将聚合物溶于溶剂中，然后升高 温度使溶液形成均相体系，再迅速降温，使体系发生相分离，从而得 到带有微孔结构的聚合物，最后通过升华、干燥或超临界萃取的方法 将溶剂与聚合物分开。
2）单体聚合反应法
单体聚合反应法是通过利用微乳液稳定有序的微观结构，将聚合单体 分散在微乳液中进行聚合，从而得到微孔泡沫固体材料。这种方法制 取的微孔结构比较均匀。
黏合剂-----以合成天然高分子化合物为主体制成的黏合材料。分为天 然和合成黏合剂两种。应用较多的是合成黏合剂。
涂料-----以聚合物为主要成膜物质，添加溶剂和各种添加剂制得。根 据成膜物质不同，分为油脂涂料、天然树脂涂料和合成树脂涂料。
二、传统高分子加工技术
高分子材料只有通过成型才能获得所需的形状、结构与性能，成为有实用 价值的制品。常用的成型方法有：挤出、注塑、吹塑、模压、压延等。
一、高分子材料简介
塑料(plastic)
橡胶(rubber)
按使用 形态划分
黏合剂(adhesive)
纤维(fiber)
涂料 (coating)
一、高分子材料简介
橡胶-----一类线型柔性高分子聚合物。其分子链间次价力小，分子链 柔性好，在外力作用下可产生较大形变，除去外力后能迅速恢复原状 。有天然橡胶和合成橡胶两种。
e、复合熔芯注射成型技术 实现复合熔芯注射成型工艺的过程大致分三个阶段：(1)复合熔芯的制
备；(2)熔芯注射成型；(3)熔芯加热分离。
Hale Waihona Puke 三、先进高分子加工技术f、多组分注射成型 由 Rifton N Y最新开发的双注射技术是利用一个螺杆置于另一个螺杆
之中的设计注射两种不同的聚合物制造具有多层结构的物品，这两个 套在一起的螺杆在顶端汇合，顶端有一个内切断阀。 这种简单的设计比多模头共注塑机成本低。该设备可生产软硬结构的 物品或胶囊。
目前，WAIT可以应用于中空弯曲件、杆件、截面厚薄不同的复杂件 、较大薄壁件的成型。
三、先进高分子加工技术
b、电磁式聚合物动态塑化注射成型
电磁式聚合物动态注射成型装置结构原理示意图 1-电磁式直线脉动驱动装置；2-螺杆；3-料筒；4-料斗；
5-加热器；6-电磁驱动绕组；7-熔体；8-模具
三、先进高分子加工技术
那么什么是高分子材料呢？高分子材料（macromolecular material），以 高分子化合物为基础的材料。高分子材料是由相对分子质量较高的化合 物构成的材料，通常分子量大于10000，包括橡胶、塑料、纤维、涂料、 胶粘剂和高分子基复合材料，高分子是生命存在的形式。所有的生命体 都可以看作是高分子的集合体。
其基本过程是：预成型的管坯在组合外力的作用下沿径向外扩张，通 过塑性变形形成与模具型腔相一致的制品。
挤胀成型的基本工艺过程为：将管坯放入模具并在管坯内填入胀形介 质；对管坯及其内部的胀形介质施加挤压力，使管坯材料在一定的应 力状态下变形并流向其径向的模腔自由空间；管坯在胀形介质产生的 内压作用下不断变形，得到与模腔形状相同的制件；外力撤消后，胀 形介质恢复原状或散开，从制品内部取出。
三、先进高分子加工技术
其中的一种类型就是接枝反应挤出成型。我们需要选择和控制剪切、压 力及温度等重要的工艺参数以满足以下两项基本要求: 1、聚合物与单体反应迅速而且完全； 2、移去反应气体和水分。
加料孔
排气孔
第二减压区 第二减压区和排气孔满足了第二项基本要求。
三、先进高分子加工技术
混合器 螺杆反应段是依靠减压反应来满足第一项基本要求的，借助于高压、
挤出工艺流程：
粒状或粉状 热塑性塑料
预热和干燥
挤出机加热
开动螺杆
加料
调整
挤出成型 定型
挤出制品
后处理
卷曲(切割)
牵引
冷却
制品形状通常为型材，能够连续性生产，可以加工大部分热塑性弹性体塑 料和橡胶。
二、传统高分子加工技术
2、压制成型
压制模具
上压式液压机
二、传统高分子加工技术
压制工艺流程：
模具清理和嵌件安放
纤维-----分为天然纤维和化学纤维。前者指蚕丝、棉、麻、毛等。后 者是以天然高分子或合成高分子为原料，经过纺丝和后处理制得。纤 维的次价力大、形变能力小、模量高，一般为结晶聚合物。
塑料-----以合成树脂或化学改性的天然高分子为主要成分，再加入填 料、增塑剂和其他添加剂制得。其分子间次价力、模量和形变量等介 于橡胶和纤维之间。通常按合成树脂的特性分为热固性塑料和热塑性 塑料；按用途又分为通用塑料和工程塑料。
三、先进高分子加工技术
3、先进吹塑成型技术 a、高温吹塑成型技术
在过去的10年间主要吹塑成型加工处于低温的挤出吹塑成型，近年来 ，吹塑制品采用了高耐热热塑性塑料，如PPS、PEEK等，吹塑成型加 工温度在 250～350 ℃。
为此，吹塑成型机和模具的冷却装置能够适应高温和低温冷却频繁交 替，热胀冷缩成为高温吹塑成型的技术关键，一种采用高温进气吹塑 成型方法。
特别适合于生产复合薄膜、板材、管材等复合制品，是目前多层复合 制品最有发展前景的复合成型技术之一，可供共挤出的物料不仅有聚 合物，还可以是金属、无机材料等。
三、先进高分子加工技术
b、挤出注射组合技术
三、先进高分子加工技术
挤出和注射成型组合的直接成型技术可将聚合物粉料与磁粉、无机颜 料、玻璃纤维等通过双螺杆挤出机混合后直接注塑成型。
其突出优点是可以更加灵活地调节复合物的配方。省去了造粒、包装 、干燥等工序，大幅度地降低了设备费用和减少了生产时间、从而降 低了成品的成本。
三、先进高分子加工技术
c、挤胀成型技术
三、先进高分子加工技术
挤胀成型技术是一种塑性成型方法，主要适用于加工细口制件或一些 较复杂的中空制品，这些制品通常是采用旋转模塑、注塑或吹塑方法 成型的。
二、传统高分子加工技术
其他成型方法：
高分子其他成型方法
挤出吹塑
真空成型
搪塑成型
合成纤维 纺丝成型
三、先进高分子加工技术
1、先进挤出成型技术 a、共挤出技术
PVC共挤出发泡板生产过程
三、先进高分子加工技术
共挤出技术可以在一个工序内完成多层复合制品的挤出成型，绝大多 数共挤出复合制品不需要基材和粘合剂，具有生产成本低、工艺简单 、能耗低、生产效率高、制品种类多等特点。
气体辅助注射成型的工作过程可分为四个阶段：
第一阶段为熔体注射，即将熔融的塑料熔体注射到模具型腔中，分为 “欠料注射”和“全料注射”。
三、先进高分子加工技术
第二阶段为气体注射，可于注射期的前、中、后期注入气体，气体的 压力必须大于塑料熔体的压力以达到使塑件成中空状态。
第三阶段为气体保压，当塑件内部被气体充填后，制件在保持气压的 情况下冷却，气体由内向外施压使制品外表面紧贴模壁，通过气体二 次穿透从内部补充因冷却带来的体积收缩。
三、先进高分子加工技术
d、注射结构发泡成型技术 注射结构发泡成型技术既保留了注射成型工艺中的许多优点，又避免
了传统注射成型工艺中的一些问题。如制品强度不够、生产周期过长 、模塑率低等，还能减轻制品质量，保证差异较大制品的成型质量等 。另外，结构发泡技术还可模塑大型复杂制品、使用低成本模具、多 模可同时操作，从而降低制品生产成本。