高分子材料工程专业英语翻译(最新修正稿)

精品文档 1欢迎下载 UNITUNIT 1 1 WhatWhat AreAre Polymers Polymers 第一单元第一单元 什么是高聚物 什么是高聚物 什么是高聚物 首先 他们是络合物和大分子 而且不同于低分子化合物 譬如说普 通的盐 与低分子化合物不同的是 普通盐的分子量仅仅是 58 5 而高聚物的分子量高于 105 甚至大于 106 这些大分子或 高分子 由许多小分子组成 小分子相互结合形成大 分子 大分子能够是一种或多种化合物 举例说明 想象一组大小相同并由相同的材料制 成的环 当这些环相互连接起来 可以把形成的链看成是具有同种 分子量 化合物组成 的高聚物 另一方面 独立的环可以大小不同 材料不同 相连接后形成具有不同 分子量 化 合物组成的聚合物 许多单元相连接给予了聚合物一个名称 poly 意味着 多 聚 重复 mer 意味着 链节 基体 希腊语中 例如 称为丁二烯的气态化合物 分子量为 54 化合将近 4000 次 得到分子量大约为 200000 被称作聚丁二烯 合成橡胶 的高聚物 形成高聚物 的低分子化合物称为单体 下面简单地描述一下形成过程 丁二烯 丁二烯 丁二烯 聚丁二烯 4000 次 因而能够看到分子量仅为 54 的小分子物质 单体 如何逐渐形成分子量为 200000 的 大分子 高聚物 实质上 正是由于聚合物的巨大的分子尺寸才使其性能不同于像苯这样实质上 正是由于聚合物的巨大的分子尺寸才使其性能不同于像苯这样 的一般化合物的一般化合物 的性能的性能 1 1 例如 固态苯 在 5 5 熔融成液态苯 进一步加热 煮沸成气 态苯 与这类简单化合物明确的行为相比 像聚乙烯这样的聚合物不能在某一特定的温度 快速地熔融成纯净的液体 而聚合物变得越来越软 最终 变成十分粘稠的聚合物熔融体 将这种热而粘稠的聚合物熔融体进一步加热 不会转变成各种气体 但它不再是聚乙烯 如图 1 1 固态苯 液态苯 气态苯 加热 5 5 加热 80 固体聚乙烯 熔化的聚乙烯 各种分解产物 但不是聚乙烯 加热 加热 图 1 1 低分子量化合物 苯 和聚合物 聚乙烯 受热后的不同行为 发现另一种不同的聚合物行为和低分子量化合物行为是关于溶解过程 例如 让我们 研究一下 将氯化钠慢慢地添加到固定量的水中 盐 代表一种低分子量化合物 在水中 达到点 叫饱和点 溶解 但 此后 进一步添加盐不进入溶液中却沉到底部而保持原有 的固体状态 饱和盐溶液的粘度与水的粘度不是十分不同 但是 如果我们用聚合物替代 譬如说 将聚乙烯醇添加到固定量的水中 聚合物不是马上进入到溶液中 聚乙烯醇颗粒聚乙烯醇颗粒 首先吸水溶胀 发生形变 经过很长的时间以后 首先吸水溶胀 发生形变 经过很长的时间以后 聚乙烯醇分子 进入到溶液中 聚乙烯醇分子 进入到溶液中 2 2 同样 地 我们可以将大量的聚合物加入到同样量的水中 不存在饱和点 将越来越多的聚合物 加入水中 认为聚合物溶解的时间明显地增加 最终呈现柔软像面团一样粘稠的混合物 另一个特点是 在水中聚乙烯醇不会像过量的氯化钠在饱和盐溶液中那样能保持其初始的另一个特点是 在水中聚乙烯醇不会像过量的氯化钠在饱和盐溶液中那样能保持其初始的 粉末状态 粉末状态 3 3 总之 我们可以讲 1 聚乙烯醇的溶解需要很长时间 2 不存在饱和点 精品文档 2欢迎下载 3 粘度的增加是典型聚合物溶于溶液中的特性 这些特性主要归因于聚合物大分子的尺 寸 如图 1 2 说明了低分子量化合物和聚合物的溶解行为 氯化钠晶体加入到水中 晶体进入到溶液中 溶液的粘度不是十分不同于充分搅拌 水的粘度 形成饱和溶液 剩余的晶体维持不溶解状态 加入更多的晶体并搅拌氯化钠的溶 解 聚乙烯醇碎片加入到水中 碎片开始溶胀 碎片慢慢地进入到溶液中允许维持现状 充分搅拌 形成粘稠的聚合物溶液 溶液粘度十分高于水的粘度 继续搅拌 聚合物的溶解 图 1 2 低分子量化合物 氯化钠 和聚合物 聚乙烯醇 不同的溶解行为 UnitUnit 1 1 ExercisesExercises 1 1 translatetranslate thethe followingfollowing intointo ChineseChinese 并不是所有的聚合物都是由单一种类的重复单元键接构成 另一个极端情况是 蛋白子分 子是 n 个氨基酸重复单元键和在一起的聚酰胺 虽然在这种情况下 我们仍可称 n 为聚合 度 但已没什么意义 因为一个氨基酸可以是蛋白质中 20 多种分子中的任何一个 在这种 情况下 通常用来描述分子的是分子量本身 而不是聚合度 当各种氨基酸的实际含量已 知 对生物化学家和生物学家来说尤其感兴趣的是他们的序列 UNITUNIT 2 2 ChainChain PolymerizationPolymerization 第二单元第二单元 链式聚合反应链式聚合反应 Staudinger 第一个发现一例现象 许多烯烃和不饱和烯烃通过打开双键可以形成链 式大分子 二烯烃以同样的方式聚合 然而 仅限于两个双键中的一个 这类反应是通过这类反应是通过 单体分子首先加成到引发剂自由基或引发剂离子上而进行的 靠这些反应活性中心由引发单体分子首先加成到引发剂自由基或引发剂离子上而进行的 靠这些反应活性中心由引发 剂转移到被加成的单体上 剂转移到被加成的单体上 1 1 以同样的方式 借助于链式反应 单体分子一个接一个地被 加成 每秒 2000 20000 个单体 直到活性中心通过不同的反应类型而终止 聚合反应是 链式反应的原因有两种 因为反应动力学和因为作为反应产物它是一种链式分子 链分子 的长度与动力学链长成正比 链式反应可以概括为以下过程 R 相当与引发剂自由基 因而通过上述过程由氯乙烯得到聚氯乙烯 或由苯乙烯获得聚苯乙烯 或乙烯获得聚乙烯 等等 借助于聚合度估算的分子链长可以在一个大范围内通过选择适宜的反应条件被改变 通常 通过大量地制备和利用聚合物 聚合度在 1000 5000 范围内 但在许多情况下可低 于 500 高于 10000 这不应该把所有聚合物材料的分子量理解为由 500 或 1000 或 5000 个单体单元组成 在几乎所有的事例中 聚合物材料由不同聚合度的聚合物分子的混 合物组成 精品文档 3欢迎下载 聚合反应 链式反应 依照与众所周知的氯 气 氢 气 反应和光气的分解机理 进行 双键活化过程的引发剂反应 可以通过热 辐射 超声波或引发剂产生 用自由基型用自由基型 或离子型引发剂引发链式反应可以很清楚地进行观察 或离子型引发剂引发链式反应可以很清楚地进行观察 2 2 这些 化合物 是高能态的化合这些 化合物 是高能态的化合 物 它们能够加成合适的不饱和化合物 单体 物 它们能够加成合适的不饱和化合物 单体 并 在完成一步加成以后仍然 保持自由 并 在完成一步加成以后仍然 保持自由 基或离子活性中心 致使单体分子可以用同样的方式进一步加成 基或离子活性中心 致使单体分子可以用同样的方式进一步加成 3 3 对于链增长反应的诸对于链增长反应的诸 多步骤来说 每一步仅需要相当少的活化能 因此 通过一步简单的活化反应 即引发反多步骤来说 每一步仅需要相当少的活化能 因此 通过一步简单的活化反应 即引发反 应 即可将许多烯类单体分子转化 成聚合物 应 即可将许多烯类单体分子转化 成聚合物 这正如连锁反应这个术语的内涵那样 这正如连锁反应这个术语的内涵那样 4 4 因为少量的引发剂引发形成大量的聚合物原料 1 1000 1 10000 从表面上看聚合反 应很可能是催化反应 由于这个原因 通常把聚合反应的引发剂看作是聚合反应的催化剂 但是 严格地讲 它们不是真正意义上的催化剂 因为聚合反应的催化剂进入到反应内部 而成为一部分 同时可以在反应产物 既聚合物中发现化学键 此外离子引发剂和自由基 引发剂有的是金属络合物引发剂 例如 通过四氯化钛或三氯化钛与烷基铝的反应可以得 到 引发剂 Ziegler 催化剂 在聚合反应中起到了重要作用 它们催化反应的机理还不 是完全清楚 UNITUNIT 3 3 Step GrowthStep Growth PolymerizationPolymerization 第三单元第三单元 逐步聚合逐步聚合 通过许多不同的化学反应 逐步聚合可用于合成聚合材料 这些反应包括酯化 酰胺 化 氨基甲酸酯的形成 芳香族的取代等 聚合反应通过在两种不同的官能团之间的反应 如 羟基和羧基 形成的 基团 或异氰酸酯和羟基 形成的 基团 所有的逐步聚合反应根据所使用单体的类型可分为两类 第一类是两种多官度的单体 每一种单体仅具有一种官能团 一种多官能度的单体 每个分子有两个或两个以上的官能 团 第二类是一个独立的单体含有两类官能团 聚酰胺的合成说明了聚合反应的两个官能 团 因此 聚酰胺可以由二元胺或二元酸的反应或氨基酸之间的反应得到 两种官能团之间的反应一般来说可以通过下列反应式表示 反应 反应 3 13 1 说明前一种形式 而反应 说明前一种形式 而反应 3 23 2 具有后一种形式 具有后一种形式 1 1 图 3 1 逐步聚合的示意图 a 未反应单体 b 50 已反应 c 83 3 已反应 d 100 已反应 虚线表示反应种类 聚酯化 是否在二元醇和二元酸或羟基酸分子间进行 是逐步聚合反应过程的一个例 子 酯化反应出现在单体本体中两个单体分子碰撞的位置 且酯一旦形成 依靠酯上仍有酯化反应出现在单体本体中两个单体分子碰撞的位置 且酯一旦形成 依靠酯上仍有 活性的羟基或羧基还可以进一步进行反应 活性的羟基或羧基还可以进一步进行反应 2 2 单体或聚合物末端活性基团间 酯化的最终 单体或聚合物末端活性基团间 酯化的最终 结果是单体分子很快地被消耗掉 而分子量却没有增大多少 结果是单体分子很快地被消耗掉 而分子量却没有增大多少 3 3 图 3 1 说明了这个现象 例如 假定图 3 1 中的每一个方格代表一个羟基酸分子 由最初的二聚体分子构成的 b 中 单体分子被消耗了一半并且聚合物种类的平均聚合度 DP 为 2 在三聚体和更多的 二聚体形成的 c 中 大于 80 的单体分子已反应 但 DP 仅仅还是 2 5 d 中当所有的 精品文档 4欢迎下载 单体反应完 DP 是 4 但所形成的每个聚合物分子仍然具有反应性末端基团 因此 聚合但所形成的每个聚合物分子仍然具有反应性末端基团 因此 聚合 反应将以逐步的方式继续进行 其每一步酯化反应的反应速率和反应机理均与初始单体的反应将以逐步的方式继续进行 其每一步酯化反应的反应速率和反应机理均与初始单体的 酯化作用相同 酯化作用相同 4 4 因此 分子量缓慢增加直至高水平的单体转化率 而且分子量将继续增 加直到粘度的增加使其难以除去酯化反应的水或难以找到相互反应的端基 在 A A B B 的聚合反应中也可以看到 精确的当量平衡是获得高分子量所必需的 假 如存在一些单官能度的杂质 由于链的端基失活 反应将使分子量减少 同样 在 A B 类 的缩聚反应中高纯度的单体是必要的 而且可以归结高收率的反应仅是形成聚合物的实际 反应 因为副反应会破坏当量平衡 精品文档 5欢迎下载 UNITUNIT 1111 FunctionalFunctional PolymersPolymers 第十一单元第十一单元 功能聚合物功能聚合物 功能性聚合物是化学功能基团的连接的大分子 他们包含的潜在优势的小分子具有相 同的功能基团 它们 功能聚合物 之所以具有使用价值不仅与所带的官能团有关 而且它们 功能聚合物 之所以具有使用价值不仅与所带的官能团有关 而且 与由巨大的分子尺寸所决定的聚合物的特性有关 与由巨大的分子尺寸所决定的聚合物的特性有关 1 1 精品文档 6欢迎下载 把官能团连接到聚合物上常常是制备某种特殊用途的聚合物的最重要的一步 把官能团连接到聚合物上常常是制备某种特殊用途的聚合物的最重要的一步 2 2 然而 对成功应用而言 选择适当的聚合物是的一个重要因素 除了合成的脂肪组和芳香组聚合 物之外 许多天然高分子也被功能化 被用做反应性材料 无机聚合物也已经用反应功能 基团改性 被用于要求耐用条件的场合 理论上讲 活性基团可以是聚合物主链上的一部 分 或者直接连接到侧链或通过一个隔离基团 中间基团 的侧基 所需的活性功能基团所需的活性功能基团 可以用如下三种方法将所需要的活性官能团引入到聚合物主链上 可以用如下三种方法将所需要的活性官能团引入到聚合物主链上 1 1 在合成主链聚合物 在合成主链聚合物 时通过带有所需官能团的单体的均聚或者共聚 使聚合物带上官能团 时通过带有所需官能团的单体的均聚或者共聚 使聚合物带上官能团 2 2 将预先制成的 将预先制成的 未功能化的主链聚合物进行化学改性 未功能化的主链聚合物进行化学改性 3 3 将 将 1 1 和 和 2 2 两种方法结合起来 两种方法结合起来 3 3 两种途 径中的每一种都有自身的优点和缺点 对特殊功能聚合物的制备而言 当其他方法都无法 实现时 所选的方法或许是更合适的 功能聚合物合成的两种方法中 如何选择主要取决 于特殊应用要求的主链聚合物的化学和物理性质 为了充分利用每种制备方法 必须全面 地考察独立体系的要求 把官能团连接到聚合物上常常是制备某种特殊用途的聚合物的最重要的一步 把官能团连接到聚合物上常常是制备某种特殊用途的聚合物的最重要的一步 2 2 然而 一个恰当的聚合物本体选择是 官能团 成功连接 到聚合物上 的关键因素 除了合成的 脂肪和芳香族的聚合物 大部分自然聚合物本身就被功能化并被用作反应活性材料 无机 聚合物同样用活性功能基团改性并且使用中需要严格的环境条件 原则上 活性基团应为 聚合物主链的一部分或者作为一个侧基直接连接或通过隔离基团连接着侧链 可以用如下可以用如下 三种方法将所需要的活性官能团引入到聚合物主链上 三种方法将所需要的活性官能团引入到聚合物主链上 1 1 在合成主链聚合物时通过带有 在合成主链聚合物时通过带有 所需官能团的单体的均聚或者共聚 使聚合物带上官能团 所需官能团的单体的均聚或者共聚 使聚合物带上官能团 2 2 将预先制成的未功能化的 将预先制成的未功能化的 主链聚合物进行化学改性 主链聚合物进行化学改性 3 3 将 将 1 1 和 和 2 2 两种方法结合起来 两种方法结合起来 2 2 两种方式都有各自 的优势与劣势 其中一种方式可能更适用于制备特殊功能聚合物 而另一种方法将完全不 适用 两种合成功能聚合物的方法之间的选择主要取决于载体对物化性能的要求 以满足 特殊应用 通常一个独立 制备 系统的要求必须完全检验 为了达到所有预期的技术参 数 近年来 功能化聚合物材料的使用方面有了飞速的发展 由于能够制造出兼有活性官由于能够制造出兼有活性官 能团特性和高分子量聚合物性能的功能聚合物 所以人们对 功能聚合物 这个领域的兴能团特性和高分子量聚合物性能的功能聚合物 所以人们对 功能聚合物 这个领域的兴 趣与日俱增 趣与日俱增 4 4 成功的利用这些聚合物是基于物理形态 溶剂的性能 孔隙度 聚合物的 化学活性和稳定性 各种类型的功能化聚合物 涵盖广泛的化学应用 包括聚合物试剂 催 化剂 载体 表面活性剂 稳定剂 离子交换树脂等 在各种各样的生物和生物医学等领 域 比如制药 农业 食品工业等 它们已经成为不可缺少的材料 特别是在药物和农药控 制释放的配方上 此外 这些聚合物被广泛用作抗氧化剂 阻燃剂 缓蚀剂 絮凝剂 抗静 电剂和其他技术的应用 此外 在高技术领域功能性聚合物具有广阔的应用前景 作为导 电材料 光敏剂 核径迹探测器 液晶 用于太阳能等的转化与储存的工作物质 UNITUNIT 1212 PreparationsPreparations ofof AminoAmino ResinsResins inin LaboratoryLaboratory 第十二单元第十二单元 实验室制备氨基树脂实验室制备氨基树脂 氨基树脂是由氨基衍生物和醛在酸性或碱性条件下反应生产得到的其中最重要最具代表性 的物质是脲醛树脂和蜜胺树脂 药品 药品 尿素 福尔马林 37 乙醇 2N NaOH 0 1N NaOH 溶液 1N 标准 NaOH 溶液 1N 标准 HCl 溶液 冰醋酸 糠醇 三乙醇胺 木粉 磷酸钙 氯化铵 0 5N H2SO4溶液 Na 精品文档 7欢迎下载 2SO3 1 乙醇百里酚酞指示剂溶液 三聚氰胺 甘油和单羟甲基脲 装置 装置 烧瓶和烧杯 500ml 的三口烧瓶 加热套 机械搅拌器 冷凝器 迪安 斯达克塔 分水器 烘箱 广泛试纸 试管 250mL 的容量烧瓶 冰浴 10ml 的移液管 滴管 油浴 和广口瓶 酸性条件下制备脲醛树脂 酸性条件下制备脲醛树脂 为了证明尿素和甲醛在酸性条件下的迅速反应 将 5 g 尿素和 6 mL 福尔马林在试管中混合 振荡试管直到尿素全部溶解 滴加 4 滴 0 5 N H2SO4 以调节 溶液 pH 到 4 观察析出沉淀所需要的时间 取出部分沉淀并比较此沉淀以及单羟甲基脲样 品在水中的溶解性 制备脲醛树脂粘合剂制备脲醛树脂粘合剂 将 600g 1mole 尿素和 137g 1 7mole 福尔马林放入 500ml 三口烧 瓶中 并安装好机械搅拌器和回流冷凝器 通过用广泛试纸测定用通过用广泛试纸测定用 2NNaOH2NNaOH 溶液把混合物溶液把混合物 PHPH 值调至值调至 7 87 8 然后将混合物回流 然后将混合物回流 2 2 小时 小时 1 1 每隔半小时用下面的方法测定一次混合物中每隔半小时用下面的方法测定一次混合物中 的自由甲醛含量 直到水完全脱除为止 的自由甲醛含量 直到水完全脱除为止 2 2 当混合物回流 2 小时后 将迪安 斯达克塔分水器安装在烧瓶和回流冷凝器之间 大约有 40ml 水被蒸馏 用 5 滴冰醋酸将溶液酸化 将 44g 糠醇和 0 55g 的三乙醇胺加入到 反应混合液中 加热此溶液到 90 并恒温 15 分钟 将混合物冷却到室温 取出 15g 的树脂样品和由 1g 木粉 0 05g 磷酸钙和 0 2g 氯化 铵组成的硬化剂混合 将混合物进行室温固化 将混合物进行室温固化 3 3 将剩下的没有加工硬化剂的树脂放入广 口瓶中并提交给实验导师 自由甲醛含量的测定 自由甲醛含量的测定 自由甲醛含量的测定 准备 250mL 1N Na2SO3 溶液 并中和该溶液 从而使其产生淡蓝色的百里酚酞指示剂溶液 在 250ml 锥形瓶中加入重为 2 到 3 克的树脂 样品到 100mL 的水中 摇晃锥形瓶使锥形瓶内的溶液充分溶解 如果树脂不能溶解 加入 乙醇可以帮助溶解 在冰浴中使溶液的温度下降到 4 加 25mL 的 1M Na2SO3 溶液在 100mL 的烧瓶中 用移液管移取 10ml 标准的 1N HCl 溶液到烧瓶中 降温至 4 加 10 15 滴百里酚酞指示剂溶剂到样品烧瓶中 调整溶液的颜色至淡蓝色 用冷水冷却以后迅速地用冷水冷却以后迅速地 转移酸式亚硫酸盐溶液到样品烧瓶中 转移酸式亚硫酸盐溶液到样品烧瓶中 4 4 滴定溶液到百里酚酞的终点 标准 1N NaOH 溶液 CH2O Na2SO3 H2O CH2OHSO3 Na NaOH 通过中和树脂溶液的 HCl 溶液的量来测定自由甲醛的百分含量 三聚氰胺甲醛树脂的制备 三聚氰胺甲醛树脂的制备 在一个 500ml 的配置有机械搅拌器和一个冷凝器的反应器中加 入 63g 0 5ml 的三聚氰胺和 122g 1 5ml 的福尔马林 37 混合物回流 40 分钟 自由 甲醛需要每隔十分钟测定一次 自由甲醛的测定步骤如上所述 样品经过 20 分钟加热后 在烧瓶和冷凝器间插入一个迪安 斯达克分水器 从而有 10mL 的水被蒸馏掉 把未固化的样品放入螺丝帽的坛子中 连同固化的树脂一起交给实验 指导老师 PARTPART B B 聚合反应工程聚合反应工程 精品文档 8欢迎下载 UNIT13UNIT13 ReactorReactor typestypes 第十三单元第十三单元 反应器类型反应器类型 反应器可以用许多方法分类 各自适用于特定的目的 反应器可以用许多方法分类 各自适用于特定的目的 1 1 例如 Henglein 1969 基 于用于产生反应的能量来源 即 热量 电化学 光化学 原子核 选择了一种细目分类 更多普通的细目分类是按照所存在的容器和流量的类型 1 1 间歇反应器 间歇反应器 BRBR 间歇反应器在化学实验室几乎是一般的选择 大多数的化学过程在那里产生 间歇反 应器的原理具简单性和通用性 不管它是一支试管 一个三颈瓶 一个高压釜 还是一个 光谱仪器的比色皿 不管反应比例 很清楚这些是低产率设备 当要求放大反应器时 大 多直截了当的途径是移至一个较大的间歇反应器如一个较大的大桶或罐 商业化的间歇反应器是庞大的 10 万加仑或更大 对于慢化学反应 为提高生产率必对于慢化学反应 为提高生产率必 须增加反应器体积 而这往往导致反应器的循环周期变长 常常以天计算 须增加反应器体积 而这往往导致反应器的循环周期变长 常常以天计算 2 2 制造 运输 以及其他因素限制了反应器的规模 如热传递能力会限制间歇反应器的尺寸 热交换器必如热传递能力会限制间歇反应器的尺寸 热交换器必 须在制造厂而不是在现场加工 须在制造厂而不是在现场加工 3 3 这限制了产率由于这间歇反应器可以被经济地利用 间 歇反应器也必须装料 卸料和清洗 为了加快反应这些非生产性的操作消耗了多于反应本 身的时间 连续化过程可能更有吸引力 2 2 半间歇反应器半间歇反应器 SBR SBR 一些反应器可以从反应混合物的不同相态中生产出某种产品 例如液相反应中气体的例如液相反应中气体的 释放 或流动相反应中沉淀的生成 释放 或流动相反应中沉淀的生成 4 4 为了驱使反应完全 希望继续分离粗产物相 个别个别 反应物的不同加入方式也导致半连续操作 反应物的不同加入方式也导致半连续操作 5 5 原因我们以后讨论 可希望一开始加入一种 反应物以后连续加入第二种反应物 这类反应器同时具有一个间歇和一个流动的特征 像 间歇反应器 适用于慢反应和低产率 3 3 连续流动搅拌反应器连续流动搅拌反应器 CSTR CSTR 从间歇反应器到连续流动搅拌反应器是小小的一步 同样的搅拌式容器的使用可仅仅 添加管道和储罐以提供连续进料和出料 因为连续操作可加快反应并提高产率 通常大多 数连续流动搅拌反应器用于液相反应 例如硝化和水解 多相反应器涉及液 气和 或液 固 例如氯化和加氢 4 4 多级串联连续流动搅拌反应器多级串联连续流动搅拌反应器 事实证明通过一系列多级串联连续流动搅拌反应器的混合能够获得高产率和重大的经 济效益 再者 这种反应器容易逐步放大 例如某种化学品的需求逐步增加时常这样做 再者 这种反应器容易逐步放大 例如某种化学品的需求逐步增加时常这样做 6 6 多级串联连续流动搅拌反应器通常用于液相反应 5 5 管式反应器管式反应器 当产率需要增加时 增加许多套连续搅拌式反应器变得复杂 而管式反应器变得诱人 转化成管式反应器失去了一些通用性并要求综合许多操作 尽管如此 管式反应器在液相 反应中起着广泛作用 例如 聚合反应 气相反应几乎总是选择连续反应器 例如 高温 裂解 采用管式反应器能够获得非常高的产率 要么增加管的直径要么通过使用充足数量 精品文档 9欢迎下载 的并列管提高更大的通用性 6 6 循环反应器循环反应器 循环反应器出于从一种情况到下一种情况循环变化的目的 在种类上可以是间歇反应 器 连续流动搅拌反应器 管式反应器等等 回到较早的观点 在节省粗原料的过程中 许多大规模的商业操作合并了一个或多个循环 这一实践通常导致了杂质的累积 它们依 次需要分离 通常不是简单地将反应器的出料返回到入口 当然也可以这样做 通常不是简单地将反应器的出料返回到入口 当然也可以这样做 7 7 例如 在间歇反应器中反应混合物可以回收 或用泵打循环 通过热交换器控制热 循环反应器由于其特殊的特性在实验室和中试车间也发现了应用价值 一个极端是将一个极端是将 所有的产物循环 没有净的流出 所有的产物循环 没有净的流出 此时循环反应器严格等效于全混间歇反应器 此时循环反应器严格等效于全混间歇反应器 8 8 另一个 极端是没有循环 反应器是简单的管式类 假如有一些净的流出但循环率很高 所有的反 应器运行类似于连续流动搅拌反应器 然而反应器本身的 类似于不同的管式反应器 在研 究和发展中循环反应器的通用性能够开发出更大的优点 势 UNITUNIT 2323 PolymerPolymer ProcessingProcessing 第二十三单元第二十三单元 聚合物加工聚合物加工 在其最一般的情况下 聚合物加工涉及固体 有时侯是液体 聚合物树脂以一种不规 则的形式 例如粉末 颗粒 珠子 转化成一种具有特殊形状 尺寸和性能的固体塑料产 品 这借助于转换加工 挤出 模塑 压延 涂覆 热成型等 为了获得上述目的 加工 通常涉及下述操作 固体输送 压缩 加热 混合 成型 冷却 固化并完成 显然 这 些操作不必按序发生 而许多可以同时发生 成型是为了给予材料所需要的几何形状和尺寸 成型过程包括粘弹形变和热传递 这成型过程包括粘弹形变和热传递 这 种粘弹形变和热传递是和产品从熔体的固化 或冷却 相联系的 种粘弹形变和热传递是和产品从熔体的固化 或冷却 相联系的 1 1 成型包括 1 二元操作 例如 口模成型 压延和涂覆 2 三元的模型和成型 操作 二元的操作要么是连续的 固定形状 例如薄膜和板材 电线涂布 纸和平面涂布 压延 纤维拉伸 管材和型材挤出等等 要么是间歇式的 在挤出的情况下伴有间歇挤 出吹膜 通常 模塑操作是间歇的 然而同时倾向于非固定条件 热成型 真空成型 和 相似的加工可以认为是二次成型操作 因为它们通常包括已成型形状的再次成型 在某些 情况下像吹模 加工包括首次成型 型胚成型 和二次成型 型胚膨胀 成型操作包括同时或交叉的液体流动和热传递 在二元加工中 固化 或冷却 在成 型加工之后 反之在三元加工的模塑中固化 或冷却 和成型倾向于同时发生 根据材料根据材料 的性质 设备和加工条件 流动状态以及根据流动面的自由与否 通常包括剪切 延伸和的性质 设备和加工条件 流动状态以及根据流动面的自由与否 通常包括剪切 延伸和 挤压流动 挤压流动 2 2 经历了流动和固化 或冷却 的聚合物的热机械历史导致了制造业微结构的变革 形 态学 结晶学和取向分布 最终产品的性能与微结构紧密相关 因此 加工和产品质量的 控制必须基于树脂性能 设备设计 操作条件 热机械历史 微结构和最终产品性能之间 相互作用的理解 数学模型和计算机被同时用于获得这些相互作用的理解 鉴于进一步利 用计算机辅助设计 计算机辅助制造 计算机辅助工程 CAD CAM CAE 系统协同塑料加工诸 精品文档 10欢迎下载 如这一趋近获得了更多的重要性 下面的讨论将重点放在包括塑料成型操作一些基本概念上 适当考虑说明热机械历史 和微结构发展 将强调最近关于分析和一些重要商品加工模型的进展 在上端 1 6 的 标准参考中能够找到本主题更广泛的综述 如上面提到的 成型操作包括液体流动和热传递 对于相态变化 还包括粘弹性聚合 物的熔融 稳定和非稳定状态加工是相冲突的 这种典型操作的科学分析需要解决相关连 续 运转和能量平衡 如守恒方程 UNITUNIT 2525 ThermalThermal PropertiesProperties ofof PolymersPolymers 第二十五单元第二十五单元 热性能聚合物热性能聚合物 热稳定性与转变温度和降解温度关系密切 即内在属性 通过热稳定性是完全理解诸通过热稳定性是完全理解诸 如重量 强度 绝缘能力等性能在热作用下的稳定性或保留率 如重量 强度 绝缘能力等性能在热作用下的稳定性或保留率 1 1 聚合物的熔点或降解温 度总是其温度上限 而使用温度则明显要低 聚合物在热的作用下在惰性气体中降解的方式一方面取决于聚合物本身的化学结构 另一方面取决于其结构中存在的少量的不稳定结构 只有当温度足够高以至于化学键离解破坏时才可能发生热降解 对于大多数聚合物而 言 热降解的特点是最薄弱的化学键的断裂 因此可用化学键离解能来测定 由于大多数 离解反应的熵变具有相同的数量级 因此可以假定其活化熵也近似相等 这通常意味着化 学键的断裂能决定了聚合物的降解现象 因此因此 可推出达到同一转化率对应的温度事实上是可推出达到同一转化率对应的温度事实上是 键断裂能成比例 键断裂能成比例 2 2 热降解或热解过程可由一系列实验指标来表征 如起始降解温度 降解一半的温度 降解速率最大时的温度以及平均活化能等 一种聚合物的耐热性也许可用 起始 降解和 一半 降解来表征 热降解有两种类型 即链式降解和无规降解 链式降解是指单体单元从分子链的一端链式降解是指单体单元从分子链的一端 或某个薄弱连接处连续不断地脱离下来 这在本质上是聚合反应的逆反应 或某个薄弱连接处连续不断地脱离下来 这在本质上是聚合反应的逆反应 3 3 通常称为链 解反应或拉链式降解反应 这种链解反应通常在最高的温度下开始发生 而无规降解则是 由于分子链某一任意部位的断裂引起的 形成多分散性的离解碎片 通常大于单体单元 混合物 两种类型的热降解可以分别发生也可以同时发生 后者更常见 乙烯基聚合物的 降解反应通常以链式降解为主 而缩聚产物的降解反应则主要是源于无规链降解 在裂解的起始阶段 550 初级炭会进一 步分解 主要发生脱氢反应 形成次级气体和最终的炭 在岐化降解反应中 结构单元之 脂肪结构上的氢原子会向芳香基团 转移 并使之 饱和 岐化降解中这种氢原子的转移 在很大程度上受到化学官能团性质的影响 UNITUNIT 2727 ProcessingProcessing andand FabricationFabrication ofof ThermoplasticsThermoplastics 精品文档 11欢迎下载 第二十七单元第二十七单元 加工和制备热塑性塑料加工和制备热塑性塑料 加工和制造材料的描述转换从股票形式 酒吧 棒 管 板 小丸等 或多或少带有复杂的产 物 聚合物高低有被证明特别适合各种挤出和注塑模具技术 在平价店 ticular以下主要 加工和制造业务现在使产品和组件制成形状复杂的批量生产规模很大 最重要的加工和制作技术为热塑性塑料利用他们的一般低熔点的温度和shapethe材料从 融化 挤出和注塑应用最广泛的是usedprocesses 螺杆挤出机的接受原始材料颗粒形态和 热塑性塑料挤出机螺杆穿过蚁穴桶 材