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文档简介
,材料加工原理,教授,课程简介,课程名称: Materials Processing Principle 学 时:48 授课对象:研究生 授课安排:4学时/周(教学楼316) 周二下午 58节,一、高分子科学的内涵及发展,二、材料加工原理的研究内容,三、课程讲授方法及学时分配,Why?,What?,How?,Introduction,一、高分子科学的内涵及发展,1、高分子科学的基本内涵,(1)高分子化学的研究领域,研究高分子的化学组成、结构、基元反应过程及合成机理。,(2) 高分子物理的研究领域,研究材料的结构与性能间关系。涵盖了高分子的链结构和凝聚态结构的概念和理论及其性能表征的手段等内容。,二十世纪之前(天然材料加工技术应用研究初期),1516年 西班牙探险家发现南美州人用NR制造 球类、防雨制品、管材等 1820年 Hancock 发明了塑炼机 1839年 Goodyear 发明了硫化,硫化NR材料投 入市场。模压成型机问世 1845年 古塔波胶和虫胶的发现,柱塞式挤出机 开始应用,(1) 加工与材 料相伴而生,2、高分子加工工程的发展,1879年 英国科学家发明了第一台螺杆挤出机用 于电线涂层 1870年 热塑性塑料Celluloid研制成功,用于 制作各种钮扣和装饰品,发明注射机。 在这一阶段 高分子材料:NR、古塔波胶、虫胶、 Celluloid塑料 加工设备: 开炼机、挤出机、注压注射机、模压成 型机,天然胶制品加工厂,注压成型机,二十世纪(合成高分子材料和加工技术的大发展期),1920年 Standinger 创立了大分子的概念,合成高分子 快速发展 3080年代 大批合成高分子(塑料、橡胶、纤维)问世 如醋酸纤维素、PVC、PP、SBR、NBR、PA、 EPDM、PE、IIR、CR等投入市场,研究内容 材料结构与性能的关系 应用理论 提出了聚合物的凝聚态结构、填充、交联、 老化、力化学改性等理论,二十世纪(合成高分子材料、加工技术的大发展期),5080年代 加工技术 材料结构 应用性能 研究内容: 提出流变学、形态学的学科理论 初步形成加工成型原理的基本理论范畴,新的加工技术和设备问世 如,Banbury密炼机、单螺杆挤出机、双螺杆挤出机、螺杆式注射成型机、真空成型、压延成型机组等成型机台相继投入使用,单螺杆挤出机,双螺杆挤出机,螺杆往复式注射机,螺杆式注射机,立式注射机,吹膜设备,六维纤维缠绕机,二十世纪末期,80年代 以后,直接合成新的聚合物的速度趋于缓和,通过共聚(无规、嵌段、接枝、互穿网络等)、共混(共混合金、填充、增强、反应共混等)方法进行改性以生产高性能材料是研发的主体。,二十世纪末期,新的加工设备不断涌现: 同向、异向双螺杆挤出机、气辅注射成型机、电磁振荡挤出机、传递模塑成型机组、磨盘式混合机。,新的加工理论、技术和设备问世 反应挤出 提出反应加工理论 反应注射 反应混炼 原位复合增强理论、纳米尺度材料的原位生成技术、纳米材料的分散和界面粘合理论。,目前研究的几个新的理论和方法,成型加工过程新理论,(2) 加工理论和技术的研究进展,A 成型加工过程的热力学理论 C 成型加工过程的力化学理论 D 成型加工过程的可视化技术 E 成型加工过程的复杂流体研究的应用数学 F 成型加工过程的计算机模拟理论,A、聚合物气辅注塑成型技术 B、聚合物复合吹塑成型技术 C、聚合物反应挤出、反应共混技术 D、合成纤维成型新技术 绿色粘胶纤维、纳 米纤维和超细纤维 E、电磁振动剪切成型原理及设备 F、高分子基复合材料的微波增容技术 以上的新理论和技术把高分子加工成型引向深层次。,成型加工理论研究产生的新成果,大规格双螺杆挤出机,磨盘式混合机外形,图中:1 加料口,2 动盘,3 静盘,4 输送螺杆,5旋转手柄,通过它可以调节施加给圆盘的压力,6 其他介质入口,7 软导管, 8 出料口,9 惰性气体入口,10 马达,11机台,12 传动装置,材料加工工程学科的发展将更明确地为人类社会探索、创造和应用高分子新材料提供坚实的理论基础和加工技术。,多门学科相互交叉、融合形成加工原理的基本内容。从学科交叉中求开拓,从联系生产实际中求发展。 发展趋势: 学科基础与应用研究相结合 学科理论与工程研究相结合 学术研究与工业发展相结合 开创成型加工新的理论,指导开创新工艺和技术,设计先进的设备和机台。,材料加工理论的发展趋势,1、材料加工工艺的研究,研究内容: 材料结构的特点 加工设备的特征 配备相应的工艺条件 制品的性能测定。 研究方法:采用模糊处理的方法,评经验解 决问题,二、材料加工原理的研究内容及方法,研究内容: 研究加工过程参数与材料性能间的关系,材料结构参数 (Tg、 Tf 、Td、Tm、粘度、M 加工过程参数 MW等) 工艺参数 ( T、P、V、) 设备参数 (容量、转速、几何形状尺寸) 之间关系 流变响应性能(、或、形变速率) 力学性能 热学性能 动态力学性能 功能性能(光、电、磁、声),材料性能,2 加工原理的研究,材料的相互作用参数(扩散、相容、界面作 用等),研究方法: 数学力学模型法,化 简 真实加工过程 简单过程 建立数学模型 求解参数及分布 修正 描述真实生产过程 制品性能预测,加工原理的研究方法总结: 建立场的概念,利用数学、化学、力学、化工原理的基本概念和理论,建立数学模型,研究外力作用与材料形变之间的定量关系,解释材料凝聚态结构的形成原理。从而可将工艺的“宏观”考虑方式与原理的“微观”具体分析相结合,推动高分子成型技术研究的深入与创新。,三、本课程讲授方法和学时分配,内容:材料加工方法、设备结构、加工原理(重点)、加工工艺控制、制品性能。 方法: 课堂讲授、多媒体课件、课堂讨论、自学,1、讲授方法,2、学时分配,绪论及基础知识 5学时 混合与混炼 8学时 挤出成型 21学时 压延成型 4学时 注射成型 6学时 其他成型 2学时 习题和讨论 2学时 合计 48学时,【1】聚合物成型原理及成型技术,瞿金平、胡汉 杰主编,中国化学工业出版社,2001 【2】反应挤出原理与实践,瞿金平等译,美马 里诺.赞索斯编著,化工出版社,1999、7 【3】聚合物加工原理,Z.塔莫尔,C.G.戈戈斯箸, 耿孝正等译,1990 【4】聚合物加工工程,赵素合主编,中
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