01 高聚物加工原理概述

(2) 比重小
与其它材料相比较。它的比重为金属材料的 1/5～1/8,所以比较轻，多用于要求重量轻的零部 件上，如用于航天飞机、汽车、家电等。
(3) 耐腐蚀、耐磨损
具有较好的防腐能力,在酸碱中较稳定。可 用于化学加工用设备零部件；其摩擦系数较小， 摩擦阻力小，噪音也小。可用工程塑料制成轴承、 齿轮等。 8
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6．《高聚物流变学及其在加工中的应用》徐佩弦编 立 足于应用，比较详细地探讨了聚合物的各种成员方法中 涉及的流变学问题，参看 2章 线性粘性流动 3章高聚物熔体的流动和弹性 9章 拖曳流分析 10章压力流分析。
7．《高聚物的结构与性能》李斌才编
第8章 高聚物的热学性质,第10章高聚物的力学性质 （粘弹性及流变行为（成型加工））
21世纪人类面临的八大领域：
生命科学与生物技术 信息科学与工程 材料科学与工程
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新型能源科学
环境科学 海洋科学 宇航科学 安全科学
此八大领域均与材 料的重要性有关
八大领域与新材料的关系
环境科学
生命科学
生物 脏器 组织
安全科学
信息科学 海洋科学
新型材料 新能源科学
宇航科学
•功 •能 •材 •料
1.2.1 聚合物的特性与应用
掌握加工方法，必须了解被加工对象聚合物， 为什么应用广泛,有哪些特性，应用中有那些优 越性？
聚合物有许多特殊的性能,综合如下:
(1) 成型性好
因为在加工温度范围内，物料的流动性好(加工 成型性好) ，所以可用于挤出、注射、压延、吹 塑、模压等塑化成型方法,可制成管、板、异型、 棒、薄膜、丝、包装容器,一次二次即可成型。 成型成本低、周期短。 7
(7) 透明性好
制品光亮透明，可制成镜片、 光学仪器、光盘等。
(8) 防辐射、耐高温、变形小
(9) 弹性好
特种塑料具有较好的防辐射、耐高温等性能， 可用于国防工业领域应用，尖端高科技。 橡胶具有很好的弹性，可用于轮 胎、密封制品、输送带、传送带等。
(10) 耐磨、防蛀性好： 合成纤维具有良好的耐磨性，并且保暖、硬挺、 易洁防蛀可用于纺织品。 10
聚合物通过加工成型才能获得所需的形状、 结构与性能，成为有使用价值的材料或制品。聚 合物加工是指把橡胶（生胶）和塑料（合成树脂） 加工成实用的制品，把合成纤维聚合物纺成丝的 工程技术。
聚合物加工原理涉及到原(新）材料的性质、 加工工艺和机械设备之间的相互影响作用，必 需了解、认识并掌握它们之间的协调关系，才 可能进行合理的选材、制定科学工艺和选择设 计设备,进行高效生产。 3
研究生参考书目及期刊
1. 《高分子物理》金日光、华幼卿编。 了解高分 子材料结构与热力学性能的等物理性能的关系， 为高聚物成型了解聚合物的特性（流变特性）。 扩展要求： 注意（第一章高分子链结构、第二章高分子聚集 态结构、第三章高聚物的分子结构与热转变，第 六章高聚物的熔体粘流态与热流变性）
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2．《聚合物加工原理》Z.塔德莫尔 C.G 戈戈斯著
唐跃
第一章 绪 论
1.1 “聚合物加工原理”课程的 性质、地位和作用
“聚合物加工原理” 是聚合物成型加工研究 领域，属于高分子工程(原理、加工、生产)研究 范围，是高分子科学的一个分支。 高分子材料(聚合物)主要包括: 塑料、橡胶及合成纤维。 2
高分子材料
•塑料
•橡胶
•纤维
•表面材 料（涂料）
当今世界科技发展的现状和趋势
此书首先提出一种有条理的、全面的、有效的聚合物加工过 程分析，达到了对聚合物加工完整的而不是零散的研究方式。传 统上，聚合物都是按照特定的加工方法，例如挤出、注射、模压、 压延等进行分析，实际聚合物在成型中的变化不是独立的，前后 的加工过程中也经历了类似的变化，这些基本变化可用一系列基 本加工阶段（elementary progressing steps），这些基本阶段 能为任何一种成型方法所用。
分成：聚合物的结构与性能、工程基础（平衡方程、聚合物熔 体流变学、混合物和混合表征）、聚合物加工中的基本阶段（固 体粒子的处理、熔融、增压泵送、混合）、成型[口模成型、模 塑和铸塑、二次成型（吹塑等）压延]等四部分
3.《聚合物加工原理》[英] Roger T. Fenner 纳著 简介聚合物成型原理。 罗杰.芬
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1．2 聚合物加工的科学内涵
1.重要性 聚合物加工成型是把通用材料、
新材料、高科技材料转化为使用产品的关键。 2.科学性 为了解聚合物材料的加工特性, 确定更好的加工设备(成型方法),选择更适宜 的加工条件,制取优异性能的制品，为加工出 具有预期性能的高分子制品提供理论依据。 5
3.工程性 加工原理注重工程实际，将理论 应用于生产，应用于开发，应用于创新。 4.综合性 聚合物材料的加工要控制制品结构 和性能,它涉及到数学、物理、化学、流变学、 机械、计算机技术等多学科应用，形成一门科学 与工程紧密结合的学科。 从材料到产品加工作用影响着聚合物结构的变 化进而影响其使用综合性能。 6
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4.《Rubber World》<橡胶世界>报导美国及 其它国家橡胶生产技术的进展、介绍有关 材料设备、和产品。是美国橡胶行业的主 要杂志。 5.《Plastic World》 <塑料世界>介绍塑料生 产设备、机械、材料、报道行业新闻和市 场动态。 6.《Progress in Rubber & Plastics Technology 》<橡胶与塑料技术进展>刊载有关橡胶 与塑料工业最新发展及未来发展趋势的评 论性文章及市场行情及产品应用。 26
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国外重要学术刊物
1.《Polymer Engineering and Science》<聚合物工程 与科学>介绍聚合物材料的制备及成型的前沿科学 研究，学术性很强。 2.《Advances in Polymer Technology 》<聚合物技术 进展>反映聚合物技术进展和趋势原始论文和评论, 包括:材料\生产加工方法\设备和产品设计\技术经 济研究论述\专利评价和技术快讯 3.《Plastic and Rubber Processing ＆Application》< 塑料、橡胶加工与应用> 刊载有关塑料、橡胶和复 合材料的加工技术、加工性能的影响及应用方面的 原始论文。
反映在：
① 结构组成复杂性（随条件的变化，成型 结构变化大）； ② 数学问题处理复杂性（粘性、弹性、粘 弹性行为）； ③ 成型过程变异性（制品形状不同于模具形 状）等，与低分子及金属成型有诸多不同之 处）。
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聚合物加工（成型）原理是研究如何把聚合物原料转 变成具有特定形状、结构和性质加工过程的规律。
《聚合物加工原理》 （Principle of Polymer Processing） 是化工过程机械系列课程必修的技术基础理论课。 通过探求聚合物加工过程的内在规律，并形成 系统知识，能对高分子材料加工成型过程进行基本 理论分析和工程定量计算。 能引申到具体问题的研究，发展创造型的工程 构思，为实现创造性的变革设计提供手段。 了解认识聚合物加工领域的总体，将高分子材 料的成型过程理论与工艺知识、设计要求有机结合， 为日后的实际设计与应用奠定基础，进而将其它学 科的发现、发展引入和融合进去，促进本学科的进 步与拓展。对化工过程机械专业的学习具有重要作 用。
8．《螺杆设计及其理论基础》朱复华 编 （涉及螺 杆的理论研究与实验的多方面）已经改板。
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9．《注射成型技术》王兴天 编 （注意相关成 型的研究，注射是挤出与注射的统一） 10．《聚合物加工中的传递现象》戴干策 主编 聚合物加工认为是传热、传质及传动的综合 应用。 11．《塑料机械设计》专业基础教材 12．《橡胶机械设计》专业基础教材
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1. 3. 2 研究过程
调研、文献阅读 立题 方案论证 实验操作（观察操作过程） 简化、假设建立物理模型 数学模型求解（得出各因素，考察关系式） 用实验验证。 18
1.3.3 课程学习要求
引导分析加工过程的思路，着重介绍思想方法，理论 基础知识的应用。 介绍典型范例作为知识载体，再引入到更普遍的聚合 物加工领域中，希望起到抛砖引玉的作用，这些范例主 要结合实际应用。
学习中注意:
弱化对概念的死记与背诵，强化对概念的理解和运用；
弱化公式的直接代入与套用，强化公式的变形与活用；
弱化对理论的机械搬用，强化对理论的条件把握和移植； 弱化再现思维，强化求异思维和创新思维。
教你如何找答案、传授一些先进的理念，
日后开辟自己的设计创新之路。 课程报告 课堂笔记+阅读论文+口试
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4.《聚合物加工基础》< Fundamentals of Polymer Processing >[美] S.Middleman 米德尔曼 著 5.《塑化挤出工程原理》 [美] Z.塔德莫尔 I.克莱 因 著 着重于所讨论的内容的实际意义，尽可能提出 研究问题的定量处理，能够将工程知识用于实践。 共十一章。塑化基础导论、流动基本概念、螺杆几 何参数、固体输送、熔融区、熔体输送，挤出机中 的混合，塑化挤出机的数学模型、挤出稳定性和挤 出物质量、实验温度和压力测量。挤出过程的统计 分析。
加工过程研究涉及到基础知识，如：
（1）要建立并求解线性或非线性微分方程； （2）要考虑加工过程聚合物的固液转变及其流变性； （3）要了解加工过程的聚合物与设备之间的传质、传 动与传热；
（4）更复杂的要考虑加工过程的混合、交联、改性等等。
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学习中注意：橡胶、塑料成型机械有许多共性，又 有各自的特性，同时了解橡胶、塑料加工过程，有 利于比较，技术上相互借鉴，可以开拓思路，进行 创新设计。 尽管聚合物加工成型已经工业化生产，但还有 许多科学问题等待人们解决理解，还有许多未知的 学科领域等待开拓。目前，这个分支学科还是相对 薄弱的环节，有很大的潜在研究内容。在当今先进 的技术条件下，还需要更多的科学解释。不断深入、 不断综合、不断扩展，是年轻学子们继承前人的研 究成果，吸取其它学科的新成就，拓展本学科研究 领域的基础。希望在学习课程之后，能够打好这个 基础。
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1.3聚合物加工原理的研究方法 1．3．1 研究思路
1.抓住要点明确研究立题
研究课题的确立要体现应用性和综合性。先从单一 课题研究入手，再继续深入发展学科的角度考虑， 加强不同学科间知识的融合，使研究既能解决工程 实际问题，又具有理论价值。落实研究有意义、有 内容、有方法、有计划，选题过程是论文构思过程。
新型高分子材料
(1) 智能高分子材料 温度敏感型材料 （控制材料温感亲水、疏水特性） 光敏感型材料 （控制材料光感凝胶特性） 电场敏感型材料 （控制材料电感凝胶特性） (2)生物分离用高分子材料 膜分离 新和乳胶生物分离 乳胶诊断剂
（3）医疗用高分子材料（注射器、器官）
（4）医药高分子材料
（5）高分子微球材料 （6）高功能胶粘剂 （7）尖端高分子材料（耐热 用于飞机 宇航防老化）
(4) 电绝缘性好
有较好的电绝缘性，耐电弧性能优良，介电损 耗小。可用于电器的导线护套、仪表盘外壳、 电器外壳等。
(5) 保温性好、隔音性好
塑料、橡胶导热系数小， 所以具有保温作用，如用于 建材保温板、隔音板等。 (6) 容易染色 树脂很容易混入各种颜色料，色泽均匀可调， 可用于日常用品、工业设计产品，美化生活与环 境。 9
2.探索实际难题
市场竞争关键技术往往隐藏着重要学术问题，研究 者应该密切注意学术界和生产加工界信息，下厂、 下实验室，在生产实践中认识问题，在科学实验探 索问题，并开辟创新途径。
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3.获取信息分析
在进行课程学习及课题研究时，要大量获 取信息，了解研究领域的行情，以确定自己 的研究方向与目标，要注意如何掌握信息， 如何切入研究，怎样进行研究，要得到哪些 研究成果。 4.理论用于实际 理论要应用于实际，目前可以利用一些 现代化仪器分析技术及测试手段获取数据， 或对实际中需要的性能参数进行表征，经理 论推导，得出模型，再在实际中验证研究结 果的正确性。
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1.2.2 聚合物加工的科学内涵
随着高分子工程向高层次发展，现代聚合物加 工过程及其相应的理论与技术愈来愈呈现两个 显著特性： 一是学科的科学性：即涉及到加工系统的理 论及工程方法越来越多 (满足优质、高效、 节能、经济的需求） ； 二是学科的综合性或技术的集成性：即现代 聚合物加工过程和加工技术绝非原来单一学 科知识能够支撑，而必须依赖于多门学科知 识的有机结合。 12