聚合物加工原理

Q CP T P
熔融潜热：单位质量物质在熔点温度下，从固态变为液态所需 的热量。
34
四、高分子材料的热物理特性 压缩性与热胀性
绪 论Biblioteka 导热系数：当温度梯度为1时，该物质在单位时间内，从单位面
积所传递的热量。
qn /
dT dn
导温系数：物质通过导热传递热量的能力与储存热量的能力 的比值。
一、塑料
塑料的分类
常用的高分子材料
弯曲弹性模（MPa）
淬火 1130 980 740 470 400 218 未淬火 2390 2330 1810 850 510 380
拉伸强度（MPa）
淬火 50 44 33 25 24 20 19 未淬火 30 325 30 20 18 135 115
断裂伸长率（%）
淬火 100 160 190 400 500 500 480 未淬火 70 100 150 470 650 600 540
三、高分子材料的力学状态
线型晶态高分子材料的力学状态
绪 论
分为一般分子量和很大分子量两种情况。 一般分子量的高聚物在 低温时，链段不能活动， 变形小，在 Tm 以下与非 晶态的玻璃相似，高于Tm 则进入粘流态。 分子量很大的高聚物存 在高弹态。
线型晶态高聚物的 温度-变形曲线
四、高分子材料的流动特性 剪切变稀现象

C P
35
第二章 常用的高分子材料
高分子工程材料 包括塑料、合成纤 维、橡胶和胶粘剂
等。
一、塑料
常用的高分子材料
塑料是在玻璃态下使用的高分子材料。在一定温度、 压力下可塑制成型，在常温下能保持其形状不变。

塑料是以树脂为主要成分， 加入各种添加剂。 树脂是塑料的主要成分， 对塑料性能起决定性作用。 塑
高弹态和粘流态，而结晶型聚合物只有固态和粘流态。
二、高分子材料的结构 高分子的聚集态结构——晶态与非晶态
部分结晶型高分子材料 一个大分子链可以穿过 几个晶区和非晶区。 晶区熔点、密度、强度、 硬度、刚性、耐热性、
绪 论
化学稳定性高，而弹性、
塑性、冲击强度下降。
二、高分子材料的结构 高分子的聚集态结构——晶态与非晶态
数均分子量： 重均分子量：
M n M 0 X n M 0 XYX
X 1

M W M 0 X W M 0 XWX
X 1
二、高分子材料的结构 均聚物和共聚物
绪 论
聚合物可以由一种或多种单体聚合而成，一种单体 构成的聚合物为均聚物，两种或两种以上单体构成的聚 合物为共聚物。
三、高分子材料的力学状态 线型非晶态高分子材料的力学状态
绪 论
玻璃态：低温下，链段不能运动。在外力作用下， 只发生大分子原子的微量位移，产生少量弹性变形。

高聚物呈玻璃态的 最高温度称玻璃化 温度，用Tg表示。
线型非晶态高聚物的温度-变形曲线

处于该状态的材料
有塑料和纤维。
三、高分子材料的力学状态
75
0．93 120 18 300 27 230
85
0．94 125 25 100 21 380
95
0．96 130 40 20 16 700
二、高分子材料的结构 高分子的聚集态结构——晶态与非晶态
结晶度对高聚物性能的影响
绪 论
聚四氟乙烯力学性能与结晶度的关系
温度 （℃）
-40 -20 0 20 40 80 100
共聚物：丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物ABS(Acrylonitrile-ButadieneStyrene)，其中丙烯腈表面硬度高，丁二烯韧性好，苯乙烯加工性好， 染色性好。 共混物: PP+尼龙、PE＋EVA、PVC＋EVA等等。 无规共聚：A－A － B － A － B － B － B － A － B － B － A － A － B － A 接枝共聚：A － A － A － A － A － A － A － A － A － A － A － A
绪 论
柔顺性与单键内旋转的难易程度有关
二、高分子材料的结构 大分子链的结构
大分子链的形状
绪 论
线型结构：弹性、塑性好，硬度低，是热塑性材料。 支链型结构：近于线型结构 。 体型结构：硬度高，脆性大，无弹性和塑性，是热 固性材料。
二、高分子材料的结构 大分子链的结构
支化模型
绪 论
二、高分子材料的结构 大分子链的结构

1 V V T P

1 L L T P
33
四、高分子材料的热物理特性 压缩性与热胀性
绪 论
热容：每千克物质温度升高1º C所需的热量。不仅取决于材料
本身，而且还与热力学过程有关。热容分为定容比热CV和定压
比热CP，分别定义为：
Q CV T V
二、高分子材料的结构 高分子的聚集态结构——晶态与非晶态
结晶度对高聚物性能的影响
绪 论
力学性能：模量↑；硬度↑；伸长率↓；冲击强度↓ 拉伸强度——高弹态↑；玻璃态↓ 力学性能也与结晶形态有关 球晶尺度↑：伸长率↑；冲击强度↓；模量↓；强度-
其它性能：热性能↑ ；耐溶剂性↑ ；溶解性能↓ ； 透气性↓ ；密度↑ ；光学透明性↓
螺旋形等畸变，最终导致完全无
规则的挤出物断裂。
四、高分子材料的热物理特性 压缩性与热胀性
绪 论
材料的压缩性和热胀性，是宏观物体在一定压力或温度
作用下体积变化或几何尺寸变化的性质。
压缩系数：材料的压缩性用体积压缩系数k来表征。
K 1 V V P T
热膨胀系数：材料的热胀性可用体膨胀系数和线膨胀系 数表示。
当聚合物熔体从小孔、毛细管或窄
缝中挤出时，挤出物的直径或厚度会 明显大于孔道的实际尺寸。
绪 论
四、高分子材料的流动特性 不稳定流动与熔体破裂现象
聚合物挤出时，当挤出速率过
绪 论
高，超过某一临界剪切速率时，
会出现弹性湍流，导致流动不稳 定，挤出物的表面变粗糙。随着 挤出速率的进一步增加，先后将 出现波浪形、鲨鱼皮形、竹节形、
聚合物加工原理
橡塑机械工程研究中心
谢林生
第一章 绪 论
一、何谓聚合物材料（高分子材料）： 是指那些由 众多原子或原子 团主要以共价键 结合而成的相对 分子量在一万以 上的化合物。
一、何谓高分子材料：
绪 论
定义：
高分子材料是以高分子化合物为主要组分 的材料。常称聚合物或高聚物。 高分子化合物的分子量一般>104 。 高分子化合物有天然的，也有人工合成的。 工业用高分子材料主要是人工合成的。
结晶度的定义
定义：聚合物中结晶部分所占百分数 重量百分结晶度
f cW Wc Wc Wa
绪 论
体积百分结晶度
f cV
Vc Vc Va
晶区与非晶区不存在明显的界面 结晶度的数值与测定方法 、测试条件有关
二、高分子材料的结构 高分子的聚集态结构——晶态与非晶态
结晶度对高聚物性能的影响 结晶结构
绪 论
按主链上的化学组成分为碳链聚合 物、杂链聚合物和元素有机聚合物。
二、高分子材料的结构 大分子链的结构
大分子链的柔顺性 由于主链共价键有一定键长和 键角，保持键长和键角不变时单 键可任意旋转，称单键的内旋转。 内旋转使大分子链卷曲成各种不 同形状，对外力有很大的适应性， 这种特性称为大分子链的柔顺性。
共聚物是两种或多种单体同时聚合的结果，不是两 种或多种均聚物的机械共混物，共聚物分子结构的形状， 可以是无规的、接枝的和交替的、嵌段的。共聚物可得 到合乎需要的每种均聚物的理想性质的某种精细混合， 而机械共混物却不能得到合乎需要的每种均聚物性质的 精细混合。
二、高分子材料的结构 均聚物和共聚物
绪 论
一、何谓高分子材料： 高分子化合物的组成
由简单的结构单元重复连接而成。 如由乙烯合成聚乙烯:
绪 论
CH2=CH2+CH2=CH2+→-CH2-CH2-CH2-CH2- ,
简写成 n CH2=CH2→ [ CH2–CH2 ]n 。
一、何谓高分子材料： 高分子化合物的组成
绪 论
一、何谓高分子材料：
料 制 品

一、塑料
添加剂的作用
填料主要起增强作用；
常用的高分子材料
改善塑料某些性能。
增塑剂用于提高树脂的可塑性和柔软性；
固化剂用于使热固性树脂由线型结构转变为体型结构； 稳定剂用于防止塑料老化，延长其使用寿命； 润滑剂用于防止塑料加工时粘在模具上, 使制品光亮； 着色剂用于塑料制品着色。 其他的还有发泡剂、催化剂、阻燃剂、抗静电剂等。
↓
绪 论
高分子链排列规则、整齐、紧密
↓ ↓
分子链间的作用增大
↓
链段的运动困难
↓
影响各种宏观性能
二、高分子材料的结构 高分子的聚集态结构——晶态与非晶态
结晶度对高聚物性能的影响 不同结晶度聚乙烯的性能
绪 论
结晶度%
相对密度 熔点（℃） 拉伸强度Mpa 伸长率（%） 冲击强度（KJ/m2） 硬度
65
0．91 105 1．4 500 54 130
化学结构
举例
线型高分子
PE、PP、PVC、ABS、PMMA、 PA、PC、POM、PET、PBT等
由线型分子变为体型分子
PF、UF、MF、ER、UP等。
二、高分子材料的结构 大分子链的结构
绪 论
二、高分子材料的结构 分子量
绪 论
聚合物的分子量、支化度、交联密度是随聚合反 应条件的变化而变化的，加之聚合过程中还要受到大 量偶然因素的影响，使得在一种聚合物样品中很难找 出同样长度、同样支化度的链状大分子，这一现象称 为高分子化合物的多分散性。