聚合物的成型加工方法.ppt

1 聚合物成型加工介绍 陈双俊 2 聚合物的成型加工 将聚合物或以聚合物为基本成分 加入各种添加剂 在一定的温度和压力下 将其转变为具有实用价值的材料或制品的一种工艺过程 3 4 5 6 聚合物的成型加工方法分类按聚合物的成型方法原理 大致可分为 1 热塑化 冷却成型首先加热聚合物 使其处于均匀的粘流态 即 塑化 状态 然后塑制成所需要的形状 并冷却定型 挤出 注射 压延 真空成型 熔融纺丝 熔融喷涂等方法 都属于热塑化 冷却成型 7 2 热塑化 反应成型这类方法主要用于热固性塑料的生产 常称为模压成型 也可用于热塑性塑料成型 3 溶剂塑化 脱溶剂成型聚合物中加入溶剂使之溶解成液态 使大分子易于变形 便于进一步成型 此类成型大至可以分为以下几种 A 聚合物溶解 脱溶剂成型 干法纺丝 流延成膜 涂料 粘合剂 喷涂等均属此类 B 聚合物溶解 沉淀成型 聚合物处于溶液状态 在非溶剂中被沉淀析出成型 8 C 聚合物溶胀 蒸发成型 D 聚合物溶胀 共沉淀成型 4 反应成型反应成型是将聚合反应和成型加工合为一体的方法 5 其它成型方法高分子材料的热弯 焊接 锻造 冲压等多少与聚合物的热塑化有关 热真空成型及冷冲则与聚合物高弹性有关 而高分子材料的车 刨 钻 锯 铣等属纯粹的机械方法 此外 还可进行金属镀饰 表面喷涂 染色等加工处理 这些方法有时被称为高分子材料的二次加工 9 塑料的成型加工1 挤出成型 1 原理 将粒状聚合物或粉状物料连续加入挤出机料筒中 借助挤出机内螺杆的挤压作用 使受热熔融的物料在压力推动下强制 连续地从一定形状的口模挤出 形成与口模相似横断面的连续型材 经冷却定型得聚合物材料或制品 2 应用范围 主要生产管 棒 丝 带 薄膜 电线电缆 涂层制品及各种异型材料 还可以用于塑料的着色 塑化造粒 塑料共混改性 也可用于某些热固性塑料制品生产 10 3 加工机械 挤出机的性能主要取决于螺杆的直径及螺纹的性质 如螺杆长度 直径 压缩比 螺距 螺槽深度等 最为常用的是单螺杆挤出机 现今已发展了双螺杆 多螺杆和排气螺杆等 A 管材挤出此法适用于各种塑料管材生产 如PVC PE PP PS ABS Nylon PC P FFE等 11 12 挤出波纹管 挤出工艺 挤丝 挤硬管 13 B 吹塑薄膜和中空制品通过压缩空气吹胀 挤出管状型坯 可得瓶 罐 桶等中空制品 C 板材挤出板材挤出是将熔融聚合物物料靠压力从狭缝状的口模挤出 经压光辊的滚压 同时进行冷却 并通过牵引 切割成一定规格的材料 D 电线及复层挤出此法常用于电线的包复 电缆护套等制造 14 3 压延成型压延成型是制造薄膜和片材的重要方法 此法是将熔融塑化的树脂和添加剂混合 通过几道回转的热金属辊筒缝隙 使其成为连续薄片状 经冷却辊筒后定型 成为具有一定厚度的薄层制品 压延机成型还可用来制造人造革 墙纸 印花或刻花复合材料等 2 注塑成型 2020 3 18 15 可编辑 16 17 18 4 模压成型模压成型是热固性塑料主要的成型加工方法 模压成型是指将计量好的成型物料加入闭合的模具中 在热压下使树脂熔融 流动充满模腔 然后固化定型 19 20 5 层压成型层压成型主要是热固性塑料的成型方法 此法是将浸有热固性树脂的纸 布 木片 玻璃纤维及其它织物等基材 裁剪成一定尺寸的层压成型材料 在模具中叠合成层 在热和压力作用下使树脂固化而成为整体 得到片层状塑料的成型加工方法 6 浇铸成型浇铸成型是将聚合物单体 预聚物 熔融的热塑性聚合物 聚合物溶液或溶胶倒入一定形状的模具中 而后使其固化反应 定型或溶剂挥发而硬化成为制品的一种方法 有机玻璃 尼龙6 环氧树脂 不饱和聚酯 纤维素 聚氯乙烯等都可用此法制成各种形状的制品 21 7 发泡成型发泡成型是通过机械 化学或物理等方法 使塑料内部形成大量微孔 并固定微空结构的成型加工方法 通常的泡沫塑料制品的成型方法 其成型特点是往液态或熔融物料中引入气体或原位反应产生气体 形成微空 然后使微孔增大至一定体积 最后通过物理或化学方法固定微孔结构 塑料发泡后的体积比发泡前增大数倍 称为发泡倍率 发泡倍率大于5的称为高发泡 小于5的称为低发泡 采用不同发泡工艺可获得不同硬度的制品 即硬质 软质和半硬质泡沫塑料 22 成型加工过程中的化学与物理变化 23 1 降解与交联聚合物在热 力 氧 光 水等作用下会发生降解 有时也伴随有交联 聚合物的热降解首先是从分子中最弱的化学键开始的 关于化合键的强弱次序为 C F C H 烯和烷 C C 脂肪链 C Cl聚合物主链中各种C C键的强弱次序为 24 有氧存在下 聚合物的降解反应会加速和复杂化 其原因是氧在聚合物熔体中的扩散系数远比在固态聚合物中扩散系数要大得多 聚合物的分子结构中有的还存在能被水解的化学基团 如酰胺类 酯类 腈类 缩醛类以及某些酮类 在一定条件下 都会发生水解反应 聚合物在塑炼 挤出 注射 破碎 粉碎 拉伸等机械力作用下均会发生一系列的化学变化 这被称为力化学过程 力化学过程是指在机械力作用下加速了化学过程或物理过程 一般而言 机械力并不直接产生活性物质 而是提高聚合物的化学活性 使之更易于产生化学反应 特别是机械力可促进聚合物的降解反应 25 2 结晶与取向聚合物在成型加工过程中 伴随有加热 冷却和加压等作用 这会明显地影响晶态聚合物的结晶结构和最终产品的性能 研究表明随着压力的增加 熔点明显提高 这是因为在压力作用下 提高了聚合物熔体的结晶速率 使片晶加厚 倘若在更高压力下 会形成伸直链晶体 大大提高制品的力学性能 结晶温度与聚合物结晶过程有密切关系 在加工成型过程中 聚合物分子链的有序化常常是在熔体冷却时发生的 然而成型过程的冷却速度通常是非常快的 会因传热而造成 26 制件不同部位的冷却速度的不同 通常外边冷却速度快 内部冷却速度慢 这就会导致制件内外的结晶速率不同及结晶度不同 使制件密度的不均一 控制冷却速度可改变聚合物的结晶过程 以控制制品的性能 热处理能使产品的结晶更趋于完善 不稳定的结晶结构转变为稳定的结晶结构 微小的晶粒转变为较大晶粒 热处理还能明显增加晶片厚度 提高熔点 此外也有利于大分子链的部分解取向和消除制品中的内应力 但过高的结晶度会导致制品变脆 27 3 收缩与残余应力聚合物通常具有较高的热膨胀系数 当温度升高时 由于分子热运动加剧 大大地削弱了大分子链间的相互作用 因此 在成型过程中聚合物受热变成熔体时 体积增大 然而 冷却时又会发生体积收缩 聚合物在成型加工过程中 由于熔体冷却速度快 热传导速度慢 造成制件内外冷却速度不同 体积收缩不均匀 使制件内部产生内应力 会大大降低力学性能 28 4 表面粗糙与熔接痕在聚合物成型加工中 常因种种原因使聚合物流体流动出现不正常现象或缺陷 使制品出现表面粗糙 如沙鱼皮状 桔子皮状 波纹状 螺旋状等 和熔接痕 以致裂缝等种种畸变现象 产生上述现象的原因有两种 一是认为 熔体流动时 中心部位的聚合物受到拉伸 由于它的粘弹性特点 在流动中产生了一部分可回复的弹性形变 形变随着剪切速率的增大而增大 当剪切速率增大至一定值 弹性形变达到极限 熔体再也承受不了更大形变 29 于是流体发生周期性的断开 造成熔体破裂 另一种原因是在熔体流动时 管壁处的剪切速率最大 或由于流动分级效应使低分子量部分较多集中于管壁处 致