第五章 5-2‘

二、成型 成型是将一个分散体系（粉体、塑性物料和 浆料）转变成具有一定几何形状、体积和强 度的块体。 1．半干法成型 半干法成型也叫压制成型，就是把粉料置 于金属模中，施加足够高的压力将粉料压 成密实而坚硬的坯件，粉料中加入不超过5 ％的水，对于可塑性较差的瘠性料通常还 需加入一定的有机塑化剂（如石蜡等) 。

4、聚合物加工中的交联 聚合物加工中，线型大分子链转变成三维网 状结构的化学反应称为交联。 影响聚合物交联的因素主要有聚合物结构、 温度、受热时间及应力。

聚合物加工的基本工艺过程
A、成型物料的配制 1 粉料的配制 （1）原料的准备
（2）原料的混合
2 粒料的配制 （1）塑炼 就是在聚合物流动温度和较高的剪切速 率条件下，通过热和机械力的作用，使初混物软化为 具有可塑性的均匀熔体的过程。 （2）粒化 塑炼完后得到的固体物料进行切割造粒
聚合物材料的成型温度与其所处物理状态的关系：

影响聚合物粘流温度和成型温度的重要因素：大分 子链结构、分子量、外力。 玻璃化温度以下进行车、铣、削等机械加工； 无定形聚合物在高弹态靠近粘流温度，可进行真空 成型、压力成型、压延成型、弯曲成型等； 结晶聚合物可在玻璃化温度至熔点之间进行薄膜和 纤维的拉伸； 在粘流温度以上较高温度下，可进行挤出、吹塑、 贴合等成型。 热塑性聚合物的挤压成型、注射成型和压延成型合 适的成型温度在粘流温度和分解温度之间。

平板玻璃的深加工


钢化玻璃：分为物理钢化和化学钢化。物理钢化可 分为风钢化和液体钢化。风钢化是玻璃在加热炉内 加热到接近软化温度，保温一段时间，然后将此玻 璃迅速送入冷却装臵，用低温高速气流对玻璃进行 均匀淬冷，使玻璃内层产生张应力，外表层产生压 应力，经过这样处理的玻璃就称为钢化玻璃。 优点：钢化玻璃具有良好的热稳定性，安全性。 缺点：钢化玻璃不能切裁、钻孔及磨边。
水泥：粉状水硬性无机胶凝材料，加水搅拌 后成浆体后能在空气或水中硬化。 按照用途和性能分，水泥可分为通用水泥、 专用水泥和特种水泥。 硅酸盐水泥的生产工艺过程可概括为“两磨 一烧”。

石灰质原料 粘土质原料 校正原料 配料 混合 研磨 生料 石膏 硅酸盐水泥 细磨 煅烧 熟料
图5-11 硅酸盐水泥生产流程示意图
玻璃熔制的五个阶段
（1）硅酸盐形成阶段 800～900℃ 进行；最后变成由硅酸盐和二 氧化硅组成的不透明烧结物；硅酸盐形成速 度取决于配合料性质和加料方式。 （2）玻璃形成阶段 1200～1300 ℃左右进行； 硅酸盐和石英砂粒完全溶解于熔融体中， 成为含大量可见气泡、条纹、在温度上和化 学成分上不够均匀的透明的玻璃液。
有的原料还需进行煅烧处理。煅烧的作用主要 有三个方面： 其一是使原料的晶型发生转变，以避免物料在 烧结过程产生晶型转变而使瓷体产生裂纹； 其二是利用晶型转变产生的内应力和煅烧过程 中产生的热应力使原料进一步细化； 其三是在煅烧过程中除去物料中的有害杂质。
之后要进行的是坯料制备。坯料是指原料经 粉碎和适当的加工后，能满足成型工艺要求 的均匀混合物。根据成型方法的不同，坯料 分为注浆坯料、可塑坯料和压制坯料三种。

玻璃的制备过程包括：备料、熔制、成型及 深加工等。
主要原料 辅助原料 破碎及筛分 破碎及筛分 熔制 混合 配合料
成型
成品
检验
深加工
Байду номын сангаас
玻璃的主要成分 SiO2：耐热、耐压、脆性、化学稳定性和透 明性。 碱金属氧化物：降低玻璃的粘度。 碱土金属氧化物：避免玻璃的析晶，提高化 学稳定性和机械强度。
配合料的制备：原料选择与计算、原料 加工及配合料的混合等。 玻璃的熔制： 包括硅酸盐形成、玻璃形成、玻璃液澄清、 玻璃液均化和玻璃液冷却。
2、聚合物的流动特性
聚合物与低分子相比，其流动有明显的特点： ①低分子物流动为整个分子的运动，而聚合物 的移动是通过分子链段的移动来实现。 ②聚合物流体的流动一般呈现“非牛顿性质”。 大多数聚合物流体表现“切力变稀”的特性。 ③聚合物流体是一种粘弹性体系。




3、高聚物的粘流温度及成型温度 影响聚合物粘流温度和成型温度的重要因素：大分 子链结构、分子量、外力。 大分子柔性好，链旋转位阻小，链段也短，链段运 动需要的自由体积小，故在较低温度下即可发生粘 性流动。 分子链极性大，分子间作用力也大，只有在较高的 温度下才具有足够的活动能力，因此降低分子间的 作用力是降低粘流温度和成型温度的重要途径。 分子量大分子间作用力大，分子链间产生相对位移 困难，粘流温度高。 增加外力和延长外力作用时间可有效提高链段沿外 力方向运动的能力，使分子链间的相对位移容易， 则降低了粘流温度。
烧成是指坯体在高温下发生一系列的物理化 学变化，坯体逐渐致密化，形成预期的矿物 组成和显微结构，并赋予制品预期性能的过 程。 陶瓷烧成的工艺过程一般包括坯体排出水分、 分解和氧化、相变化、烧结和冷却阶段。 烧成过程中需要严格控制的因素包括：升 温速度、烧成温度、保温时间、冷却速度、 气氛种类与气氛压力等。 陶瓷后加工：打磨抛光、表面金属化、胶装 附件等。
石英化学成分为SiO2，部分以硅酸盐化合物 状态存在，构成各种矿物岩石；另一部分则 以独立状态存在，成为单独的矿物实体。
长石是一族矿物的总称，其化学成分为不 含水的碱金属与碱土金属铝硅酸盐，呈架 状硅酸盐结构。长石主要分为钠长石 （Na2O•Al2O3•6SiO2）、钾长石（K2O• Al2O3•6SiO2）、钙长石（CaO• Al2O3•2SiO2） 和钡长石（BaO• Al2O3•2SiO2）。
2．可塑成型 可塑法所用坯料一般加人一定量的水分（在 16％左右)，将预制好的坯料投人挤泥机中 挤成泥条，然后切割成荒坯，压制成型。
3．注浆成型 注浆成型是将具有流动性的坯料(料浆)注人 石膏模中，利用石膏的吸水性使含水量降低 而固化成型。 成型后还需进行干燥、排蜡、施釉等工序。
三、陶瓷的烧成或烧结
5.1.2.2 玻璃的制备原理及方法
玻璃的优异性能： （1）极高的透光性； （2）质地坚硬、致密，具有较高的机械强度 和气密性； （3）极高的化学稳定性； （4）很好的成型性能和加工性能。 （5）电绝缘性，较好的热稳定性和隔热性能 （6）通过改变成分和制作工艺，可以得到不 同性能的玻璃。 （7）原料来源广，价格低。
不定型耐 浇铸 火材料 热处理 熔铸 制品 机加工
收棉 除渣
高分子材料的制备

高分子材料的制备包含三个层次：第一层次 为聚合物合成；第二层次为聚合物粒料、粉 料或块状料的制备；第三层次则是聚合物成 型加工。
聚合物的成型加工特性 1、聚合物材料的熔融特性



金属或无机非金属材料的加热熔融中，热传导是最 常见和最重要的提高固体温度并使之熔融的方式。 金属或非金属的熔融方法主要有：混合熔融、对流 熔融和接触熔融。 聚合物不能简单采用混合熔融的方法，因为聚合物 较低的导热系数、热不稳定性、高熔融粘度决定其 必须依靠强烈搅拌，其熔融方法的实质是依靠由搅 拌转轴输入的机械能转化为熔融区的粘性耗散热 （摩擦热）、固体（或粒子）区的机械变形和初始 阶段粒子间的摩擦转变成的热，使聚合物达到充分 熔融。
夹层玻璃：在两块或两块以上的玻璃板间用 具有弹性、透明的有机塑料牢固胶结而成的 复合玻璃。 中空玻璃是由两片或多片平板玻璃构成，中 间充入干燥空气或其他气体相互隔离并密封。 镀膜玻璃是在玻璃基体表面镀上一层或数层 金属单体、金属化合物或非金属化合物涂层， 来满足特殊的性能要求。

水泥的制备




（3）玻璃液澄清阶段 1400～1500℃ 进行； 气体因玻璃液黏度降低而大量逸出，直到气泡全部 排出。 （4）玻璃液均化阶段 此阶段结束时的温度略低于澄清温度； 当玻璃液长时间处于高温下，由于对流、扩散、溶 解等作用，玻璃液中的条纹逐渐消除，化学组成和 温度逐渐趋向均一。 （5）玻璃液冷却阶段 将清澄和均化了的玻璃液均匀降温，使玻璃液具有 成型所需的黏度； 在冷却阶段应不破坏玻璃液的质量； 浮法玻璃冷却阶段结束的温度在1100～1050℃左右。

3、聚合物加工中的降解 聚合物加工是在高温和应力作用下进行，因 此，聚合物大分子可能受到热和应力的作用 或聚合物中微量的杂质和空气中氧的作用而 发生降解。 为了避免聚合物在加工中的降解，首先应严 格控制原材料质量指标，在配料时加入抗氧 剂、稳定剂等助剂，确定合理的加工工艺和 成型条件；其次应选择适当的加工设备和设 计合理的模具结构。
2．先进陶瓷材料的原料
先进陶瓷不使用天然原料，也不直接使用工 业原料，而是使用人工合成的陶瓷粉体。合 成粉体的原料是具有较高纯度要求的化学试 剂和化学原料。 3．陶瓷原料的制备 陶瓷原料首先要经过预处理及破碎。 陶瓷原料的预处理主要是进行淘洗，其目的 是尽量除去原料中含有的杂质，以保证陶瓷 的产品质量。 为保证陶瓷的细晶结构，要求陶瓷原料颗粒 应尽可能地小，因此陶瓷原料在配料前要进 行破碎，使原料的细度达到一定的要求。
2、聚合物加工中的取向 成型加工中通常有两种取向过程，一种是流 动取向，另一种是拉伸取向。 流动取向是聚合物熔体或浓溶液中大分子链、 链段或其中几何形状不对称的固体粒子（如 纤维状填料）在剪切流动中沿着流动方向排 列，称为流动取向。 拉伸取向是聚合物在受到外力拉伸时大分子 链、链段或微晶体等这些结构单元沿受力方 向排列。
聚合物加工中的结构变化 1、聚合物加工中的结晶




结晶聚合物在成型加工中的冷却固化就是聚合物的 结晶过程，通常包括晶核形成和结晶生长两个过程。 冷却速度决定着制品是否能形成结晶，结晶速度、 结晶度及晶体的尺寸。 熔融温度和熔融时间也对聚合物结晶速度和晶体尺 寸有一定的影响。 聚合物成型加工中的流动形变伴随着剪切应力或拉 伸应力，这些应力作用导致结晶聚合物的结晶过程 加快，并在一定程度上影响晶体的结构和形态。
玻璃的成型
玻璃成型分为热塑成型和冷成型。 热塑成型是指从熔融的玻璃转变为具有固定 几何形状的玻璃制品。 冷成型属于冷加工。 浮法生产：熔融的玻璃液流入锡槽后在熔融 金属锡的表面上成型平板玻璃的方法。

玻璃的退火
玻璃在生产过程中经受剧烈的不均匀温度变 化，玻璃内聚集较大的应力。为了消除或减 小玻璃制品的热应力，需对玻璃进行退火处 理。 退火是将玻璃加热到低于玻璃转变温度附近 的某个温度进行保温均热，使应力松弛。退 火工艺分为四个阶段：加热阶段、均热阶段、 慢冷阶段和快冷阶段。
耐火材料的制备
耐火材料是指耐火温度不低于1580℃的无机 非金属材料。 耐火材料可以根据化学矿物组成、制品的成 型方法、外观、形状、尺寸及耐火度等进行 分类。 耐火材料的成分包括主成分、杂质成分和添 加成分。

原料 破碎 配料 混合 熔融 原料 浇铸 混炼 烘烤 不烧砖 成型 干燥 烧成 烧成砖 耐火 纤维
5.1.2 陶瓷材料的制备工艺
陶瓷制品的生产过程比较复杂，主要包括 原料准备、成形和烧结3个阶段。
原料预 处理 配 料 坯 料 制备 成 型 施 釉 陶 瓷 成品 检 验 包装 后加 工 烧 成 素 烧 施 釉
图5-8 陶瓷生产工艺流程示意图
一、原料及其制备 1．传统陶瓷的原料 根据原料的来源不同，可以将陶瓷原料分 为天然原料和化工原料两类。 天然原料是指自然界中天然存在的无机矿 物原料。陶瓷生产中使用的天然原料主要 有粘土类矿物原料、长石类矿物原料和石 英类矿物原料。 粘土是一种含水铝硅酸盐矿物，其主体化 学成分是SiO2、Al2O3和水， 有的含有少量 的K2O，其结构属于层状结构硅酸盐。
长石矿物在烧成过程中，在1300℃以下就能 熔融形成粘稠性玻璃体，可溶解部分高岭土 而促进成瓷反应、降低烧成温度、防止高温 变形、改善陶瓷的外观质量和使用性能。因 此，长石类矿物原料是陶瓷生产中的熔剂性 原料，主要用作坯料、釉料和色料熔剂的基 本成分。 化工原料主要用作釉料的配制和高性能陶 瓷的制备。