聚合物加工原理ppt

晶态为分子链排列规则的部分，非晶态为排列不规则的部分。
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、
化学稳定性高，而弹性、
塑性、冲击强度下降。
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
绪 论
高弹态：温度高于Tg，分子活动能力增加，受力时 产生很大弹性变形。用于这种状态高聚物是橡胶。
粘流态：由于温度高，分子活动能力很大，在外力 作用下，大分子链可以相对滑动。
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。
密封圈
第三章 常见的加工方法 一 挤出加工
挤出工艺被应用于很多产品的制造
塑料颗粒 轮胎 薄膜 片材 管材 光纤 型材 涂层线缆
一 挤出加工
挤出机组主要组成部分
加工方法
挤出机：挤出系统、传动系统、加热冷却系统、机身 辅机：机头、定型装置、冷却装置、牵引装置、
切割装置、卷取装置
控制系统：
绪 论
四、高分子材料的流动特性 Waissenberg效应和法向应力
绪 论
(N)
(P)
四、高分子材料的流动特性 Waissenberg效应和法向应力
法向应力挤出机
绪 论
四、高分子材料的流动特性 挤出胀大现象（barus效应）
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
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
绪 论
出现波浪形、鲨鱼皮形、竹节形、
螺旋形等畸变，最终导致完全无 规则的挤出物断裂。
第二章 常用的高分子材料
粘流态是高分子材料
线型非晶态高聚物的温度-变形曲线
的加工时所呈现的状 态；
大分子链开始发生粘
性流动的温度称粘流 温度，用Tf表示。
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。
柱塞式注塑机特点
加工方法
有分流梭，更换物料不便而且注射压力下降较大 塑化效果相对较差，不能加工热敏树脂
二 注塑加工
注塑机图片（卧式）
加工方法
二 注塑加工
臥式注塑机的特点
优点： 注射装置，合模ห้องสมุดไป่ตู้置均水平排列。
加工方法
机身低，加料方便，操作维修方便，制品顶出后可自由落 下，易实现自动化。 缺点：
摩擦传动零件用塑料
常用的高分子材料 尼龙管件
包括聚酰胺(PA)、聚甲醛(POM)、聚碳 酸酯(PC)、聚四氟乙烯(PTFE)等。 聚酰胺又称尼龙或绵纶，强度较高，耐磨、自润滑性好， 广泛用作机械、化工及电气零件。
聚甲醛具有优良的综合性能，广泛用于汽车机床、化工、
电气仪表、农机等工业 。

PC 挡 风 板
线型晶态高聚物的 温度-变形曲线
三、高分子材料的力学状态
线型部分结晶高分子材料的力学状态
部分结晶高聚物在非晶区Tg与 晶区T m 间,非晶区柔性好,晶区刚
绪 论
性好,处于韧性状态,即皮革态。
四、高分子材料的流动特性 剪切变稀现象
聚合物的表观粘度随所受 到的剪切的增加而减小。 N P 下泄速度 基本恒定 快——慢
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
料 制 品

一、塑料
添加剂的作用
连续介质概念：在宏观上将物体看成由紧密相连 流体流动的型态：
Re≤2000时，流动为层流，此区称为层流区； Re≥4000时，一般出现湍流，此区称为湍流区； 2000< Re <4000 时，流动可能是层流，也可能是湍 流，该区称为不稳定的过渡区。
件下的绝缘材料。
聚四氟乙烯管 密封件 聚四氟乙烯零件
一、塑料
工程塑料
耐蚀用塑料
耐蚀用塑料主要有聚四氟乙烯、氯化
常用的高分子材料
聚醚(PENTON)、聚丙烯等。
氯化聚醚的化学稳定性仅次于聚四氟 乙烯，但工艺性比聚四氟乙烯好，成 本低。在化学工业和机电工业获得广 泛应用，如化工设备零件、管道、衬 氯化聚醚防腐 蝶阀
一、塑料
热固性塑料
常用的高分子材料
热固性塑料是在树脂中加入固化剂压制成型而形成的体
形聚合物。 酚醛塑料是以酚醛树脂为基，加入填料及其他添加剂而制 成。广泛用于制作各种电讯器材和电木制品（如插座、开 关等），耐热绝缘部件及各种结构件。
电器配件
二、合成橡胶
常用的高分子材料
橡胶是以高分子化合物为基础的具有高弹性的材料。 橡胶的组成和性能特点 工业用橡胶由生胶和橡胶配合剂组成。生胶无配合
聚碳酸酯具有优良的机械性能， 透明无毒，应用广泛。
一、塑料
工程塑料
摩擦传动零件用塑料
常用的高分子材料
聚四氟乙烯俗称“塑料王”，具有极优越的化学稳定性和热
稳定性以及优越的电性能，几乎不受任何化学药品的腐蚀，
摩擦系数极低，只有0.04。缺点是强度低、加工性差。主要 用于减摩密封件、化工耐蚀件与热交换器以及高频或潮湿条
二 注塑加工
立式注塑机的特点
缺点：
加工方法
料斗高，加料不方便，仅适用于注射量小于60cm3的制品 生产。
第四章 流体流动的基本知识 主要内容：
流体流动与连续介质 描述流体流动的方法 聚合物加工中的基本流动与流体运动的分类
一 流体流动与连续介质
的大量微小分子团组成的一种连续体。
流动的基本知识
二 注塑加工
螺杆式注塑机特点
加工方法
简化了预塑结构，不需要分流梭，因而使注射压力降低了 很多。
螺杆转动使物料翻滚，传热条件好。物料内部受到剪应力
大，塑化效率高。 无分流梭，更换物料方便。 注射速度快。 对原料的适应性广，能加工热敏树脂。
二 注塑加工
柱塞式注塑机示意图
加工方法
二 注塑加工
聚合物的分子为很长的链条，称为大分子链。
大分子链中重复结构单元(如聚乙烯中 [ CH2–CH2 ]n )
称为链节。
聚乙烯分子链
一、何谓高分子材料： 高分子材料的分类
按用途分为塑料、橡胶、纤维、胶 粘剂、涂料等。 按聚合物反应类型分为加聚物和缩 聚物。 按聚合物的热行为分为热塑性聚合 物和热固性聚合物。
一 挤出加工
加工方法
挤出机结构
一 挤出加工
型材挤出机组
加工方法
Profile line extruder
管材挤出机组
Pipe line extruder
一 挤出加工
混合配料 型材 管材
加工方法
涂层线缆
一 挤出加工
共挤吹塑薄膜挤出生产线
加工方法
一 挤出加工
塑料挤出造粒机
一、塑料
通用塑料
一般结构用塑料
常用的高分子材料
• 聚乙烯(PE)、聚氯乙烯(PVC)、聚苯乙烯(PS)、聚丙烯(PP)和 ABS塑料等。 • 聚丙烯具有优良的综合性能，可制造各种机械零件。 • ABS塑料 “坚韧、质硬、刚性” ，应用广泛。
PS管 PE波纹管 PP方向盘 ABS阀门
一、塑料
工程塑料
二 注塑加工
注塑机机构组成示例（卧式）
加工方法
二 注塑加工
注塑机工作过程演示（卧式）
加工方法
二 注塑加工
注塑机类型
按照塑化方式可以分为：螺杆式和柱塞式
加工方法
按照注射装置和锁模装置的排列方式，可分为：立式、臥
式和角式。
目前应用最为广泛是卧式螺杆式注塑机
二 注塑加工
螺杆式注塑机示意图
加工方法
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：
组成聚合物的低分子化合物称为单体。
绪 论
加工方法
二 注塑加工
加工方法
二 注塑加工
注塑加工的应用
加工方法
注塑机具有能一次成型外型复杂、尺寸精确或带有金属嵌
件的质地密致的塑料制品 因此广泛应用于国防、机 电、汽车、交通运输、建材、
包装、农业、文教卫生及人
们日常生活各个领域。
二 注塑加工
工作原理
加工方法
注塑机是借助螺杆（或柱塞）的推力，将已塑化好的熔融 状态（即粘流态）的塑料以高压快速注射入闭合好的模腔内， 经固化定型后取得制品的工艺过程。
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。
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。
里等。
一、塑料
特种塑料
耐高温件用塑料
常用的高分子材料
聚砜(PSF)、聚苯醚(PPO)、聚酰
亚胺(PI)及氟塑料等。 聚砜的热稳定性高是其最突出的 特点。使用温度达150~174℃。 用于机械设备等工业。

聚酰亚胺层压板
聚苯醚具有良好的综合性能,用于机电等方面。 聚酰亚胺在260℃下可长期使用。主要用于特殊条件下使用的 精密零件。
热固性塑料制品
一、塑料
塑料的性能特点
优点：
常用的高分子材料
相对密度小(一般为0.9 ~2.3)；耐蚀性、电绝缘 性、减摩、耐磨性好；有 消音吸振性能 。

缺点： 刚性差(为钢铁材料的1/100~1/10)，强度低； 耐热性差、热膨胀系数大（是钢铁的10倍）、导热系数小(只 有金属的1/200~1/600)； 蠕变温度低、易老化。
一、塑料
塑料的分类
常用的高分子材料
按树脂受热时行为可分为热塑性塑料和热固性塑料。
按使用范围可分为通用塑料、工程塑料和特种塑料。
通用塑料产量大、价格低、用途广。
工程塑料力学性能高，耐热、耐蚀性能好。

特种塑料是指具有某些特殊 性能如耐高温、耐腐蚀的塑 料，这类塑料产量少，价格 贵，只用于特殊需要的场合。
剂并未经硫化。橡胶配合剂有硫化剂、硫化促进剂、
防老剂、软化剂、填充剂、发泡剂、着色剂等。
橡胶最大的特点是高弹性。橡胶有储能、耐磨、隔
音、绝缘等性能。
二、合成橡胶
常用的高分子材料
合成橡胶按用途和用量分为通用橡胶和特种橡胶。 通用橡胶主要用于制作轮胎、运输带、胶管、胶板、垫片、密 封装置等； 特种橡胶主要用于高低温、强腐蚀、强辐射等特殊环境下工作 的橡胶制品。 轮胎 胶管
占地面积大，模具拆卸比较麻烦。
二 注塑加工
注塑机图片资料（立式）
加工方法
二 注塑加工
立式注塑机的特点
优点：
加工方法
注射装置和锁模装置处于同一垂直中心线上，占地面积小 容易实现嵌件成型。因为模具表面朝上，嵌件放入定位容
易。
模具的重量由水平模板支承，不会发生类似臥式机的由于 模具重力引起的前倒，使得模板无法开闭的现象。有利于持 久性保持机械和模具的精度。
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 高分子的聚集态结构——晶态与非晶态
绪 论