高分子材料成型加工-第3讲
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第三讲 环境降解高分子材料
环境降解高分子材料_概述
• 3.1 概述 • 塑料应用中存在的问题：
• 一是它的来源，绝大部分的塑料原料来源于石油化工， 而石油是一种不可再生的资源；
• 二是它在自然环境中很难分解，大量的废弃物成为了 环境污染的重要原因，也就是人们目前所称的“白色 污染”。
• 因此寻找一种可再生的塑料资源，进而解决其造成的 环境污染问题，成为塑料工业发展中的主要问题之一。
• 但目前大量使用的塑料材料如聚乙烯、聚丙烯等在自 然环境中是难于降解的，因此需对之进行改性或发展 新型的高分子材料。
• 降解塑料的发展：光降解塑料
•
填充型的降解塑料
•
全降解型塑料
环境降解高分子材料_概述
• 目前开发的降解塑料的种类： • ⑴ 光降解塑料 • 光降解塑料主要有两类，一类是引入光增感基团（合
最常见的有聚羟基脂肪酸、聚乳酸等, 其中聚乳酸的开发最为活跃。 通用聚乳酸是由玉米或甜菜中的糖类(包括淀粉与糖)经过发酵得 到乳酸再无溶剂聚合而制得。如果每㎏价格低至0.78～1.44＄, 有望用于包装材料。利用天然高分子材料，2000年悉尼奥运会使 用的全淀粉快餐盒、一次性杯子等。
2、环境惰性高分子：为不能生物降解的高分子, 在不发生氧化及 光解的情况下不会污染环境。现在使用的通用高分子主要属于这一 类。应用后的垃圾处理是一大问题, 处理不当就会污染环境。填埋、 焚烧、再生与回收使用是废塑料处理的几种方法, 其中再生与回收 使用应成为重要的途径。
4、长寿命材料 发展超长寿命的高分子材料, 是降低资源开发速度, 有效利用资源, 减少高分子材料废弃物的有效途径之一。尤其对于用量大、影响 深远的农用地膜、棚膜, 以及建筑用高分子材料等, 应考虑长寿命 问题。可通过优化配方和工艺设计、开发功能优异的塑料合金体 系等方法来实现。无论材料的短寿命还是长寿命, 都应以维持生态 环境和节约资源及提高利用率为最基本目标。 5、研发环境友好的新型高分子功能材料
第三讲 3 微胶囊包覆技术
阿拉伯胶是一种易溶于水，性能良好的弱酸性的天然阴离子高分子 电解质。
4 原理
当PH值在明胶等电点以上时，将明胶和阿拉伯树胶水溶液混合，明 胶此时与阿拉伯树胶都带负电荷，并不发生相互吸引的凝聚作用。 把油溶性囊心搅拌下加入，将囊心分散成所需颗粒大小的水包油体 系，调节PH值至明胶等电点以下时，明胶离子变成正电荷与带负电 荷的阿拉伯树胶粒子相互吸引发生电性中和形成凝聚，并对溶液中 分散的囊心进行包覆形成微胶囊。
图中可见，内层为囊心，外层为壁材，根据用途可制成各种形状微 胶囊
2．优点：
1） 囊心性质不受影响，在适当条件下，壁材破坏又能将囊心 释放出来 2） 运输、使用、储存方便，如液体包覆后变成固体干燥粉
3）性质不稳定的囊心不变质，与环境隔开，免受氧气、湿度、 紫外线等的影响延长了使用和保存期
4）如果壁材具有半透性，则液体囊心可通过溶解、渗透、扩 散，通过壁材缓慢释放，可通过改变壁材的化学组成、厚度、硬度、 孔径大小等控制如药中的缓释胶囊。
可把需包覆材料分散在三聚氰胺-甲醛树脂低分子线性预聚体溶液中， 通过调节PH植，酸催化缩聚形成体型聚合物对材料完成表面包覆。 具体包覆原理如下：
NH2 C N C H 2N N N
NHCH2OH
+
3HCHO
碱催化
C N C HOH2CHN N NH 2O CH H N C NHCH2OH
C NH2
微胶囊香精的制备：
将柑橘精油加入合适的乳化剂使其以微滴形式悬浮在已液化的 固体糖浆粉和谷胺酸组成的基质中，在夹层锅中加热至125℃混合 熔化，倒入密闭锅中，充入氮气加压，混合物经一系列模孔被挤压 成细丝流进冷凝用的-20℃异丙醇凝固液中固化，转动叶片的搅拌作 用把细丝打断形成很短棒状颗粒（约1mm）从凝固液中分离出微胶 囊颗粒，真空干燥。
《材料制备与成型加工技术》课件——绪论
成型加工(Forming and processing)
02
料制品各种成型方法及操作，成型工艺特点，成型工艺的适应性，成型工艺流程，成型设备结构及作用原理，成型工艺条件及其控制，成型工艺在橡胶、塑料、纤维加工中的共性和特殊性，各种高分子材料制品的成型加工过程，成型加工新工艺和新方法。
高分子材料（macromolecule material
按照高聚物来源分类
结构高分子材料－－利用它的强度、弹性等力学性能功能高分子材料－－利用它的声、光、电、磁、热和生物等功能
按照材料学观点
天然高分子材料－－天然高聚物(natural)合成高分子材料－－合成高聚物(compound)
2、高分子材料的分类（Classification of Polymer Materials）
2、高分子材料加工(Polymer material processing)
通常是使固体状态（粉状或粒状）、糊状或溶液状态的高分子化合物熔融或变形，经过模具形成所需的形状，并保持其已经取得的形状，最终得到制品的工艺过程。制造过程如下：
（1）成型加工过程的四个阶段
00
原材料的准备
01
使原材料产生变形或流动，并成为所需的形状
工程塑料(Engineering plastic)
01
是指拉伸强度大于50MPa ，冲击强度大于6kJ/m2，长期耐热温度超过100℃的、刚性好、蠕变小、自润滑、电绝缘、耐腐蚀性能等优良的、可替代金属用作结构件的塑料。
02
No.1
（3）橡 胶(rubber)
No.2
橡胶是室温下具有粘弹性的高分子化合物，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）。按用途和性能可将橡胶分为通用橡胶和特种橡胶。
东华大学高分子材料成型原理复习材料
1-1.通用高分子材料主要有那几大类？答：纤维、塑料、橡胶、胶黏剂、涂料1-2.高分子材料加工与高分子合成的区别？答：“高分子材料加工”定义为“对聚合物材料或体系进行操作以扩大其用途的工程”，它是把聚合物原材料经过多道工序转变成某种制品的过程。
经过高分子材料加工得到的制品在物理上处于和原材料不同的状态，但化学成分基本相同；而高分子合成是指经过一定的途径，从气态、液态、固态的各种原料中得到化学上不同于原料的高分子材料。
1-3.高性能纤维有哪些？答：低热稳定性，高强度纤维：、高热稳定性，高强度纤维（200-300℃）：对位芳纶、芳族聚酯、杂环聚合物纤维高热稳定性、耐热纤维（≤350℃）：间位芳纶、聚酰亚胺纤维、酚醛纤维、碳纤维高热稳定性、无机纤维：碳化硅纤维、玻璃纤维、氧化铝纤维1-4.判断题经过加工过程，高分子材料在物理上处于和原材料相同的状态。
（×）1-5 选择题高强高模聚乙烯纤维材料和纤维材料分别属于③ 。
①生态高分子材料和智能高分子材料②智能高分子材料和功能高分子材料③高性能高分子材料和生态高分子材料④功能高分子材料和高性能高分子材料为什么纤维素材料的加工不能采用先熔融再成型的方法?纤维素大分子中含有大量的－基团，由于氢键的作用，使大分子间作用力较大，这将导致熔融热焓△H较大；另一方面，纤维素大分子中存在环状结构，使分子链的刚性较大，这将导致熔融熵变△S较小。
这两方面的原因使得熔融纤维素的温度（= △H / △S ）将变得较高,而纤维素的分解温度又相对较低，因此，当加热纤维素至一定温度时，会出现纤维素未开始熔融便已被分解的现象，因此，纤维素材料的加工不能采用先熔融再成型的方法。
请阐述选择聚合物溶剂的几种实用方法与其适用范围1. 可根据极性相近规律即极性的聚合物易溶于极性溶剂、非极性的聚合物易溶于非极性或弱极性溶剂的规律来初步选择溶剂。
2. 可根据溶度参数理论，按照溶剂与聚合物的内聚能密度或溶度参数应尽可能接近的规则来选择溶剂。
第三章 混合讲解
聚合物共混合添加改性的一个重要环节是混合。
第一节 混合的基本概念和原理
一、混合的定义
混合是一种趋向于混合物均匀性的操作，是一种在整个系统的全部 体积内，各组分在其基本单元没有本质变化的情况下的细化和分布 的过程。
二、混合机理
按照Brodkey混合理论，混合涉及到扩散的三种基本运动形式。
(一)分子扩散
共混物冲击性能最好。 例2：对于阻燃改性，随阻燃剂粒度变小，阻燃效果增大。 添加剂的有效粒度根据其用途而异。
3. 添加剂的表面特性 指添加剂的表面形态、表面的化学结构。 例：炭黑表面的羧基、内酯基等基团对炭黑性能有影响。 添加剂常通过表面处理以改善表面特性。
4. 添加剂的密度与硬度 添加剂的密度不宜过大。 添加剂的硬度较高，可增大填充聚合物的硬度，但硬度过大会
由于聚合物熔体的黏度高（﹥102Pa∙s），因此混合只 能在层状领域产生，缺少提高混合速率的涡旋扩散和分子 扩散。
不利于混合，并降低混合均匀程度。
三、混合过程发生的主要作用
剪切 分流、合并和置换 挤压(压缩) 拉伸 聚集
它们的出现及占有的地位会因混合的最终目的、物料 的状态、温度、压力、速度等不同而不同。
在聚合物加工中，体积扩散占支配地位.
对流混合的两种机理：
（1）体积对流混合 涉及通过塞流对物料进行体积重新排列，而不需要物料连 续变形。可以无规则，也可以有序。
（2）层流混合 涉及到通过层流而使物料变形。 物料要受到剪切、伸长（拉伸）或挤压（捏合）。
小结
聚合物加工中的混合与一般小分子物料的混合不同：
将透过的光度由光电倍增仪转变成电 压波动信号
扫描距离－电压波动值关系。
大的炭黑微团对应着大的电压 波动，小的炭黑微团应着小的电 压波动。
汽车塑料高分子材料培训课程讲义
3
第一篇 汽车塑料基础知识
二、汽车用塑料主要特点： 高分子汽车材料有很多以往传统材料没有的优点。主要表现在重量轻、有良好的外观装饰
效果、有多种实际应用功能、有良好的理化性能、容易加工成型、节约能源，可持续利用等各方 面。高分子汽车材料的主要特点如下。
1．重量轻 高分子汽车材料最突出的优点之一就是具有轻质高强度的特性。由于各种塑料的平均比重
进行配方组合进行改性，让它的低温抗冲击强度得到改善。
7
第一篇 汽车塑料基础知识
#4、具有可燃烧性： 与钢材相比，塑料的另一个缺点是具有可燃烧性。这是近年来高分子汽车材料应用过程中 最受人们关注的问题之一，也是很多场合中最不放心使用高分子材料的主要原因之一。塑料可 分为两类，一类是不可燃烧的，另一类是可燃烧的。但是，由于塑料具有可配方组合和改性的 功能，可燃烧的塑料可以通过在配方中加入阻燃剂和不可燃烧的填充改性物，对其进行改性， 使之成为阻燃或不可燃的塑料，让们放心使用。 #5、耐老化性能： 塑料的老化性能是长期以来影响高分子汽车材料应用发展的又一个原因。但是，实际上应 该比较客观地看待塑料建材的老化问题。高分子材料不仅要考虑耐热老化，还要考虑耐光老化 和耐经常接触介质的老化。可以通过在配方中通过加入各种抗老化剂防止老化。 高分子建筑材料具有相当多的优点，但由于上述缺点，较多的仍然是以汽车内装饰用材 和 车厢内功能性汽车制品应用为主。随着科学技术的发展，越来越多的高分子新材料不断研 究成 功，许多高分子材料已经正在克服这些缺点，这将使汽车高分子材料的应用领域和范围 得到更 大的发展。
子汽车材料的工作温度都在摄氏 80 度以下，该温度以上常会发生热变形，
使高分子材料不能维持原来的形状和结构，性能也会发生很大变化。
#3、抗冻性能差：
第一篇 汽车塑料基础知识
二、汽车用塑料主要特点： 高分子汽车材料有很多以往传统材料没有的优点。主要表现在重量轻、有良好的外观装饰
效果、有多种实际应用功能、有良好的理化性能、容易加工成型、节约能源，可持续利用等各方 面。高分子汽车材料的主要特点如下。
1．重量轻 高分子汽车材料最突出的优点之一就是具有轻质高强度的特性。由于各种塑料的平均比重
进行配方组合进行改性，让它的低温抗冲击强度得到改善。
7
第一篇 汽车塑料基础知识
#4、具有可燃烧性： 与钢材相比，塑料的另一个缺点是具有可燃烧性。这是近年来高分子汽车材料应用过程中 最受人们关注的问题之一，也是很多场合中最不放心使用高分子材料的主要原因之一。塑料可 分为两类，一类是不可燃烧的，另一类是可燃烧的。但是，由于塑料具有可配方组合和改性的 功能，可燃烧的塑料可以通过在配方中加入阻燃剂和不可燃烧的填充改性物，对其进行改性， 使之成为阻燃或不可燃的塑料，让们放心使用。 #5、耐老化性能： 塑料的老化性能是长期以来影响高分子汽车材料应用发展的又一个原因。但是，实际上应 该比较客观地看待塑料建材的老化问题。高分子材料不仅要考虑耐热老化，还要考虑耐光老化 和耐经常接触介质的老化。可以通过在配方中通过加入各种抗老化剂防止老化。 高分子建筑材料具有相当多的优点，但由于上述缺点，较多的仍然是以汽车内装饰用材 和 车厢内功能性汽车制品应用为主。随着科学技术的发展，越来越多的高分子新材料不断研 究成 功，许多高分子材料已经正在克服这些缺点，这将使汽车高分子材料的应用领域和范围 得到更 大的发展。
子汽车材料的工作温度都在摄氏 80 度以下，该温度以上常会发生热变形，
使高分子材料不能维持原来的形状和结构，性能也会发生很大变化。
#3、抗冻性能差：
高分子材料成型加工(华东理工大学)
分成/构结
质性
工加/成合 素要四料材
能性用使
料材子分高机有 料材属金非机无 料材属金
料材大
念概料材大、1
工加型成料材子分高、一
泛广用应 �3� 途前展发有最 �2� 力命生有�科学轻年 �1� �位地中料材大在料材子分高 。点特的备具须必�的有固料材有所 。性生再 �6� �性济经 �5��性用使 �4� �状形 �3�� 性工加 �2� � 成组 �1� � 性通的料材
维纤
�4P�2P�类分、义意�
胶橡 料塑
料材成合大三
类分的料材子分高、3
。等FSP、OPP、MOP、CP、TEP、TBP、AP �料塑程工 等FU、FP、AMMP、SP、CVP、EP、PP�料塑用通 多不的模规化业工但�料材做可 种005�004�万上千成物聚高�模规产生化业工有具�5�
命寿的当适和能性用使的好良�4�
质性加附的生产中工加 + 质性在内料材 =
质性久耐 质性用使 质性观外 能性品制
能性的品制、3
联交 化变学化 、合聚、化炭、解降、解分、段嵌、枝接 � 度强伸拉�向取、晶结、析盐 化变理物 发挥剂溶、化固却冷、解溶、化熔、化软 度强、性弹 联交,性异向各 向取, 性刚 晶结�如
变改能性观宏品制出映反�化变的上质性 )3( 等向取、晶结观微�化变的上构结态集聚 化变的 化硫、联交�化变的上构结子分 上构结 )2( 求要的上用使�化变的上状形 )1( �响影能性品制对能性加附
造制的料材子分高、4
�节章艺工型成各、合混、剂加添�
程过型成 程过合混 用作的剂加添�程过工加型成�2�
�学料材子分高——关有造制的物合化子分高与�
�构结理物、构结学化(质性的物合化子分高�1� �素因的造制料材子分高响影
有机高分子材料讲课文档
提示①消除环境污染;②分类回收塑料制品是回收利用的条件之一;③
增产节约,符合可持续发展的观念。
第七页，共24页。
二
一
一、线型结构、体型结构高分子材料比较
线型结构
举例
结构特点
溶解性
热塑性、
热固性
体型结构
合成纤维、塑料(如
聚乙烯)
以共价键结合成高分
子链,链与链之间以
分子间作用力结合
可溶,但溶解速率比
小分子化合物小,最
3
4
5
)
A.聚乙烯塑料的老化是因为发生了加成反应
B.煤经过气化和液化等物理变化可转化为清洁燃料
C.合成纤维、人造纤维及碳纤维都属于有机高分子材料
D.利用粮食酿酒经历了淀粉→葡萄糖→乙醇的化学变化过程
解析：A项错误,聚乙烯塑料老化是因为发生了氧化反应;B项错误,煤
的气化和液化均属于化学变化;C项错误,碳纤维不属于有机高分子材
2
3
4
5
)
A.线型结构和体型结构的有机高分子都可以溶解在适当的溶剂里
B.某些高分子化合物具有热固性,它们在受热时不会熔化
C.高分子链之间存在较强的作用力,因此高分子材料的强度都较高
D.普通高分子材料存在易被氧化、不耐高温等特点
解析：线型结构的有机高分子可以用适当的溶剂溶解,而体型结构
的有机高分子一般不易被溶解;热固性高分子化合物受热时不会熔化;强
度高是高分子材料的重要特性;含不饱和键的高分子材料易被氧化,线型
结构的高分子材料不耐高温。
答案：A
第二十页，共24页。
1
2
3
4
5
4下列材料中属于功能高分子材料的是(
)
增产节约,符合可持续发展的观念。
第七页，共24页。
二
一
一、线型结构、体型结构高分子材料比较
线型结构
举例
结构特点
溶解性
热塑性、
热固性
体型结构
合成纤维、塑料(如
聚乙烯)
以共价键结合成高分
子链,链与链之间以
分子间作用力结合
可溶,但溶解速率比
小分子化合物小,最
3
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5
)
A.聚乙烯塑料的老化是因为发生了加成反应
B.煤经过气化和液化等物理变化可转化为清洁燃料
C.合成纤维、人造纤维及碳纤维都属于有机高分子材料
D.利用粮食酿酒经历了淀粉→葡萄糖→乙醇的化学变化过程
解析：A项错误,聚乙烯塑料老化是因为发生了氧化反应;B项错误,煤
的气化和液化均属于化学变化;C项错误,碳纤维不属于有机高分子材
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)
A.线型结构和体型结构的有机高分子都可以溶解在适当的溶剂里
B.某些高分子化合物具有热固性,它们在受热时不会熔化
C.高分子链之间存在较强的作用力,因此高分子材料的强度都较高
D.普通高分子材料存在易被氧化、不耐高温等特点
解析：线型结构的有机高分子可以用适当的溶剂溶解,而体型结构
的有机高分子一般不易被溶解;热固性高分子化合物受热时不会熔化;强
度高是高分子材料的重要特性;含不饱和键的高分子材料易被氧化,线型
结构的高分子材料不耐高温。
答案：A
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4下列材料中属于功能高分子材料的是(
)
《专题二 第三节 高分子材料》教学设计教学反思-2023-2024学年中职化学高教版21加工制造类
《高分子材料》教学设计方案（第一课时）一、教学目标1. 知识目标：学生能够了解高分子材料的定义、分类和基本特性。
2. 能力目标：学生能够识别常见的高分子材料，并能够分析其应用领域。
3. 情感目标：培养学生的科学素养和环保意识，倡导绿色高分子材料。
二、教学重难点1. 教学重点：高分子材料的分类和应用。
2. 教学难点：高分子材料的合成原理和工艺。
三、教学准备1. 准备PPT课件，包括高分子材料的基本知识、图片和案例。
2. 准备常见的高分子材料样品，如塑料、橡胶、纤维等。
3. 准备实验室器材，如高分子合成设备、显微镜等，用于实验演示和操作。
4. 布置学生预习相关内容，提前查阅相关资料。
四、教学过程：（一）导入新课1. 介绍高分子材料的定义和分类，以及在日常生活、工业生产、医疗健康等方面的应用。
2. 引导学生思考高分子材料的特点和性质，为接下来的教学做好铺垫。
（二）新课教学1. 高分子材料的合成方法：通过实验演示，让学生了解高分子材料的合成过程，掌握聚合反应的原理和特点。
2. 高分子材料的结构与性能：通过讲解和展示高分子材料的微观结构和物理、化学性能，帮助学生理解高分子材料的基本性质和特点。
3. 典型高分子材料介绍：介绍几种常见的典型高分子材料，如塑料、橡胶、纤维等，以及它们的性能和应用。
4. 高分子材料的应用前景：引导学生展望高分子材料的发展趋势和应用前景，激发学生对高分子科学的兴趣和探索精神。
（三）课堂互动1. 提问与回答：教师提出与新课内容相关的问题，引导学生思考并回答，增强学生的课堂参与度。
2. 小组讨论：组织学生分组讨论高分子材料的应用和发展前景，培养学生的团队协作和创新能力。
3. 案例分析：选择一些高分子材料在实际应用中的成功案例，引导学生分析其优点和不足，提高学生对高分子材料应用的认知。
（四）教学小结1. 回顾高分子材料的基本概念、分类和应用。
2. 总结高分子材料的合成方法、结构与性能以及典型应用。
高分子材料加工工艺
高分子材料加工工艺第九章压延成型教学目的：掌握压延成型的定义，主要成型对象及在各领域中的应用；压延成型的工序及各设备；压延机的组成及结构；压延成型的原理；压延成型的工艺及操作工艺；影响压延制品性能的因素；橡胶制品的压延工艺。
重点内容：压延成型的原理、压延成型的工艺及影响压延制品性能的因素。
难点内容：压延成型的原理。
熟悉内容：压延成型工艺的适用范围及应用领域；压延成型工艺的设备。
主要英文词汇：calendering----压延Calendered film---压延薄膜calender----压延机roll—辊筒plasticizing ---塑化film---薄膜sheet---片状embossed film---压化薄膜embossed sheet---压花片材参考教材或资料：1、《高分子材料成型加工》，周达飞，唐颂超主编，中国轻工业出版社，2005年第2版。
2、《橡胶及塑料加工工艺》，张海，赵素合主编，化学工业出版社，1997年第1版。
3、《高分子材料加工工艺》讲义，青岛科技大学印刷厂，2000年。
压延成型是生产高分子材料薄膜和片材的主要方法，它是将接近粘流温度的物料通过一系列相向旋转着的平行辊筒的间隙，使其受到挤压和延展作用，成为具有一定厚度和宽度的薄片状制品。
压延成型与前面的模压成型、挤出成型、注射成型并列为四大高分子材料加工方法。
压延成型广泛应用于橡胶和热塑性塑料的成型加工中。
橡胶的压延是橡胶制品生产的基本工艺过程之一，是制成胶片或与骨架材料制成胶布半成品的工艺过程，它包括压片、压型、贴胶和擦胶等作业。
塑料的压延成型主要适用于热塑性塑料，其中以非晶型的聚氯乙烯及其共聚物最多，其次是ABS，乙烯-醋酸乙烯共聚物以及改性聚苯乙烯等塑料，近年来也有压延聚丙烯、聚乙烯等结晶型塑料。
压延成型产品除了薄膜和片材外，还有人造革和其他涂层制品。
塑料压延成型一般适用于生产厚度为0.05~0.5mm的软质PVC薄膜和厚度为0.3~1.00mm的硬质PVC片材。
第二章 快速成型制造工艺--III
烧结间距
（1）烧结间距增加，尺寸误差向负误差方向减小 （2）烧结间距增加，烧结制件强度减小 （3）烧结间距增加，成型效率提高 所以也应综合考虑上述影响而选择适宜的扫描间距
单层层厚
（1）单层层厚增加，尺寸误差向负误差方向减小 （2）单层层厚增加，烧结制件强度减小 （3）单层厚度增加，成型效率提高 所以也应综合考虑上述影响而选择适宜的单层厚度
ξ2 快速成型制造工艺
模具工程技术研究中心 METRC
ξ2 快速成型制造工艺
模具工程技术研究中心 METRC
二 、选择性激光烧结工艺的特点
选择性激光烧结工艺和其它快速成型工艺相比，具有较多的优点：
可直接制作金属制品
在目前广泛应用的几种快速原型工艺方法中，唯有SLS方法可直接烧结制作金属材质 的原型，这是SLS工艺的独特优点。
原型方位确定后的加工状态
ξ2 快速成型制造工艺
模具工程技术研究中心 METRC
然后设定建造工艺参数，如层厚、激光扫描速度和扫描方式、激光功率、烧结 间距等。当成形区域的温度达到预定值时，便可以启动制作了。 在制作过程中，为确保制件烧结质量，减少翘曲变形，应根据截面变化相应 的调整粉料预热的温度。 当所有叠层自动烧结叠加完毕后，需要将原型在成型缸中缓慢冷却至40℃以 下，取出原型并进行后处理。
ξ2 快速成型制造工艺
模具工程技术研究中心 METRCLeabharlann 第四节 选择性激光烧结成型工艺
选择性激光烧结工艺(Selective Laser Sintering，简称SLS)又称为选区激 光烧结，由美国德克萨斯大学奥汀分校的C. R. Dechard于1989年研制成功。 该方法已被美国DTM公司商品化。于1992年开发了基于SLS的商业成型机 (Sinterstation)。十几年来，DTM公司在SLS领域做了大量的研究工作。德国 的EOS公司在这一领域也做了很多研究工作，并开发了相应的系列成型设备。 国内华中科技大学（武汉滨湖机电产业有限责任公司）、南京航空航天 大学、中北大学和北京隆源自动成型有限公司等，也取得了许多重大成果和 系列的商品化设备。
高分子概论高分子合成材料资料讲解
油基树脂漆、合成树脂类漆——成膜物质
2020/10/17
涂 料 —— 涂料类型
油基树脂漆： 油脂类漆——基于植物油、或植物油加天然树脂、或
植物油加改性酚醛树脂的涂料。 大漆——天然漆（土漆、笨漆、生漆），水乳胶漆；
含有50-80%漆酚（成膜物质）、〈1%漆酶（催干剂）、 20-40%水分、3-9%树脂质、1-5%油分。
v3
V2 > V1 = V3
擦胶
2020/10/17
橡胶加工工艺
压出——在压出机机筒和螺杆间的挤压下，使胶料连续通
过一定形状的口型，制成各种复杂断面半成品。
成型——把构成制品的各部件，通过粘贴、压合等方法组
合成一定形状的最终制品。
硫化——使橡胶大分子由线型结构转变为网状结构
目的：消除永久变形、提高力学性能。
2020/10/17
橡胶制品的原材料
生胶、再生胶 配合剂： 硫化剂
硫化促进剂 硫化活性剂 防焦剂 防老剂 补强剂、填充剂 软化剂、着色剂、溶剂、
发泡剂、隔离剂等。 骨架材料（纤维、金属材料）
纺织纤维、钢丝、玻璃纤维 帘子布、帆布、线绳、针织品 钢丝、钢丝帘子布
2020/10/17
2020/10/17
2020/10/17
2020/10/17
2020/10/17
塑料 塑料 – plastics：以聚合物为主要成分，在一定条件下 （温度、压力）可塑成一定形状，并且在常温下保持 其形状不变的材料。 热塑性塑料：可重复受热塑化、冷却硬化。 热固性塑料：交联聚合物，受热后不再回到可塑状态。
通用塑料：产量大、价格低、力学性能一般，主要作为非结构 材料使用，如：PP、PE、PVC、PSt等。
混炼——将配合剂混入生胶中制成质量均匀的混炼胶 目的：得到符合性能要求的混炼胶。 方法：机械混炼——开炼机、密炼机、螺杆塑炼机
2020/10/17
涂 料 —— 涂料类型
油基树脂漆： 油脂类漆——基于植物油、或植物油加天然树脂、或
植物油加改性酚醛树脂的涂料。 大漆——天然漆（土漆、笨漆、生漆），水乳胶漆；
含有50-80%漆酚（成膜物质）、〈1%漆酶（催干剂）、 20-40%水分、3-9%树脂质、1-5%油分。
v3
V2 > V1 = V3
擦胶
2020/10/17
橡胶加工工艺
压出——在压出机机筒和螺杆间的挤压下，使胶料连续通
过一定形状的口型，制成各种复杂断面半成品。
成型——把构成制品的各部件，通过粘贴、压合等方法组
合成一定形状的最终制品。
硫化——使橡胶大分子由线型结构转变为网状结构
目的：消除永久变形、提高力学性能。
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橡胶制品的原材料
生胶、再生胶 配合剂： 硫化剂
硫化促进剂 硫化活性剂 防焦剂 防老剂 补强剂、填充剂 软化剂、着色剂、溶剂、
发泡剂、隔离剂等。 骨架材料（纤维、金属材料）
纺织纤维、钢丝、玻璃纤维 帘子布、帆布、线绳、针织品 钢丝、钢丝帘子布
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塑料 塑料 – plastics：以聚合物为主要成分，在一定条件下 （温度、压力）可塑成一定形状，并且在常温下保持 其形状不变的材料。 热塑性塑料：可重复受热塑化、冷却硬化。 热固性塑料：交联聚合物，受热后不再回到可塑状态。
通用塑料：产量大、价格低、力学性能一般，主要作为非结构 材料使用，如：PP、PE、PVC、PSt等。
混炼——将配合剂混入生胶中制成质量均匀的混炼胶 目的：得到符合性能要求的混炼胶。 方法：机械混炼——开炼机、密炼机、螺杆塑炼机
高分子物理第3讲聚合物的粘性流动
定为, 称牛顿极限粘度, 又类似牛顿流体行为。
5.3.5 影响聚合物熔体粘度的因素
加工条件 结构因素
温度 剪切速率 剪切应力 压力
分子量 分子量分布
支化
(1) 加工条件的影响
Arrhenius Equation 阿累尼乌斯方程
When T >Tg+100 a AeE / RT
E - 粘流活化能 viscous flow energy
E
Ae RT
E称为粘流活化能
(2) 高分子流动不符合牛顿流体的流动规律
对于牛顿流体，粘度不随剪切速率和剪切应力的 大小而改变。
切应变
d
dt
切应力 d 称为剪切速率,为流体的粘度
dt
1N s / m2 1Pa s, 1泊(poise) 1dyn s / cm2 1g / cm s 0.1Pa s
我们可用一个恒定的应力 加在非晶 态固体聚合物上，在恒温下观察应 变随时间的变化即蠕变:
图5-28是观察到的蠕变曲线。
粘流态中高分子链的蛇行和管道模型
5.3.2 影响粘流温度的因素
分子结构的影响
分子链越柔顺，粘流温度越低； 分子链的极性越大，粘流温度越高。
分子量的影响
分子量越大，分子运动时受到的内摩擦阻力越大； 分子量越大，分子间的缠结越厉害，各个链段难以向
各种流体的性质
BD
N
c
P
B D
N
P
t
N: 牛顿流体 D: 膨胀性流体
P: 假塑性流体 B: 宾汉流体
(3) 高分子流动时伴有弹性形变
高分子的流动并不是高分子链之间简单滑移 的结果, 而是各个链段协同运动的总结果.
在外力作用下, 高分子链(链段)不可避免地要 在外力作用的方向有所伸展(取向), 当外力撤除后, 高分子链又会卷曲(解取向), 因而整个形变要回复 一部分, 表现出高弹形变的特性
5.3.5 影响聚合物熔体粘度的因素
加工条件 结构因素
温度 剪切速率 剪切应力 压力
分子量 分子量分布
支化
(1) 加工条件的影响
Arrhenius Equation 阿累尼乌斯方程
When T >Tg+100 a AeE / RT
E - 粘流活化能 viscous flow energy
E
Ae RT
E称为粘流活化能
(2) 高分子流动不符合牛顿流体的流动规律
对于牛顿流体，粘度不随剪切速率和剪切应力的 大小而改变。
切应变
d
dt
切应力 d 称为剪切速率,为流体的粘度
dt
1N s / m2 1Pa s, 1泊(poise) 1dyn s / cm2 1g / cm s 0.1Pa s
我们可用一个恒定的应力 加在非晶 态固体聚合物上，在恒温下观察应 变随时间的变化即蠕变:
图5-28是观察到的蠕变曲线。
粘流态中高分子链的蛇行和管道模型
5.3.2 影响粘流温度的因素
分子结构的影响
分子链越柔顺，粘流温度越低； 分子链的极性越大，粘流温度越高。
分子量的影响
分子量越大，分子运动时受到的内摩擦阻力越大； 分子量越大，分子间的缠结越厉害，各个链段难以向
各种流体的性质
BD
N
c
P
B D
N
P
t
N: 牛顿流体 D: 膨胀性流体
P: 假塑性流体 B: 宾汉流体
(3) 高分子流动时伴有弹性形变
高分子的流动并不是高分子链之间简单滑移 的结果, 而是各个链段协同运动的总结果.
在外力作用下, 高分子链(链段)不可避免地要 在外力作用的方向有所伸展(取向), 当外力撤除后, 高分子链又会卷曲(解取向), 因而整个形变要回复 一部分, 表现出高弹形变的特性
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9
5．结晶性与物性
高分子化合物不能100%结晶 结晶性对高聚物物性的影响 • 力学性能 抗张强度 冲击强度 • 硬度 • 尺寸稳定性 • 延伸度 • 染色性 “结晶度”
• 光学性能
• 热性能
• 耐溶剂和渗透性
10
三、聚合物粒径与粒度分布
-涉及粒状聚合物
1、颗粒结构
悬浮法制得PVC为疏松型和紧密型颗粒， 影响PVC板（管）材的挤出性能。
22
（4）冷却温度
取向结构的获得关键在于将取向结构冻结下来。 聚合物熔体从加工温度Tpm降低到凝固温度Ts，取向结构 便能够冻结下来。 Tpm—Ts宽，聚合物松弛时间长，易发生解取向。
结晶聚合物Ts＜Tm， Tpm —Ts窄，易冻结取向结构 非晶聚合物Ts＜Tg， Tpm — Ts宽，难冻结取向结构
聚丙烯（PP）、聚苯硫醚（PPS）等
涤纶熔融纺丝生产线
29
一、熔体纺丝过程
聚合物 熔体
熔体过滤 及分配
纺丝
后加工
高聚物 切片
熔体 制备
纺丝箱体分配 组件过滤
喷丝板成型
纤维
螺杆熔融
熔体(melt spinning)纺丝过程
30
熔纺纤维的纺丝成型
melt
solid
Melt-spinning sketch
Z 纤维：为单轴取向，取向的 结构单元只朝一个方向
Z
薄膜，为双轴取向，取向的结 构单元朝两个方向
Z轴为参考方向
18
纤维
聚乙烯溶液
热箱拉伸
冷却
溶液纺丝
熔融纺丝
19
薄膜
双轴取向：一般在两个垂直方向施加外力。如薄膜的双轴 拉伸，使分子链取向平行薄膜平面的任意方向。在薄膜平 面的各方向的性能相近，但薄膜平面与平面之间易剥离。
Fr（x）——在x=X处丝条所受到的流变
阻力； Fr（0）——细流在喷丝孔出口处作轴向 拉伸流动时所克服的流变阻力; Fs——纺丝线在纺程中需克服的表面张力； Fi——使纺丝线作轴向加速运动所需克服 纺丝线轴向受力示意图 的惯性力； Ff——空气对运动着的纺丝线表面所产生的摩擦阻力； Fg——重力场对纺丝线的作用力
丝条内部－热传导
径向温度场
(T-r）
丝条表面与环境介质－ 对流传热＋热辐射 纺丝线传热过程示意图（运动丝条和环境介质的传热）
39
运动丝条和环境介质间的传热:
丝条内部(0 < r < R ):传导 从丝条表面到环境介质:主要为对流传热， 还有很小一部分为热辐射. 在纺丝线上有轴向温度场（T-x） 径向温度场（T-r）
6
4. 结晶形态
• 片晶(单晶) • 球晶 • 串晶 • 纤维状晶
7
主要结晶形态的形状结构和形成条件
名称 片晶 （单晶） 形状和结构 厚10～50nm的薄板状晶体， 有菱形、平行四边形等形状。 分子呈折叠链构象，分子垂直 于片晶表面 球形，由折叠链片晶从中心往 外辐射生长组成 以纤维状晶作为脊纤维，上面 附加生长许多折叠链片晶而成 “纤维”中分子完全伸展，总 长度大大超过分子链平均长度 形成条件 长时间结晶，从0.01％溶液得 单层片晶，从0.1％溶液得多 层片晶 无应力下从熔体冷却或从浓溶 液（>0.1％）中析出结晶 受剪切应力（如搅拌），后又 停止剪切应力时 受剪切应力（如搅拌）形成
薄膜的双轴拉伸取向
薄膜挤压吹塑机
20
4、影响高分子化合物取向的因素
取向程度以F度量： αm —平均取向角； α —取向角，结构单元的排列方向和流动方向或拉伸
方向之间的角度。
αm＝0 时，F＝1。 （1）高分子化合物的结构 结构简单柔性大， F大，稳定性小,如：PE、PP
结构复杂刚性大，F小，稳定性大,如：PA、PC
纺丝设备
{ 短纤维
连续长丝
（产品）
26
{
熔融纺丝 溶液纺丝
27
高聚物的熔点、热分解温度及纺丝方法
高聚物 聚对苯二甲酸乙二酯(PET) 聚己内酰胺(PA6) 熔点/℃ 265 215 热分解温度 /℃ 300~350 300~350 纺丝方法 熔融纺丝 熔融纺丝
等规聚丙烯(PP)
聚丙烯睛(PAN) 聚乙烯醇(PVA) 纤维素（cellulose）
5
3．成型后后处理方法与结晶性
（1）二次结晶：是指一次结晶后，在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。 这个过程相当缓慢，有时可达几年，甚至几十年。
（2）后结晶：是指一部分来不及结晶的区域，在成型后继
续结晶的过程。在这一过程中，不形成新的结晶区域， 而在球晶界面上使晶体进一步长大，是初结晶的继续。 （3）二次结晶和后结晶均对性能不利，可通过热处理，加 速这两个过程的结晶，但不彻底。
31
1、熔体纺丝线上的直径变化和速度分布
对稳态纺丝(且忽略各参数在丝条截面上的分布): ρxAxVx=常数 纺丝线上不发生结晶时：ρx ≈ K
T(x)：由补偿式接 触温度计、红外线 拍照等确定 ρ(T) ① 高速摄影法 ②取样器取样法确定 ③ 激光衍射法 不发生 结晶时
ρx ≈ K Vx
έ(x) = dVx
流动取向过程中，也易发生解取向： 在流动中，由于在管道腔中沿垂直于流动方向上各不同部 位的流动速度不相同，存在速度梯度，卷曲的长链分子受 到剪切力的作用，将沿流动方向舒展伸直和取向。
另一方面，由于熔体温度很高，分子热运动剧烈，同时存 在解取向作用。 14
2、拉伸取向
（1）类型
15
2、拉伸取向
37
根据纺丝线上的力平衡方程式，可求得任意点x处
的纺丝应力，从而确定纺丝线上的应力分布。
在4000m/min的纺速下，纺
丝应力沿纺程几乎单调增加 当纺速更高纺丝线上出现颈
缩现象时，颈缩点附近纺丝
应力急剧增大
图 PET纺丝线上的应力分布
38
3、熔体纺丝线上的传热及温度分布
轴向温度场（T-X）
（2）非晶和结晶聚合物的拉伸
16
3、取向的形式
熔融挤出的管材和棒材 聚合物取向 方法和产品 双轴拉伸或吹塑的薄膜
纺丝纤维
熔融挤出的管材和棒材：：挤出时聚合物的流动取向结 构很复杂，取决于制品的形状、尺寸等。制品的取向结 构是有分布的。中心区取向程度最低，表层区受剪切取 向程度最高。
17
3、取向的形式
dvx d 2vx Ⅱa： 0, 2 0 dx dx
Ⅱb ：
dv x d 2vx 0, 2 0 dx dx
固化丝条运动区Ⅲ ：固化点之后 不再发生流动和细化，Vx=K，d=K 纺丝过程中拉伸应变速率分布的示意图
33
Ⅱ区：熔体细流向初生纤维转化的重要过渡阶段， 是发生拉伸流动和形成纤 维最初结构的主要区域. • Ⅱa:拉伸流动的主要区域,对纤维的均匀性影响很大.
dx:
dx
32
纺丝过程中拉伸应变速率分布
根据έ的不同，纺丝线可分成三个区域：
挤出胀大区Ⅰ ：喷丝板~Dm处， x<10mm，沿纺程Vx减小, έ(x) <0 在细流最大直径处，d=dmax时， έ(x) =0 形变细化区Ⅱ ：胀大点~固化点 细流拉长变细，Vx沿纺程的变化呈S 形，拐点把Ⅱ区分为Ⅱa和Ⅱb区
图 PET熔体纺丝线上的直径变化 1-自由挤出； 2－纺速4000m/min ；3-纺速6000m/min； 4-纺速7000m/min；5-纺速8000m/min ； 6-纺速9000m/min ；7-纺速10000m/min
36
2、熔体纺丝线上的力平衡及应力分布
分析从喷丝头(x=0)到离喷丝头x处 的一段纺丝线(上脱离体)： Fr(x)=Fr(0) + Fs + Fi + Ff - Fg
21
（2）低分子化合物
增塑剂、溶剂等低分子化合物的加入，使高分子 化合物的Tg、Tf 降低，易于取向，取向时的应力和温 度也显著下降，但同时解取向能力也变大。 （3）成型温度
温度升高，熔体粘度降低、松弛时间缩短，既有利
于取向，也有利于解取向。 然而，两者速度并不同，高分子材料的有效取向取 决于这两种过程的平衡情况。
11
三、聚合物粒径与粒度分布
1、颗粒结构
UHMWPE粉末颗粒形态影响其在溶剂中的溶胀溶解性能。
UHMWPE-A
UHMWPE-B
× 200 UHMWPE-C
× 1000 UHMWPE-D D
× 5000 四种UHMWPE树脂的溶胀比
12
三、聚合物粒径与粒度分布
2、粒径与粒度分布
粒径主要影响混合物的均匀性。
力学性能：抗张强度及与其垂直的方向上降低。
光学性能：双折射现象 声学性能：取向方向传播速度大 热学性能：结晶度增加，Tg提高 结 晶 性：取向可诱导结晶，提高结晶速率
25
第二章
化学纤维的成型加工
化学纤维的成型
目的：将成纤聚合物（固体、熔体或溶液） （原料：PET、PP、PA6、PAN、PVA等）
• Ⅱb：结构形成的主要区域，拉伸流动取向↑
如VL很大,可能发生大分子结晶. Ⅲ区：纤维的初生结构继续完成，拉伸形变取向↑ 结晶↑，形态结构形成
34
纺丝线上不发生结晶时：
图 PA6熔体纺丝线上 的直径变化
图 PA6熔体纺丝线上 的速度变化
35
纺丝线上发生结晶时, ρx变大，存在着一处 丝条直径急剧减小的位置
高分子材料成型与加工 第三讲
1
第五节 影响高分子材料 性能的物理因素
一、分子量及分子量分布
1、分子量与使用性能和加工性能 2、反映聚合物分子量的指标 3、分子量选择 4、分子量分布
二、聚合物的结晶性
1、聚合物结晶 聚合物的链结构与结晶关系；聚合方法与结晶； 结晶过程；成核方式和结晶方式；结晶速度和结晶温 度范围。
5．结晶性与物性
高分子化合物不能100%结晶 结晶性对高聚物物性的影响 • 力学性能 抗张强度 冲击强度 • 硬度 • 尺寸稳定性 • 延伸度 • 染色性 “结晶度”
• 光学性能
• 热性能
• 耐溶剂和渗透性
10
三、聚合物粒径与粒度分布
-涉及粒状聚合物
1、颗粒结构
悬浮法制得PVC为疏松型和紧密型颗粒， 影响PVC板（管）材的挤出性能。
22
（4）冷却温度
取向结构的获得关键在于将取向结构冻结下来。 聚合物熔体从加工温度Tpm降低到凝固温度Ts，取向结构 便能够冻结下来。 Tpm—Ts宽，聚合物松弛时间长，易发生解取向。
结晶聚合物Ts＜Tm， Tpm —Ts窄，易冻结取向结构 非晶聚合物Ts＜Tg， Tpm — Ts宽，难冻结取向结构
聚丙烯（PP）、聚苯硫醚（PPS）等
涤纶熔融纺丝生产线
29
一、熔体纺丝过程
聚合物 熔体
熔体过滤 及分配
纺丝
后加工
高聚物 切片
熔体 制备
纺丝箱体分配 组件过滤
喷丝板成型
纤维
螺杆熔融
熔体(melt spinning)纺丝过程
30
熔纺纤维的纺丝成型
melt
solid
Melt-spinning sketch
Z 纤维：为单轴取向，取向的 结构单元只朝一个方向
Z
薄膜，为双轴取向，取向的结 构单元朝两个方向
Z轴为参考方向
18
纤维
聚乙烯溶液
热箱拉伸
冷却
溶液纺丝
熔融纺丝
19
薄膜
双轴取向：一般在两个垂直方向施加外力。如薄膜的双轴 拉伸，使分子链取向平行薄膜平面的任意方向。在薄膜平 面的各方向的性能相近，但薄膜平面与平面之间易剥离。
Fr（x）——在x=X处丝条所受到的流变
阻力； Fr（0）——细流在喷丝孔出口处作轴向 拉伸流动时所克服的流变阻力; Fs——纺丝线在纺程中需克服的表面张力； Fi——使纺丝线作轴向加速运动所需克服 纺丝线轴向受力示意图 的惯性力； Ff——空气对运动着的纺丝线表面所产生的摩擦阻力； Fg——重力场对纺丝线的作用力
丝条内部－热传导
径向温度场
(T-r）
丝条表面与环境介质－ 对流传热＋热辐射 纺丝线传热过程示意图（运动丝条和环境介质的传热）
39
运动丝条和环境介质间的传热:
丝条内部(0 < r < R ):传导 从丝条表面到环境介质:主要为对流传热， 还有很小一部分为热辐射. 在纺丝线上有轴向温度场（T-x） 径向温度场（T-r）
6
4. 结晶形态
• 片晶(单晶) • 球晶 • 串晶 • 纤维状晶
7
主要结晶形态的形状结构和形成条件
名称 片晶 （单晶） 形状和结构 厚10～50nm的薄板状晶体， 有菱形、平行四边形等形状。 分子呈折叠链构象，分子垂直 于片晶表面 球形，由折叠链片晶从中心往 外辐射生长组成 以纤维状晶作为脊纤维，上面 附加生长许多折叠链片晶而成 “纤维”中分子完全伸展，总 长度大大超过分子链平均长度 形成条件 长时间结晶，从0.01％溶液得 单层片晶，从0.1％溶液得多 层片晶 无应力下从熔体冷却或从浓溶 液（>0.1％）中析出结晶 受剪切应力（如搅拌），后又 停止剪切应力时 受剪切应力（如搅拌）形成
薄膜的双轴拉伸取向
薄膜挤压吹塑机
20
4、影响高分子化合物取向的因素
取向程度以F度量： αm —平均取向角； α —取向角，结构单元的排列方向和流动方向或拉伸
方向之间的角度。
αm＝0 时，F＝1。 （1）高分子化合物的结构 结构简单柔性大， F大，稳定性小,如：PE、PP
结构复杂刚性大，F小，稳定性大,如：PA、PC
纺丝设备
{ 短纤维
连续长丝
（产品）
26
{
熔融纺丝 溶液纺丝
27
高聚物的熔点、热分解温度及纺丝方法
高聚物 聚对苯二甲酸乙二酯(PET) 聚己内酰胺(PA6) 熔点/℃ 265 215 热分解温度 /℃ 300~350 300~350 纺丝方法 熔融纺丝 熔融纺丝
等规聚丙烯(PP)
聚丙烯睛(PAN) 聚乙烯醇(PVA) 纤维素（cellulose）
5
3．成型后后处理方法与结晶性
（1）二次结晶：是指一次结晶后，在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。 这个过程相当缓慢，有时可达几年，甚至几十年。
（2）后结晶：是指一部分来不及结晶的区域，在成型后继
续结晶的过程。在这一过程中，不形成新的结晶区域， 而在球晶界面上使晶体进一步长大，是初结晶的继续。 （3）二次结晶和后结晶均对性能不利，可通过热处理，加 速这两个过程的结晶，但不彻底。
31
1、熔体纺丝线上的直径变化和速度分布
对稳态纺丝(且忽略各参数在丝条截面上的分布): ρxAxVx=常数 纺丝线上不发生结晶时：ρx ≈ K
T(x)：由补偿式接 触温度计、红外线 拍照等确定 ρ(T) ① 高速摄影法 ②取样器取样法确定 ③ 激光衍射法 不发生 结晶时
ρx ≈ K Vx
έ(x) = dVx
流动取向过程中，也易发生解取向： 在流动中，由于在管道腔中沿垂直于流动方向上各不同部 位的流动速度不相同，存在速度梯度，卷曲的长链分子受 到剪切力的作用，将沿流动方向舒展伸直和取向。
另一方面，由于熔体温度很高，分子热运动剧烈，同时存 在解取向作用。 14
2、拉伸取向
（1）类型
15
2、拉伸取向
37
根据纺丝线上的力平衡方程式，可求得任意点x处
的纺丝应力，从而确定纺丝线上的应力分布。
在4000m/min的纺速下，纺
丝应力沿纺程几乎单调增加 当纺速更高纺丝线上出现颈
缩现象时，颈缩点附近纺丝
应力急剧增大
图 PET纺丝线上的应力分布
38
3、熔体纺丝线上的传热及温度分布
轴向温度场（T-X）
（2）非晶和结晶聚合物的拉伸
16
3、取向的形式
熔融挤出的管材和棒材 聚合物取向 方法和产品 双轴拉伸或吹塑的薄膜
纺丝纤维
熔融挤出的管材和棒材：：挤出时聚合物的流动取向结 构很复杂，取决于制品的形状、尺寸等。制品的取向结 构是有分布的。中心区取向程度最低，表层区受剪切取 向程度最高。
17
3、取向的形式
dvx d 2vx Ⅱa： 0, 2 0 dx dx
Ⅱb ：
dv x d 2vx 0, 2 0 dx dx
固化丝条运动区Ⅲ ：固化点之后 不再发生流动和细化，Vx=K，d=K 纺丝过程中拉伸应变速率分布的示意图
33
Ⅱ区：熔体细流向初生纤维转化的重要过渡阶段， 是发生拉伸流动和形成纤 维最初结构的主要区域. • Ⅱa:拉伸流动的主要区域,对纤维的均匀性影响很大.
dx:
dx
32
纺丝过程中拉伸应变速率分布
根据έ的不同，纺丝线可分成三个区域：
挤出胀大区Ⅰ ：喷丝板~Dm处， x<10mm，沿纺程Vx减小, έ(x) <0 在细流最大直径处，d=dmax时， έ(x) =0 形变细化区Ⅱ ：胀大点~固化点 细流拉长变细，Vx沿纺程的变化呈S 形，拐点把Ⅱ区分为Ⅱa和Ⅱb区
图 PET熔体纺丝线上的直径变化 1-自由挤出； 2－纺速4000m/min ；3-纺速6000m/min； 4-纺速7000m/min；5-纺速8000m/min ； 6-纺速9000m/min ；7-纺速10000m/min
36
2、熔体纺丝线上的力平衡及应力分布
分析从喷丝头(x=0)到离喷丝头x处 的一段纺丝线(上脱离体)： Fr(x)=Fr(0) + Fs + Fi + Ff - Fg
21
（2）低分子化合物
增塑剂、溶剂等低分子化合物的加入，使高分子 化合物的Tg、Tf 降低，易于取向，取向时的应力和温 度也显著下降，但同时解取向能力也变大。 （3）成型温度
温度升高，熔体粘度降低、松弛时间缩短，既有利
于取向，也有利于解取向。 然而，两者速度并不同，高分子材料的有效取向取 决于这两种过程的平衡情况。
11
三、聚合物粒径与粒度分布
1、颗粒结构
UHMWPE粉末颗粒形态影响其在溶剂中的溶胀溶解性能。
UHMWPE-A
UHMWPE-B
× 200 UHMWPE-C
× 1000 UHMWPE-D D
× 5000 四种UHMWPE树脂的溶胀比
12
三、聚合物粒径与粒度分布
2、粒径与粒度分布
粒径主要影响混合物的均匀性。
力学性能：抗张强度及与其垂直的方向上降低。
光学性能：双折射现象 声学性能：取向方向传播速度大 热学性能：结晶度增加，Tg提高 结 晶 性：取向可诱导结晶，提高结晶速率
25
第二章
化学纤维的成型加工
化学纤维的成型
目的：将成纤聚合物（固体、熔体或溶液） （原料：PET、PP、PA6、PAN、PVA等）
• Ⅱb：结构形成的主要区域，拉伸流动取向↑
如VL很大,可能发生大分子结晶. Ⅲ区：纤维的初生结构继续完成，拉伸形变取向↑ 结晶↑，形态结构形成
34
纺丝线上不发生结晶时：
图 PA6熔体纺丝线上 的直径变化
图 PA6熔体纺丝线上 的速度变化
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纺丝线上发生结晶时, ρx变大，存在着一处 丝条直径急剧减小的位置
高分子材料成型与加工 第三讲
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第五节 影响高分子材料 性能的物理因素
一、分子量及分子量分布
1、分子量与使用性能和加工性能 2、反映聚合物分子量的指标 3、分子量选择 4、分子量分布
二、聚合物的结晶性
1、聚合物结晶 聚合物的链结构与结晶关系；聚合方法与结晶； 结晶过程；成核方式和结晶方式；结晶速度和结晶温 度范围。