高分子材料基本加工工艺课件第二章
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高分子材料 黄丽 第二版 第2章 通用塑料
聚1-丁烯与其他聚烯烃相比，具有以下特点：①具有刚性； ②较高的拉伸强度；③好的耐热性；④良好的抗化学腐蚀性及抗 应力开裂性；⑤优良的抗蠕变性，反复绕缠而不断，即使在提高 温度时，也具有特别好的抗蠕变性；⑥具有与超高相对分子质量
聚乙烯相媲美的非常好的耐磨性；⑦可容纳大量的填料。因此可
用于生产管道、薄膜、板材和各种容器等，特别是它可在90～ 100℃的温度下长期使用。
高分子材料
2.6 丙烯酸类树脂
1
聚甲基丙烯酸甲酯
2
聚甲基丙烯酸甲酯的改性品种
高分子材料
2.6.1 聚甲基丙烯酸甲酯
聚甲基丙烯酸甲酯俗称有机玻璃，缩写为PMMA。聚甲基 丙烯酸甲酯的聚合方法主要是悬浮聚合，其次是本体聚合、 溶液聚合及乳液聚合。 聚甲基丙烯酸甲酯具有高度的透光性、透光率是所有塑 料材料中最高的，并且有良好的耐候性，因此在航空工业中 得到了应用。此外!还可用作光导纤维以及各种医用、军用
高分子材料
2.5 聚氯乙烯对环境的影响
1
2
聚苯乙烯 聚苯乙烯泡沫塑料 高抗冲聚苯乙烯 ABS树脂
3
4 5
其他苯乙烯系树脂
聚苯乙烯对环境的影响
6
高分子材料
2.5.1 聚苯乙烯
2.5.1.1 聚苯乙烯的结构
聚苯乙烯是由苯乙烯单体通过自由基聚合而成的，简称PS。
2.5.1.2 聚苯乙烯的性能
高分子材料
高分子材料
2.1.5 其他种类的聚乙烯
2.1.5.7 乙烯共聚物 （1）乙烯-丙烯酸乙酯共聚物 （2）乙烯-乙酸乙烯酯共聚物
（3）乙烯-丙烯酸甲酯共聚物
（4）乙烯-丙烯酸类共聚物 （5）乙烯-乙烯醇共聚物 （6）离子聚合物
高分子材料
高分子加工第二章：添加剂
（1）内因：聚合物本身
橡胶 多对于含双键的不饱和橡胶 当主链中含有－C－C＝C－结构 时，在双键的β 位的单键具有相对 不稳定性，易受O2的作用而降解
主要是分子结构。
塑料 多对于以共价键结构的塑料 共价键断裂的过程是吸收能量的过 程，当加工时提供的能量等于或大于 键能时易断裂，而键能大小与聚合物 分子结构有关。
一般主链上键能的大小： 伯碳原子的＞仲碳原子的＞叔碳原子的＞季碳原子的 因此大分子链中与叔、季碳原子相邻的键都不是稳定的。 如PP含有叔碳原子，比PE稳定性差，易与O2反应降解。 （2）外因： O2
氧化反应是自由基按自动催化链反应进行的
自由基反应的一般式：
链引发 链增长
RH→R． + H． R． + O →ROO．
． A 的浓度不能太大，否则反应向相反方向进行：
RO ． ＋ A H ROH + A．
以上是选择AH的指导思想。
（2）预防型抗氧剂 ①氢过氧化物的分解剂（辅助抗氧剂） 使聚合物氧化降解产生的氢过氧化物分解成非游离
基型的稳定化合物。
ROOH + PO（分解剂） 非自由基化合物（稳定）
主要有亚磷酸酯类和各类型的含硫化合物。 ②金属离子钝化剂 酰胺类及酰肼类
Me(SR)2＋
C
Cl
其它金属化合物、胺类、亚磷酸酯类也有此作用，金 属皂类（硬脂酸盐类）用的最多
（2）对双键结构起加成作用
PVC降解后，往往会出现共轭形式排列的多烯结构， 进而在外界条件的影响下，通常会成为降解中心。 因为双键能够移动聚合物吸收光线的波长范围，从 而使聚合物显出各种颜色。所以降解愈烈，双键（尤其 共轭双键）越多，聚合物颜色越深。因而，可通过颜色 判定PVC的降解情况。 解决方法：加入一种稳定基团（如硫醇类、螯合剂）， 与PVC链上的不饱和双键起加成反应。
橡胶 多对于含双键的不饱和橡胶 当主链中含有－C－C＝C－结构 时，在双键的β 位的单键具有相对 不稳定性，易受O2的作用而降解
主要是分子结构。
塑料 多对于以共价键结构的塑料 共价键断裂的过程是吸收能量的过 程，当加工时提供的能量等于或大于 键能时易断裂，而键能大小与聚合物 分子结构有关。
一般主链上键能的大小： 伯碳原子的＞仲碳原子的＞叔碳原子的＞季碳原子的 因此大分子链中与叔、季碳原子相邻的键都不是稳定的。 如PP含有叔碳原子，比PE稳定性差，易与O2反应降解。 （2）外因： O2
氧化反应是自由基按自动催化链反应进行的
自由基反应的一般式：
链引发 链增长
RH→R． + H． R． + O →ROO．
． A 的浓度不能太大，否则反应向相反方向进行：
RO ． ＋ A H ROH + A．
以上是选择AH的指导思想。
（2）预防型抗氧剂 ①氢过氧化物的分解剂（辅助抗氧剂） 使聚合物氧化降解产生的氢过氧化物分解成非游离
基型的稳定化合物。
ROOH + PO（分解剂） 非自由基化合物（稳定）
主要有亚磷酸酯类和各类型的含硫化合物。 ②金属离子钝化剂 酰胺类及酰肼类
Me(SR)2＋
C
Cl
其它金属化合物、胺类、亚磷酸酯类也有此作用，金 属皂类（硬脂酸盐类）用的最多
（2）对双键结构起加成作用
PVC降解后，往往会出现共轭形式排列的多烯结构， 进而在外界条件的影响下，通常会成为降解中心。 因为双键能够移动聚合物吸收光线的波长范围，从 而使聚合物显出各种颜色。所以降解愈烈，双键（尤其 共轭双键）越多，聚合物颜色越深。因而，可通过颜色 判定PVC的降解情况。 解决方法：加入一种稳定基团（如硫醇类、螯合剂）， 与PVC链上的不饱和双键起加成反应。
高分子材料成型加工PPT课件
部分了解的章节
第二章、第三章、第四章、第十二章、第十三章
考核方式
习题、读书报告、期终考试
可编辑课件PPT仁 浙江大学 教授
• 1980年7月由潘祖仁先生和孙经武（天津 大学）合编《高分子化学》，为文化革命 后我国第一部正式的高校教材。
• 1986年由潘祖仁先生为主编，对全书进行 了较大修改后再次出版。其后十余年间一 直是各校的主要教材，1992年被评为全国 优秀教材。
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23
2、高分子材料的成型加工
高分子材料 成型加工工艺
实用的材料 或制品
（聚合物+助剂） 这一过程的工程技术
1 如何实现—方法(挤出、注射、压制等) 2 方法不同，产品性能不同 3 材料不同，方法不同 4 方法不同，设备不同
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24
3、高分子材料的制造
高分子 化合物制造
的设可编备辑课件PPT
3
课程性质：
高分子材料与工程专业的 专业课程 核心课程
可编辑课件PPT
4
授课方式：
PowerPoint 1、讲课
录像
讲要点（部分章节） 2、自学
出专题、查资料、写报告
做相关的小课题 3、课外兴趣小组
写专题读书报告、集体讨论
可编辑课件PPT
5
授课内容与考核：
主要讲授的章节
绪论、第一章、第五章、第六章、 第七章、第八章、第九章、第十章、第十一章
物理化学 分可析编辑化课学件PPT
高分子物理 物理
材料力学 流体力学
…...
22
1、高分子材料的定义
高分子材料是一定配合的高分子化合物(由主要 成分树脂或橡胶和次要成分添加剂组成)在成型设备 中，受一定温度和压力的作用熔融塑化，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。
第二章添加剂
按其作用机理分为： 光屏蔽剂 紫外线吸收剂 猝灭剂 自由基捕捉剂
常见品种：
P80表2-7 四、生物抑制剂（自学）
高分子材料成型加工
第二节 增塑剂 plasticizers 一、作用与分类 增塑剂能使高分子材料制品塑性增加，改进其柔 韧性、延伸性和加工性 Plasticizers are added to plastics to improve its workability, flexibility, distensibility, processability, and to reduce the brittleness (脆 性) of the product. This is achieved by lowering the glass transition temperature below room temperature, thus achieving a change in properties from those of a hard brittle, glasslike solid to those of a soft, flexible, tough material .
第三节
润滑剂lubricant
Lubricants are added to improve the flow characteristics of a material during its processing. They operate by reducing the melt viscosity or by decreasing adhesion between the metallic surfaces of the processing equipment and the material being processed.
常见品种：
P80表2-7 四、生物抑制剂（自学）
高分子材料成型加工
第二节 增塑剂 plasticizers 一、作用与分类 增塑剂能使高分子材料制品塑性增加，改进其柔 韧性、延伸性和加工性 Plasticizers are added to plastics to improve its workability, flexibility, distensibility, processability, and to reduce the brittleness (脆 性) of the product. This is achieved by lowering the glass transition temperature below room temperature, thus achieving a change in properties from those of a hard brittle, glasslike solid to those of a soft, flexible, tough material .
第三节
润滑剂lubricant
Lubricants are added to improve the flow characteristics of a material during its processing. They operate by reducing the melt viscosity or by decreasing adhesion between the metallic surfaces of the processing equipment and the material being processed.
第二章 高分子材料成型加工中的物理化学问题(PDF)
2.1 概述(General)只有线形和支链形结构的大分子能通过流动形变实现大分子链间的位移而取得所需的形状，具备进大变形的加工性能，一旦成为体形结构，其变形能力有限，一般只有实现机械加工。
Chemical Structure —— Processing2.2.1 温度、聚合物的力学状态与成型加工的关系◆物体的流动是其所处状态对外力的一种反映，根据物质的力学特征，物质可有着不同的力学状态。
◆一般低分子物质有三种力学状态，即气态、液态、固态。
◆而高分子材料的力学状态则有：晶态、玻璃态、高弹态、粘流态等 。
玻璃态（或晶态）聚合物的力学行为特点是内聚能大，弹性模量高（一般可达1010～1011 Pa ）。
在外力作用下， 只能通过高分子主链键长、键角的微小改变发生变形，因此变形量很小，断裂伸长率一般在0.01%～0.1%范围内，在屈服应力范围内形变具有可逆性。
上述力学特点决定了在玻璃态（或晶态）下聚合物不能 进行引起大变形的成型，但适于进行机械加工，如车削、锉削、制孔、切螺纹等。
如果将温度降到材料的脆化温度Tb 以下，材料的韧性会显著降低，在受到外力作用时极易 脆断，因此，Tb 是聚合物加工使用的最低温度。
1. T < Tg (T<Tm) 聚合物处于玻璃态(晶态)◆高弹态下聚合物力学行为的特点为：弹性 模量与玻 璃态相比显著降低（一般在105～107 Pa ）；在外力作用下，分子链运动可发生运动，因此变形能力大提高，断裂伸长率可达100%～1000%，所发生的形变可恢复，即当外力去除后，高弹形变后会随时间延长而逐渐减小，直至为零。
2. Tg < T < Tf 力学状态为高弹态◆聚合物在高弹态下的力学行为特点决定了在该状态下可进行较大变形的成型加工，如压延成型、中空吹塑成型、热成型等。
但需特别注意的是，因为此状态下发生的形变是可恢复的，因此，将变形后的制品迅速冷却至玻璃化温度以下确保制品形状及尺寸稳定的关键。
高分子材料成型加工课件
加工过程中的模具设计问题
要点一
总结词
要点二
详细描述
模具设计不合理会影响高分子材料的成型加工效果。
模具设计问题包括模具结构、温度分布、压力传递等因素 ，这些因素都会影响高分子材料的成型加工效果。为了解 决这个问题，可以采用计算机模拟技术来预测和优化模具 设计，同时也可以通过实验和调整来不断改进模具设计。 在模具设计时应该考虑到材料的性质、产品的形状和尺寸 、成型工艺和设备等因素，以确保模具设计的合理性和有 效性。
加工过程中的气泡问题
总结词
高分子材料在加工过程中容易混入气泡，影响材料的质量和性能。
详细描述
气泡问题通常是由于高分子材料在加工过程中吸收了空气中的水分或由于温度和压力的变化导致气体 在材料中形成气泡。为了解决这个问题，可以采用真空排气、增加热压时间等工艺来去除气泡，同时 也可以通过选用适当干燥程度的材料来降低气泡的形成。
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高分子材料成型加工课件
目录
• 高分子材料概述 • 高分子材料成型加工技术 • 高分子材料加工工艺流程 • 高分子材料加工设备与工具 • 高分子材料加工中的问题与解决方案 • 高分子材料成型加工的发展趋势与未来展
望
01
高分子材料概述
高分子材料的定义与分类
总结词
高分子材料是由大量重复单元组成的大分子链所构成的材料，其分类主要根据分 子链的结构和性质。
详细描述
高分子材料由于其大分子链的结构，通常具有较高的弹性、耐磨性、耐腐蚀性 和绝缘性等特性。此外，高分子材料还具有良好的加工性能，可以通过各种成 型加工技术制备成各种形状和尺寸的制品。
高分汽车、电子、医疗、航 空航天等各个领域。
详细描述
由于高分子材料具有许多优良的物理和化学性质，因此 它们被广泛应用于各个领域。在建筑领域，高分子材料 被用于制造防水材料、保温材料等；在汽车领域，高分 子材料被用于制造汽车零部件、内饰等；在电子领域， 高分子材料被用于制造电路板、电池隔膜等；在医疗领 域，高分子材料被用于制造医疗器械、人工器官等；在 航空航天领域，高分子材料被用于制造飞机零部件、航 天器结构件等。
第二章 添加剂
5. 3 填充补强的因素
○ 粒子的大小
0.1 1.0 10 μm
补强
补强作用差
填充
○ 粒子的形状
球状：炭黑 片状：云母 针状：石棉
补 强 效 果 增 加
针状、片状粒 子会取向，使材料 呈各向异性。
5. 3 填充补强的因素
○ 粒子的表面性质 ○ 粒子的结构性 在众多的补强剂中，仅炭黑具有结构性。 在制造过程中，形成一次结构（原结构） 在后加工处理过程中，形成二次结构（次 结构） ○ 补强剂的用量
选用增塑剂应考虑的问题 ▲ 相容性和稳定性的协调 ▲ 使用性能 增塑剂直接影响性能，耐热制品选择迁移性 小的，耐寒制品要考虑凝固点，还要考虑阻燃、 电性能、毒性等。应性的在材料内部的迁移性和 在材料表面的挥发性 ▲ 加工工艺性能 ▲ 并用 ▲ 成本（用量）
3. 润滑剂 3. 1 润滑剂的作用
主要是为了提高加工性能，降低熔体之 间及熔体与加工设备之间的摩擦和粘附。 润滑剂和增塑剂有何不同？ 前者尽在加工中起作用，后者在加工中 和使用中都起作用。
第二章 添加剂
高分子材料是以聚合物为主体的多相复 合体系。
满足性能上的要求
添加配合剂的目的 满足成型加工的要求 满足经济上的要求
各种添加剂在高分子材料中的功能不一。
表2-1 各种添加剂在高分子材料中的功能
性能 加工性能 力学性能 老化性能 降低成本 其它性能 添加剂种类 增塑剂、润滑剂、热稳定剂、加工助剂 增塑剂、补强剂、增韧剂、固化剂 抗氧剂、热稳定剂、光稳定剂 填充剂、增容剂 发泡剂、阻燃剂、偶联剂、抗静电剂
5. 4 常用的填充剂和补强剂
碳酸盐 碳酸钙、碳酸钡等 硫酸盐 硫酸钙、硫酸钡等 钛白粉、氧化锌 金属氧化物 氢氧化铝等 金属氢氧化物 铜粉等 金属粉 滑石粉、白炭黑 含碳化合物 碳素 碳黑 云母粉、硅藻土等 木粉、果壳粉
高分子材料成型加工PPT课件
根据产品需求选择合适的高分子材料，如聚乙烯、聚丙烯、聚氯 乙烯等。
原材料处理
对原材料进行干燥、除湿、清洁等预处理，确保其质量和稳定性。
配料与混合
根据生产需要，将多种原材料按比例混合，制备成适合加工的混 合料。
模具设计
模具材料选择
选用耐高温、耐腐蚀、高硬度的材料制作模具。
模具结构设计
根据产品形状、尺寸和性能要求，设计合理的模具结构。
环保化
总结词
环保意识的提高促使高分子材料成型加工向 更加环保的方向发展。
详细描述
为了降低高分子制品在生产和使用过程中的 环境污染，人们正在积极开发环保型的高分 子材料和加工技术。例如，采用可降解的高 分子材料、开发无毒或低毒的加工助剂、优 化加工工艺以减少能源和资源的消耗等。
智能化
总结词
智能化是高分子材料成型加工的未来重要发展方向。
表面处理
根据需要，对成品进行表面处理，如喷涂、电镀、热压等。
包装与储存
将成品进行包装，并选择适当的储存环境，以防受潮、尘土和紫外 线等因素影响。
04 高分子材料成型加工中的问题与对策
CHAPTER
气泡问题
总结词
气泡问题在高分子材料成型加工中较为常见，主要是由于气体在材料中滞留或挥 发所致。
详细描述
翘曲问题
总结词
翘曲问题是指高分子材料成型加工后 出现弯曲、变形的情况。
详细描述
翘曲问题会影响产品的外观和性能，如 导致不平整的表面或扭曲的形状。解决 翘曲问题的方法包括优化加工工艺、调 整模具设计和选择合适的材料等。
其他问题与对策
总结词
除上述问题外，高分子材料成型加工中还可能遇到其他问题，如裂纹、变色等。
02
原材料处理
对原材料进行干燥、除湿、清洁等预处理，确保其质量和稳定性。
配料与混合
根据生产需要，将多种原材料按比例混合，制备成适合加工的混 合料。
模具设计
模具材料选择
选用耐高温、耐腐蚀、高硬度的材料制作模具。
模具结构设计
根据产品形状、尺寸和性能要求，设计合理的模具结构。
环保化
总结词
环保意识的提高促使高分子材料成型加工向 更加环保的方向发展。
详细描述
为了降低高分子制品在生产和使用过程中的 环境污染，人们正在积极开发环保型的高分 子材料和加工技术。例如，采用可降解的高 分子材料、开发无毒或低毒的加工助剂、优 化加工工艺以减少能源和资源的消耗等。
智能化
总结词
智能化是高分子材料成型加工的未来重要发展方向。
表面处理
根据需要，对成品进行表面处理，如喷涂、电镀、热压等。
包装与储存
将成品进行包装，并选择适当的储存环境，以防受潮、尘土和紫外 线等因素影响。
04 高分子材料成型加工中的问题与对策
CHAPTER
气泡问题
总结词
气泡问题在高分子材料成型加工中较为常见，主要是由于气体在材料中滞留或挥 发所致。
详细描述
翘曲问题
总结词
翘曲问题是指高分子材料成型加工后 出现弯曲、变形的情况。
详细描述
翘曲问题会影响产品的外观和性能，如 导致不平整的表面或扭曲的形状。解决 翘曲问题的方法包括优化加工工艺、调 整模具设计和选择合适的材料等。
其他问题与对策
总结词
除上述问题外，高分子材料成型加工中还可能遇到其他问题，如裂纹、变色等。
02
高分子材料基本加工工艺第二章 第五节
பைடு நூலகம்
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。
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
高分子材料基本加工工艺课件绪论
三、《基本工艺》在高分子材料成型加 工中的作用
原料生产和制品生产的关系：
若没有原材料的生产(或原材料生产滞后),• 制 则 品的生产就成了无源之水；当然,没有制品生产（即加 工工业）,• 么再多再好的原材料也不能进入使用领域, 那 不会成为生产或生活资料。
基本工艺在制品生产中的作用：
制品生产系统中的“灵魂”（即理论依据）。
高分子材料加工
高分子材料加工是将高分子材料转变成 所需形状和性质的实用材料或制品的工程技术。 培养工程技术人员，就应该让学生尽早 地接触工程、认识工程、具有工程意识，具有 工程师的思维模式。 所涉及的内容是将塑料材料转变为塑料 制品的各种工艺和工程。将塑料材料转变为塑 料制品 也就是增添其使用价值。在转变的工艺 过程中常会发生以下一种或几种情况:化学变化、 流动以及物理性能的改变。 当然,橡胶的成型加工也有类似情形。
《基本工艺》课程的特点
通过本课程的学习，使学生对高分子材 料加工概况有个总体的了解。如果我们将高分 子材料加工行业看成一个“公园”，而《基本 工艺》这门课程就是这个公园的一张“导游 图”。当你毕业后工作时，你必然在这个公园 的某个“景点”（即某一个高分子材料加工工 种）进行深入细致的研究；这时你就可能发现： 用同一材料加工成同一产品时,有时会有两种 或两种以上的工艺路线；这时,工业生产中就 有最优化的问题需要解决。用何种工艺路线能 达到产品质量好,生产效率高,设备投资少,制品 成本低。当你走到这一层次时，你就深深地感 受到《基本工艺》对你成才的早期影响和贡献。
一、高分子材料及其成型加工
三大合成材料的概念：
塑料是以树脂（有时用单体在加工过程 中直接聚合）为主要成份，• 般含有添加剂、 一 在加工过程中能流动成型的材料。 橡胶是具有高弹性，能在外力作用下变 形，除去外力后又恢复原来形状的材料，橡胶 是具有独特的高弹性、优异的疲劳强度、极好 的电绝缘性与耐磨性的材料。 纤维在工业则是指柔韧、纤细的丝状物， 有相当的长度、强度和弹性。
《高分子成型加工》课件
高分子材料成型加工的未来展望
高分子材料成型加工的未来 展望包括高分子材料成型加 工技术的可持续发展、高分 子材料成型加工技术的数字 化转型、高分子材料成型加 工技术的智能化升级等方向 。
高分子材料成型加工技术的 可持续发展是指通过绿色环 保技术和循环经济理念，实 现高分子材料加工过程的可 持续发展，降低对环境的负 面影响。
成型加工过程中常见问题及解决方案
01
气泡问题
优化注射速度和时间 ，减少空气的混入。
02
收缩问题
调整模具温度和注射 压力，控制塑料收缩 率。
03
翘曲问题
优化模具设计和冷却 系统，减少产品变形 。
04
表面光泽问题
调整注射速度和温度 ，提高表面光泽度。
成型加工质量检测与评估
外观检测
检查产品表面是否光滑、无气泡、无翘曲等 缺陷。
高分子材料的应用
要点一
总结词
高分子材料在各个领域都有广泛的应用，如建筑、汽车、 电子、医疗等。
要点二
详细描述
高分子材料因其独特的物理和化学性质，在各个领域都有 广泛的应用。在建筑领域，高分子材料可以用于制造防水 材料、保温材料等；在汽车领域，高分子材料可以用于制 造汽车零部件、汽车内饰等；在电子领域，高分子材料可 以用于制造电路板、电池等；在医疗领域，高分子材料可 以用于制造医疗器械、人工器官等。
尺寸检测
测量产品的各项尺寸，确保符合设计要求。
性能检测
对产品进行各种性能测试，如拉伸强度、弯 曲强度、冲击强度等。
可靠性检测
模拟实际使用环境，对产品进行长时间使用 测试，评估其可靠性。
06
高分子材料成型加工发展趋势 与展望
Chapter
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例4的解题过程（1）
（1） 平板表面温度：平壁表面的最初差余温度θ’与最终差 余温度θw，分别为： θ’=200-20=180℃ θw =Tw-20 其中Tw为平板表面温度，所以θw/θ’=（Tw-20）/180 又 F0=a×t /δ2 式中： t=18min=0.3h 板的厚度δ=20/2mm=0.01m(因两面传热)； PP的λ=11.718J／（cm· ℃）=0.4183kJ／（m· ℃）； s· h· Cp=2.928kJ/（kg· ℃） ρ=900kg／m3 α=k/（ρ· p）=0.4183/(2.928×900)=1.6×14-4m2/h,将数据 C 代入上式,得 F0=1.6×14-4×0.3/0.012=0.48
1、不同频率下，温度与变形的关系：P64 图 2-11 在橡胶加工中的应用 2、滞后现象引起的内耗，使温度上升 （1）应力和应变的相位角 P65 图2-12 （2）滞后所消耗的功：W=πζ0ε0sinδ （3）内耗峰的出现及其分析：P65 图2-13
三、高分子材料在成型加工中的化学反应 热
高分子材料在加工过程中，凡发生化学反应 之时，都伴随着热效应。用有化学发泡剂生产 泡沫塑料时，有生产热的产生或吸收热量。 在橡胶硫化过程中，生胶与硫磺之间的化学 反映也是放热反应。实验证明，在184℃硫化时， 含4%硫磺胶料的反应热为+41.8J/g。这在硫化 工艺中是不能忽视的一个因素，尤其是硬质橡 胶制品硫化时所产生的热量更大。在制订工艺 条件时，必须对生成热的量有正确的估算，以 便在工艺上采取相应的措施。
二、热容
1、热的物理概念：热也可以按类似的二象性处理。 可以把热作为向周围传递的波，也可以作为具 有一定能量的粒子-声子。 2、热容和比热容的概念： 热容是材料的温度提高1℃（或1K）所需的 能量,单位为J/℃（或J/K）。 比热容是将单位质量材料的温度提高1℃ （或J/K）所需的能量,单位为J/（kg· ℃）。 3、比热容的数据：P53 表2-2 这些数据说明什 么？
一、高分子熔体因摩擦而生成的热量
1、生成热的作用：在高分子熔体流动过程 中，由于高分子熔体内部分子的摩擦而产生大 量的热量，使得熔体粘度降低许多。 2、摩擦生成热的计算式：Ｐ63式（2-15） 3、利用生成热的优点：P64 4、注塑时，熔料流经喷嘴时所产生的温升计 算：P64
二、在周期应力作用下，由内耗所引起的温升。
三、热扩散系数（导温系数）
1、热扩散系数的概念：P60 2、热扩散系数的计算式：α=λ/（ρ · Cp） 3、热扩散系数的数据：P61 表2-4 4、热扩散系数的精确性差的原因： 第一，导热系数λ是随温度的变化而变化。 第二，高分子材料的密度ρ也随温度的升高而减小。 第三，定压比热Cp也随温度的变化而明显变化，而且变 化规律也较复杂。 热扩散系数的数据在很大程度上是很粗糙的，从所有 的实验数据来看，在较大温度范围内，各种高分子材料的 热扩散系数的变化幅度通常不足两倍。
例4的解题过程（3）
(2)求平板的中心温度 平板中心的最初差余温度 即θ’=200-20=180℃ θ0=T0-20 所以，θ0/θ’=（T0-20）/180 当F0=0.48 Bi=20,由图2-10查得θ0/θ’=0.42，则 （T0-20）/180=0.42 得T0=180×0.42+20=95.6℃ 即PP塑料板经18min冷却后,中心温度仍有95.6℃。 通过此题的计算表明，要使塑料制品中心处的温 度降下来，是需要很长的时间。
例3
一块大塑料板厚2cm,最初均匀温度为100℃,将它浸入冷水中,冷水 的温度为20℃，如毕渥准数Bi=5，板的导温系数α=1×10-3cm2/s，当 板在冷水中冷却100s后，试计算板的表面温度和中心温度。 解：首先计算傅立叶准数： F0=αt/δ2=（1×10-3）×（100）/（2/2）2=0.10 Bi=5（已知） 根据图2-5，当F0=0.10、Bi=5，查出θw/θ’=0.3 （Tw-20）/（100-20）=0.3 Tw =80×0.97+20=44℃ 即当板在水中冷却100s后，其表面温度为44℃。 根据图2-6，当FO=0.10、Bi=5时，查出θ0/θ’=0.97 于是 （TO-20）/（100-20）=0.97 T0 =80×0.97+20=97.6℃ 即在水中冷却100s，其中心温度仍有97.6℃的高温 。
高分子材料加工中的热行为
高分子材料的热物理特性
第二节 高分子材料加工业中的热传导 一、传热基本概念 二、加工中的热传导 三、热扩散系数
第一节
高分子材料的热物理特性
一、热膨胀 1、材料的基本属性 热胀冷缩 2、线膨胀系数 （1）概念 （2）特点 （3）线膨胀系数数据：P52 表2-1 （4）胀缩性对高分子材料应用的意义 3、线胀系数的影响因素
第二节
高分子材料加工业中的热传导
一、传热基本概念 1、传热的基本方式 ：三种 2、高分子材料加工中的传热特性： 塑料是热的不良导体，其导热系数比较低， 传热速度较慢。 3、摩擦热和塑料熔化热： 剪切摩擦产生的热量，是由机械能转换的重要 热源 这种热使物料不会被烧焦。原因：
二、高分子材料加工中的热传导
4、经过平壁和圆筒壁不稳定热传导（1）
（1）不稳定热传导的概念：P58 （2）四种无因次数群： A、毕渥准数，Bi=αl /λcm 其中α为给热系数，l为长 度，λcm为平均导热系数； B、傅立叶准数，F0=αt/δ2 其中α为导温系数； C、长度准数，L=x/l 。 D、温度无因次数群θ/θ′ θ/θ′ =φ（Bi、F0、L） （2-10） 式中 θ′——物体最初差余温度，℃； θ——物体最终差余温度，℃。
1、傅立叶（Fourier）定律 一个物体的内部，只要各点间有温差存在， 则热量就会从高温点向低温点传导。 2、单层平壁热传导 P55 图2-1 3、 Fourier导热公式： Q=λA（Tw1- Tw2）/δ 式中 Q——单位时间内通过平壁的导热量， 即导热速率，W； ΔT——平壁两侧表面的温差，℃； A——垂直于导热方向的截面积，m2； δ——平壁的厚度，m； λ——高分子材料的导热系数，W/m· ℃。
Fourier定律 在平壁内单位时间以热传导的方式传递 的热量，与垂直于热流的横截面积成正比， 与平壁两侧的温差成正此，而与热流方向 上的路程长度成反比
2.导热系数
（1）导热系数的概念： 导热系数是衡量物质导热能力的一个物理量 （2）导热系数公式： λ＝Ｑ／［（Ｔw1-Tw2）A/δ］ （2-3） （3）导热系数的影响因素 ： （4）导热系数数据：P56 表2-3 热塑性塑料在物态转变点时，其导热系数有明 显变化；又导热系数与温度有依赖性，一般随温 度升高而增大，特别是结晶型材料尤为显著，无 定形材料变化较小。导热系数也与压力有依赖性， 随压力升高而增大。
4、经过平壁和圆筒壁不稳定热传导（2）
（3）温度无因次数群表达式：
θ/θ′ =φ（Bi、F0、L） （2-10） θw/θ′=φw（Bi、F0） （2-11） θ0/θ′=φw（Bi、F0） （2-12） （4）热量无因次数群表达式： Qt/Q′=φQ（Bi ,F0） （2-13 ） （5）讲解例3、例4：体现图2-5～图2-10的应用
例4的解题过程（2）
又Bi=α×δ/λ， 式中α为水对金属的给热系数,取836.6kJ/( m· ℃)； h· δ=0.01m； λ=0.4183kJ/( m·h·℃),于是 Bi=836.600×0.01/0.4183=20 当F0=0.48、Bi=20，由图2-5中查得θw/θ’=0.05，则 （Tw-20）/180=0.05 得 Tw=180×0.05+20=29℃ 既PP塑料板材经过18min冷却后,其表面温度为 29℃.
第三节 高分子材料加工过程中的生成热
高分子材料在加工过程中，在不同的情况下， 会产生各种形式的生成热。在受机械力的作用下， 部分的机械能会转变热能，如物料在高速混合机中 进行高速混合，由于物料与混合设备内壁产生摩擦 而产生摩擦热；高分子熔体在挤出、注射等加工的 流动过程中，由于受到各种剪切作用，而形成剪切 热；生胶在塑炼、混炼等加工工序中，因弹性等因 素而产生热能；橡胶制品使用时常受到周期应力或 交变应力作用，会使制品的温度升高；在塑料发泡 成型中，还存在化学反应热。
第二章 高分子材料加工中的热行为
学习指南 ①掌握高分子材料的热物理性质； ②掌握高分子材料在加工中的生成热； ③掌握高分子热膨胀和热容的基本性质； ④掌握高分子材料在加工过程中的热传导的 基本行为及有关计算； ⑤掌握高分子材料在加工过程中的生成热与 成型加工过程的关系。
第二章
第一节 一、热膨胀 二、热容
例4
通过例3的计算说明：对于厚度较厚的高 分子材料的制品，在冷却过程中经过一定时 间的冷却，此时，制品的表面温度与中心温 度的温差仍然很大。 例4、现有PP塑料板其外形尺寸为 1000×600×20mm，最初平均温度达 200℃，它上下两面均与冷金属面完全接触， 而金属的另一面却有冷却水流过，金属面温 度始终保持20℃，当冷却18min后，试求塑 料平板表面温度和中心温度。
3.经过平壁和圆筒壁的稳定热传导
（1）经过多层平壁的稳定传热 过程：P56 图2-2 计算式：P56式（2-5） 讲解例1和例2 （2）经过单层圆筒壁稳定热传导 过程：P57图2-3 计算公式：Q=2πL（Tw1-Tw2）/[λ-1ln(r2/r1)] Tw1，Tw2——单层圆筒壁两边外表面的温度，℃； L——圆筒的长度，m； r1、r2——圆筒的内外半径，m。 （3）经过多层圆筒壁稳定热传导 热传导过程：P57图2-7 计算式：P 58 式（2-7）