高分子成型加工复习大纲

1、1 3 橡胶加工橡胶加工 2 塑料的成型加工塑料的成型加工 1 聚合物加工的理论基础聚合物加工的理论基础 4 合成纤维的纺丝及加工合成纤维的纺丝及加工课程内容课程内容2二二. .成型加工的基本任务成型加工的基本任务1. 1.研究各种成型加工研究各种成型加工方法和技术方法和技术；2. 2.研究产品研究产品质量质量与各种与各种因素因素之间的之间的关系关系； 因素包括：因素包括：a. a.聚合物本身的性质；聚合物本身的性质； b. b.各种加工条件参数；各种加工条件参数； c. c.设备和模具的结构尺寸；设备和模具的结构尺寸； d. d.各种添加剂、助剂；各种添加剂、助剂；u3. 3.研究提高产量和

2、降低消耗的研究提高产量和降低消耗的途径途径。第一章第一章 绪绪 论论3四四. .成型加工方法的分类：成型加工方法的分类：1. 1.根据形变原理分根据形变原理分6 6类：类：a. a.熔体加工：熔体加工：先为熔体再成型。如先为熔体再成型。如 挤出，注塑，压延，模压，橡挤出，注塑，压延，模压，橡胶加工，熔融纺丝等。胶加工，熔融纺丝等。 b. b.类橡胶状聚合物的加工：类橡胶状聚合物的加工：将聚合物转变为高弹态下进行加工。主要制造中空将聚合物转变为高弹态下进行加工。主要制造中空容器或大型制件等。如容器或大型制件等。如 塑料容器，冰箱内胆。塑料容器，冰箱内胆。c. c.聚合物溶液加工：聚合物溶液加工：

3、流涎法薄膜，湿法纺丝等流涎法薄膜，湿法纺丝等 4d. d.低分子聚合物和预聚体的加工：低分子聚合物和预聚体的加工：直接利用聚合物单体或预聚体进行成型加工。加工直接利用聚合物单体或预聚体进行成型加工。加工过程即反应过程。如过程即反应过程。如 环氧、丙烯酸酯类，不饱和聚酯，环氧、丙烯酸酯类，不饱和聚酯，制造各种尺寸的整体浇铸制件和增强材料。制造各种尺寸的整体浇铸制件和增强材料。e. e. 聚合物悬浮体加工：聚合物悬浮体加工：将增塑剂、乳化剂加入聚合物中，把聚合物变成悬将增塑剂、乳化剂加入聚合物中，把聚合物变成悬浮体或乳胶，然后成型。（如橡胶胶乳、浮体或乳胶，然后成型。（如橡胶胶乳、PVCPVC糊）

4、糊）f. f.机械加工：机械加工：金属切削加工方法金属切削加工方法52. 2.根据加工过程中有无物理或化学变化分为三类：根据加工过程中有无物理或化学变化分为三类：a. a.主要发生主要发生物理物理变化：如变化：如 注射，挤出，压延，热成型，注射，挤出，压延，热成型，流涎薄膜等。流涎薄膜等。b. b.主要发生主要发生化学化学变化：如变化：如 浇铸成型。浇铸成型。c. c.既有物理变化又有化学变化：热固性塑料的加工和橡胶既有物理变化又有化学变化：热固性塑料的加工和橡胶加工。加工。 物理变化物理变化 化学变化化学变化加热流动交联固化6五五. .成型加工生产的基本过程成型加工生产的基本过程包括五方面内

5、容：包括五方面内容： 1. 1.材料选择和配方设计：树脂与助剂材料选择和配方设计：树脂与助剂 2. 2.模具设计，制品设计与设备的选择和改造：模具设计，制品设计与设备的选择和改造： 3. 3.成型加工：成型材料预处理，成型，机械加工，成型加工：成型材料预处理，成型，机械加工， 修饰，装配。修饰，装配。 4. 4. 制品性能检验：沿用金属检测方法制品性能检验：沿用金属检测方法 5. 5. 废料回收：流道残留物，边角余料，废品旧料回废料回收：流道残留物，边角余料，废品旧料回收收第一篇第一篇 聚合物加工理论聚合物加工理论基础基础8 1-3 聚合物液体在管和槽中的流动聚合物液体在管和槽中的流动 1-2

6、 聚合物的流变性质聚合物的流变性质 1-1 材料的加工性质材料的加工性质 1-4 聚合物加工过程的物理和化学变化聚合物加工过程的物理和化学变化课程内容课程内容1-1 材料的加工性质材料的加工性质v第第1节节 聚合物材料的加工性聚合物材料的加工性 可挤压性可挤压性Extrudability，可模塑性，可模塑性Mouldability，可纺性，可纺性Spinnability，可延性，可延性Stretchabilityv第第2节节 聚合物在加工过程中的粘弹行为聚合物在加工过程中的粘弹行为 与加工条件的关系，滞后效应与加工条件的关系，滞后效应一、聚合物的加工性质一、聚合物的加工性质 脆化温度脆化温度玻

7、璃化转变温度玻璃化转变温度粘流温度粘流温度（熔点）（熔点）分解温度分解温度 1. 1.聚合物的可挤压性聚合物的可挤压性 表征方法：熔融指数表征方法：熔融指数 2. 2.聚合物的可模塑性聚合物的可模塑性 表征方法：螺旋流动实验表征方法：螺旋流动实验 3. 3.聚合物的可纺性聚合物的可纺性 4. 4.聚合物的可延性聚合物的可延性 常用小型牵伸试验机进行测定常用小型牵伸试验机进行测定二、粘弹性形变的滞后效应二、粘弹性形变的滞后效应 松弛过程，松弛时间 制品收缩的主要原因：熔体成型时骤冷使大分子堆积得较松散（即存在自由体积）之故。 在在Tg-TfTg-Tf对成型制品进行热处理，可以缩短大分子形对成型制

8、品进行热处理，可以缩短大分子形变的松弛时间，加速结晶聚合物的结晶速度，使制变的松弛时间，加速结晶聚合物的结晶速度，使制品形状稳定下来。品形状稳定下来。 例如：纤维拉伸定型的热处理中吹入瞬时水蒸气。例如：纤维拉伸定型的热处理中吹入瞬时水蒸气。v 第一节 聚合物熔体的流变行为 牛顿流体、非牛顿流体 热塑性、热固性聚合物流变行为v 第二节 影响聚合物流变行为的主要因素 温度、压力 剪切速率或剪应力 聚合物结构因素1-2 聚合物的流变性质聚合物的流变性质 p 加工过程中聚合物的流变性质主要表现为加工过程中聚合物的流变性质主要表现为粘度的变化，粘度的变化，所以聚合物流体的粘度及其变化是聚合物加工过程最为

9、所以聚合物流体的粘度及其变化是聚合物加工过程最为重要的参数。重要的参数。根据流动过程聚合物粘度与应力或应变速率的关系，可以根据流动过程聚合物粘度与应力或应变速率的关系，可以将聚合物的流动行为分为两大类：将聚合物的流动行为分为两大类：（）牛顿流体牛顿流体，其流动行为称为牛顿型流动；其流动行为称为牛顿型流动；（）非牛顿流体非牛顿流体，其流动行为称为非牛顿型流动。其流动行为称为非牛顿型流动。第一节第一节 聚合物熔体的流变行为聚合物熔体的流变行为二、非牛顿型流体二、非牛顿型流体（一）、粘性系统（一）、粘性系统 不同类型流体粘性流不同类型流体粘性流动时的动时的 随随 变化的关变化的关系曲线，称为系曲线，

10、称为流动曲流动曲线或流变曲线线或流变曲线。 粘性系统在受到外力粘性系统在受到外力作用而发生流动时的作用而发生流动时的特性是：特性是：其剪切速率其剪切速率只依赖于所施加剪切只依赖于所施加剪切应力的大小。应力的大小。 （2）假塑性流体）假塑性流体 非牛顿流体中最为普通的一种。非牛顿流体中最为普通的一种。 流动曲线：流动曲线：流动曲线不是直线，而流动曲线不是直线，而是一条斜率先迅速变大而后又逐渐是一条斜率先迅速变大而后又逐渐变小的曲线，而且不存在屈服应力。变小的曲线，而且不存在屈服应力。 流体的表观粘度随剪切应力的增加流体的表观粘度随剪切应力的增加而降低。即：而降低。即：剪切变稀。剪切变稀。如：橡胶

11、、绝大多数聚合物、塑如：橡胶、绝大多数聚合物、塑料的熔体和溶液。料的熔体和溶液。（3）膨胀性流体）膨胀性流体 流动曲线：流动曲线：非直线的非直线的 ，斜率先，斜率先逐渐变小而后又逐渐变大的曲逐渐变小而后又逐渐变大的曲线，也不存在屈服应力。线，也不存在屈服应力。 表观粘度会随剪切应力的增加表观粘度会随剪切应力的增加而上升。即：而上升。即：剪切变稠。剪切变稠。如：固体含量高的悬浮液、如：固体含量高的悬浮液、较高剪切速率下的较高剪切速率下的PVCPVC糊塑糊塑料。料。三、热塑性和热固性聚合物的流变特性三、热塑性和热固性聚合物的流变特性 热固性聚合物在成型过程中的粘度变化规律与热塑性聚合物有本质上的不

12、同。 P26 图2-12 聚合物在任何给定剪切速率下粘度的主要有两聚合物在任何给定剪切速率下粘度的主要有两个方面的因素来决定：个方面的因素来决定：1 1）聚合物熔体内的自由体积）聚合物熔体内的自由体积2 2）大分子长链之间的缠结）大分子长链之间的缠结 1. 1.温度温度对粘度的影响对粘度的影响 2 2. .压力压力对粘度的影响对粘度的影响 3. 3.粘度对剪切速度或剪应力的依耐性粘度对剪切速度或剪应力的依耐性 4. 4.聚合物聚合物结构因素和组成结构因素和组成对粘度的影响对粘度的影响第二节第二节 影响聚合物流变行为的主要因素影响聚合物流变行为的主要因素 聚合物分子表观粘度对温度的敏感性与聚合物

13、分子聚合物分子表观粘度对温度的敏感性与聚合物分子链刚性、分子间引力、分子量及其分布有关。链刚性、分子间引力、分子量及其分布有关。 在成型操作中，只要不超过分解温度，在成型操作中，只要不超过分解温度，提高加工提高加工温度对表观粘度的温度敏感性大的聚合物来说，温度对表观粘度的温度敏感性大的聚合物来说，都会增大其流动性。都会增大其流动性。如：如：PMMAPMMA、PCPC、PA-66PA-66等等 大幅度增加温度，不但会引起聚合物热降解，降低大幅度增加温度，不但会引起聚合物热降解，降低制品质量，而且对成型设备的损耗也较大，并且会制品质量，而且对成型设备的损耗也较大，并且会恶化工作条件。恶化工作条件。

14、1、温度对剪切粘度的影响、温度对剪切粘度的影响 对聚合物流体而言，压力的增加相当于温对聚合物流体而言，压力的增加相当于温度的降低。称为度的降低。称为“压力压力-温度等效性温度等效性” 利用换算因子来确定产生同样熔体粘度所施加的利用换算因子来确定产生同样熔体粘度所施加的压力相当的温降。压力相当的温降。)(PT换算因子：换算因子： 一般的：带有体积庞大的苯基的高聚物，分子量较一般的：带有体积庞大的苯基的高聚物，分子量较大、密度较低的，其粘度受压力的影响较大。大、密度较低的，其粘度受压力的影响较大。2、压力对剪切粘度的影响、压力对剪切粘度的影响213、粘度对剪切速率或剪应力的依赖性、粘度对剪切速率或

15、剪应力的依赖性v P32 P32 图图2-212-21v 聚合物粘度对剪切速率的敏感性还可用聚合物粘度对剪切速率的敏感性还可用100100秒秒-1 -1和和10001000秒秒-1 -1的粘度比来表示。的粘度比来表示。v 该比值用作聚合物粘度对剪切速率的敏感性指标（见该比值用作聚合物粘度对剪切速率的敏感性指标（见P29P29表表2-52-5）。）。v PS/PE/PP/PVC PS/PE/PP/PVC都属于对剪切粘度敏感；都属于对剪切粘度敏感；v POM/PC/PA POM/PC/PA等对剪切速率不敏感。等对剪切速率不敏感。v 图图2-222-22224、聚合物结构因素和组成对粘度的影响、聚合

16、物结构因素和组成对粘度的影响v 聚合物结构因素：聚合物结构因素：链结构、链的极性、分子量、分子链结构、链的极性、分子量、分子量分布以及聚合物的组成。量分布以及聚合物的组成。a. a. 温敏性，切敏性与刚柔性的关系。温敏性，切敏性与刚柔性的关系。b. b. 分子量的影响，图分子量的影响，图2-242-24c. c.分子量分布，图分子量分布，图2-252-25d. d. 固体填料，图固体填料，图2-262-26e. e.溶剂或增塑剂溶剂或增塑剂f. f.图图2-282-2823 3-2 聚合物液体流动过程的弹性行为聚合物液体流动过程的弹性行为 3-1 在简单几何形状管道内聚合物液体的流动在简单几何

17、形状管道内聚合物液体的流动 3-3 聚合物液体流动性测量方法简介聚合物液体流动性测量方法简介1-3 聚合物液体在管和槽中的流动聚合物液体在管和槽中的流动一、聚合物液体在圆管中的流动一、聚合物液体在圆管中的流动 v 应用于：注射设备的喷嘴、浇口或流道，挤出机的机头通应用于：注射设备的喷嘴、浇口或流道，挤出机的机头通道或口模等道或口模等v 1 1）牛顿流体在简单圆管中的流动）牛顿流体在简单圆管中的流动 P39 P39 图图3-13-1v 2 2）非牛顿液体在简单圆管中的流动）非牛顿液体在简单圆管中的流动 P43P43图图3-2-43-2-4 又称为：又称为：“柱塞流动柱塞流动”，由于在此过程中受到

18、的剪切很，由于在此过程中受到的剪切很小，聚合物在流动过程中不易得到良好的混合，均匀性小，聚合物在流动过程中不易得到良好的混合，均匀性差，制品性能降低差，制品性能降低v 3 3）圆管中的非等温流动）圆管中的非等温流动3.1 在简单几何形状管道内聚合物液体的流动在简单几何形状管道内聚合物液体的流动二、聚合物液体在狭缝通道中的等温流动二、聚合物液体在狭缝通道中的等温流动 通常将高度通常将高度( (或称厚度或称厚度) )远比宽度或周边长度小得多的流远比宽度或周边长度小得多的流道称作狭缝通道。道称作狭缝通道。 图图3-73-7、图、图3-83-8 如用如用挤出机挤膜，挤板、挤出薄壁圆管和各种中空异挤出机

19、挤膜，挤板、挤出薄壁圆管和各种中空异型材的机头模孔以及注塑模具的片状浇口等。型材的机头模孔以及注塑模具的片状浇口等。 常见狭缝通道的截面形状有平缝形、圆环形和各种异常见狭缝通道的截面形状有平缝形、圆环形和各种异形等三种。形等三种。三、聚合物的拖曳流动和收敛流动三、聚合物的拖曳流动和收敛流动 典型拖拽流动：典型拖拽流动：挤出线缆包覆物环形口模中的流动；挤出线缆包覆物环形口模中的流动；挤出机螺杆槽与料筒所构成的矩形通道中的流动挤出机螺杆槽与料筒所构成的矩形通道中的流动拖拽流动产生环形流动，环形流动不影响流率拖拽流动产生环形流动，环形流动不影响流率的变化，但对聚合物的混合塑化和热交换有促的变化，但对

20、聚合物的混合塑化和热交换有促进作用。进作用。图图3-9 3-9 ，3-103-10 收敛流动的应用：收敛流动的应用：具有圆锥形的通道在挤出机具有圆锥形的通道在挤出机口模和注射设备中应用较广。口模和注射设备中应用较广。具有楔形通道主要用于挤出板材、薄片和流涎具有楔形通道主要用于挤出板材、薄片和流涎薄膜的口模。薄膜的口模。28 （一）端末效应（一）端末效应 包括：入口效应和离模膨胀包括：入口效应和离模膨胀 来源：高聚物的弹性行为来源：高聚物的弹性行为 影响因素：管子的长径比、分子量、温度等影响因素：管子的长径比、分子量、温度等 端末效应是一种弹性能的贮存和释放，它对聚合端末效应是一种弹性能的贮存和

21、释放，它对聚合物的加工是不利的，容易引起制品的变形和扭曲，降物的加工是不利的，容易引起制品的变形和扭曲，降低制品尺寸稳定性等等。低制品尺寸稳定性等等。 因此在加工中尽量避免这种效应。因此在加工中尽量避免这种效应。3.2 聚合液体流动过程的弹性行为29 定义：聚合物熔体在高剪切下表现出的不稳定流动定义：聚合物熔体在高剪切下表现出的不稳定流动 来源（来源（1 1）液体流动时在管壁上的滑移和液体中的弹）液体流动时在管壁上的滑移和液体中的弹性回复性回复 （2 2）液体剪切历史的差异）液体剪切历史的差异 表现：液流表面粗糙，出现鲨鱼皮状表面，甚至有波表现：液流表面粗糙，出现鲨鱼皮状表面，甚至有波浪形、竹

22、节形等、更甚至出现断裂的形状不规则的碎浪形、竹节形等、更甚至出现断裂的形状不规则的碎片片（二）不稳定流动和熔体破碎现象（二）不稳定流动和熔体破碎现象30波浪形波浪形鲨鱼皮形鲨鱼皮形竹节形竹节形螺旋形螺旋形不规则破碎形不规则破碎形不稳定流动不稳定流动31 聚合物本身性质、聚合物本身性质、剪切应力和剪切速率、剪切应力和剪切速率、流体流动流体流动管道的形状等。管道的形状等。影响不稳定流动的因素影响不稳定流动的因素32v（1 1）适当降低分子量，加宽分子量分布；）适当降低分子量，加宽分子量分布；v（2 2）适当升高挤出温度，但应防止交联、降解。）适当升高挤出温度，但应防止交联、降解。某些情况下如顺丁橡

23、胶可利用低温光滑区挤出；某些情况下如顺丁橡胶可利用低温光滑区挤出；v（3 3）适当降低挤出速度，某些情况下，可利用）适当降低挤出速度，某些情况下，可利用高速的第二光滑区；高速的第二光滑区； v（4 4）用喇叭型的口型，可提高）用喇叭型的口型，可提高r rc c ，可消除死角；，可消除死角；v（5 5）加入填充补强剂和增塑剂。）加入填充补强剂和增塑剂。减轻熔体破裂现象的措施减轻熔体破裂现象的措施1-4 聚合物加工过程的物理和化学变化聚合物加工过程的物理和化学变化4.1 成型加工过程中聚合物的结晶4.2 成型加工过程中聚合物的取向4.3 加工过程中聚合物的降解4.4 加工过程中聚合物的交联34一、

24、聚合物球晶的形成和结晶速度一、聚合物球晶的形成和结晶速度 一般的聚合物的结晶度在一般的聚合物的结晶度在10%60%10%60% 结晶过程：结晶过程：晶核的形成，晶体的增长晶核的形成，晶体的增长 晶核的形成：晶核的形成：均相成核均相成核 晶核密度连续上升晶核密度连续上升 异相成核异相成核 晶核密度不发生变化晶核密度不发生变化通常定义结晶度达到通常定义结晶度达到50%50%时的时间的倒数作为结晶时的时间的倒数作为结晶速度的比较标准，称为速度的比较标准，称为结晶速度常数结晶速度常数4.1 4.1 成型加工过程中聚合物的结晶成型加工过程中聚合物的结晶35 二、加工成型过程中影响结晶的因素二、加工成型过

25、程中影响结晶的因素1. 1. 冷却温度冷却温度2. 2.熔融温度和熔融时间熔融温度和熔融时间3.3.应力作用应力作用4. 4. 低分子物、固体杂质和链结构的影响低分子物、固体杂质和链结构的影响 随着结晶度的增加随着结晶度的增加密度增加，屈服强度、杨氏模量、硬度、耐热性（软密度增加，屈服强度、杨氏模量、硬度、耐热性（软化温度、热畸变温度）、耐化学溶剂性提高；化温度、热畸变温度）、耐化学溶剂性提高；当聚合物当聚合物TgTg较低时，抗张强度也增加，但聚合物的脆较低时，抗张强度也增加，但聚合物的脆性也随这上升。性也随这上升。耐龟裂能力下降，体积减小，比如减小，韧性下降。耐龟裂能力下降，体积减小，比如减

26、小，韧性下降。四、聚合物结晶对制件性能的影响两种取向过程：两种取向过程：A.A.流动取向：流动取向：聚合物熔体或浓溶液中大分子、链段或其中几何形状不对称的固体粒子在剪切流动时，沿流动方向的流动取向。B.B.拉伸取向：拉伸取向：聚合物在受到外力拉伸时，大分子、链段或微晶等结构单元沿受力方向拉伸取向。取向的两种方式：A：单轴取向：取向的结构单元只朝一个方向。B：双轴取向：取向的结构单元同时朝两个方向。4.2 成型加工过程中聚合物的取向成型加工过程中聚合物的取向 A.喷嘴或浇口（等温流动区域） 管道截面小，管道中流速大，紧靠管壁附近的取向程度最高。B.模具型腔中（非等温流动区域） 熔体进入截面尺寸较

27、大的模腔后，压力逐渐降低，熔体中的速度梯度也由浇口处的最大值逐渐降低到物料流前沿的最小值，流动方向上的取向程度也逐渐减小，取向程度与压力降成正比。一、聚合物及其固体添加物的流动取向 从试样中取向度的分布可知：在样品次表层取向最大，中心最低，取向程度最大的区域不在浇口处，而在距浇口不远的位置上。三、影响聚合物取向的因素三、影响聚合物取向的因素 1 1、拉伸力的角度、拉伸力的角度2 2、温度和应力的影响、温度和应力的影响3 3、拉伸比的影响、拉伸比的影响4 4、聚合物结构和低分子物的影响、聚合物结构和低分子物的影响1.模温2.制品厚度3.注射压力4.填料取向时间5.料筒温度 非晶聚合物：拉伸方向上

28、的拉伸强度、断裂伸长率和冲击强度提高结晶聚合物：力学强度增大，具有一定的韧性和弹性。随取向度提高，材料的密度和强度都相应提高，而伸长率则逐渐降低。四、取向对聚合物性能的影响四、取向对聚合物性能的影响4.3 加工过程中聚合物的降解降降解解的的实实质质断链断链交联交联分子链结构的改变分子链结构的改变侧基的改变侧基的改变综合作用综合作用 聚合物大分子可能受到热和应力的作用或高温下聚合物中微量水分、酸、碱等杂质及空气中的氧的作用而导致分子量降低，大分子结构改变等化学变化降解44 2. 2.加工过程中各种因素对降解的影响加工过程中各种因素对降解的影响 （1 1）聚合物结构的影响）聚合物结构的影响 稳定性

29、差的键和基团容易降解稳定性差的键和基团容易降解 （2 2）温度的影响）温度的影响 热降解热降解 （3 3）氧的影响）氧的影响 促进降解促进降解 （4 4）应力的影响）应力的影响 （5 5）水分的影响）水分的影响 1. 1.加工过程中的聚合物降解的机理加工过程中的聚合物降解的机理 （1 1）游离基链式降解）游离基链式降解 慢引发，快增长慢引发，快增长 （2 2）逐步降解）逐步降解三、加工过程对降解作用的利用与避免三、加工过程对降解作用的利用与避免 避免措施：避免措施：（1 1）严格控制原材料的技术指标，使用合格的原材料）严格控制原材料的技术指标，使用合格的原材料（2 2）使用前对聚合物进行严格的

30、干燥）使用前对聚合物进行严格的干燥（3 3）确定合理的加工工艺和加工条件，是聚合物能在不）确定合理的加工工艺和加工条件，是聚合物能在不易产生降解的条件下加工成型易产生降解的条件下加工成型（4 4）加工设备和模具应有良好的结构）加工设备和模具应有良好的结构（5 5）适当的使用抗氧剂和稳定剂等）适当的使用抗氧剂和稳定剂等利用：接枝或嵌段共聚物的制备，塑炼利用：接枝或嵌段共聚物的制备，塑炼 1. 1.游离基交联反应游离基交联反应 a. a.以不饱和单体为交联剂，以过氧化物作引发剂。以不饱和单体为交联剂，以过氧化物作引发剂。 b. b.硫化反应硫化反应 c. c.辐射交联、化学交联辐射交联、化学交联

31、2. 2.逐步交联反应逐步交联反应 环氧、酚酸、脲醛、聚氨酯环氧、酚酸、脲醛、聚氨酯4.4 加工过程中聚合物的交联加工过程中聚合物的交联 一、聚合物交联反应的机理一、聚合物交联反应的机理 1. 温度温度2. 硬化时间硬化时间3. 反应官能团多少、含量反应官能团多少、含量4. 应力应力二、影响聚合物大分子交联的因素二、影响聚合物大分子交联的因素第二篇 塑料的成型加工49 6 塑料的一次成型塑料的一次成型 5 成型物料的配制成型物料的配制 7 塑料的二次成型塑料的二次成型50第五章第五章 成型物料的配制成型物料的配制5.1 5.1 物料的组成和添加剂的作用物料的组成和添加剂的作用5.2 5.2 物

32、料的混合和分散机理物料的混合和分散机理5.3 5.3 配料工艺介绍配料工艺介绍5.1 5.1 物料的组成和添加剂的作用物料的组成和添加剂的作用主体树脂（聚合物）：粒料和粉料主体树脂（聚合物）：粒料和粉料添加剂：添加剂：增塑剂增塑剂 防老剂防老剂 填料填料 润滑剂润滑剂 着色剂着色剂固化剂固化剂 5.2 物料的混合和分散机理s 混合：包括狭义的混合和分散混合：包括狭义的混合和分散【分布式混合：分布式混合： 图图5-105-10使混合物的组分扩散并产生位置更换，使组分浓度使混合物的组分扩散并产生位置更换，使组分浓度趋于均匀。趋于均匀。搅动、翻转、推拉搅动、翻转、推拉【分散式混合分散式混合 ： 图图

33、5-115-11通过对物料施加通过对物料施加剪切力、挤压力剪切力、挤压力，使组分粒度减小。，使组分粒度减小。开炼机、密炼机开炼机、密炼机等。等。 1.混合的基本原理混合：狭义的混合：狭义的混合、捏合、塑炼混合、捏合、塑炼混合手段：扩散、混合手段：扩散、 对流、对流、 剪切剪切 2.混合效果的评定 （1 1）液体物料的混合效果）液体物料的混合效果 分析混合物不同部分的组成分析混合物不同部分的组成 （2 2）固体剂塑性物料的混合效果）固体剂塑性物料的混合效果 分散程度：分散程度：P111 P111 图图5-145-14 均匀程度：均匀程度：P112 P112 图图5-165-1655 混合设备：必

34、不可少的预处理设备混合设备混合设备操作方式操作方式间歇式间歇式连续式连续式混合过程特征混合过程特征分布式分布式分散式分散式混合强度大小混合强度大小高强度高强度中强度中强度低强度低强度 3.主要的混合设备初混合设备：捏合机、捏合机、高速混合机、高速混合机、管道式捏合机管道式捏合机混合塑炼设备：双辊开炼机、双辊开炼机、密炼机、密炼机、挤出机等挤出机等571、开炼机、开炼机又称又称辊压机辊压机，主要用于塑料的混炼、塑炼和压片等工艺。，主要用于塑料的混炼、塑炼和压片等工艺。分散、混合、剪切分散、混合、剪切等作用等作用优点：结构简单，加工适应性强，使用方便。优点：结构简单，加工适应性强，使用方便。缺点：

35、结构笨重，能耗大（效率低），操作条件差等。缺点：结构笨重，能耗大（效率低），操作条件差等。二、混合塑炼设备二、混合塑炼设备58（1）开炼机的基本结构）开炼机的基本结构主要有机座、机架、横梁、前后辊筒、辊筒轴承、辊主要有机座、机架、横梁、前后辊筒、辊筒轴承、辊距调节装置、事故停车装置、加热装置、万向联轴器、距调节装置、事故停车装置、加热装置、万向联轴器、减速机、制动器、电动机及润滑装置等。减速机、制动器、电动机及润滑装置等。结构图结构图59（2） 开炼机的规格与类型开炼机的规格与类型 规格表示规格表示根据塑料机械产品型号（根据塑料机械产品型号（GB/T 12783-2000）辊筒直径辊筒直径开炼

36、机开炼机塑料塑料SK450900辊筒长度辊筒长度60（4）开炼机的主要零部件）开炼机的主要零部件1 1）、辊筒）、辊筒2 2）、机架与横梁）、机架与横梁3 3）、调距装置：手动调距、电动调距、液压调距）、调距装置：手动调距、电动调距、液压调距4 4）、安全装置）、安全装置5 5）、制动（紧急刹车）装置）、制动（紧急刹车）装置6 6）、辊温调节装置）、辊温调节装置61612、塑料密炼机、塑料密炼机使树脂、增塑剂、稳定剂、着色剂等各种添加剂进行使树脂、增塑剂、稳定剂、着色剂等各种添加剂进行混合和塑化。混合和塑化。优点：优点：与开炼机相比，密炼机具有工作密封性好、混与开炼机相比，密炼机具有工作密封性

37、好、混炼条件优越、生产能力高、混炼周期短、机械化和自炼条件优越、生产能力高、混炼周期短、机械化和自动化程度高、工作安全等。动化程度高、工作安全等。62（1） 密炼机的基本构造密炼机的基本构造1）、密炼室和转子）、密炼室和转子2）、加料和压料装置）、加料和压料装置3）、卸料及锁紧机构）、卸料及锁紧机构4）、传动装置）、传动装置电动机、弹性联轴器、齿轮减速机、万向联轴器和速比齿轮等电动机、弹性联轴器、齿轮减速机、万向联轴器和速比齿轮等5）、机座）、机座6）附属系统）附属系统液压传动系统、气控系统、加热和冷却系统、电控系统、润滑系统液压传动系统、气控系统、加热和冷却系统、电控系统、润滑系统63（2）

38、 密炼机的基本类型密炼机的基本类型1）、按密炼室的结构形式分）、按密炼室的结构形式分对开组合式和前后组合式对开组合式和前后组合式2）、按转子的转速分）、按转子的转速分慢速（慢速（20r/min以下以下)、中速（、中速（30r/min左右）、快速（左右）、快速（40r/min以以上）上）3）、按转子的几何形状分）、按转子的几何形状分椭圆形、三菱形、圆筒形椭圆形、三菱形、圆筒形64（3） 密炼机的工作过程密炼机的工作过程T1转子外表面与密炼室壁之间的转子外表面与密炼室壁之间的剪切、搅拌和挤压剪切、搅拌和挤压作用作用T2两转子之间的两转子之间的捏合、撕拉捏合、撕拉作用作用T3转子的轴向转子的轴向翻岛

39、、捏炼翻岛、捏炼作用作用5.3 5.3 配料工艺简介配料工艺简介 1. 1.粉料和粒料的配置粉料和粒料的配置（1 1）原料的原料的准备准备（2 2）初）初混合混合（3 3）初）初混物的塑混物的塑炼炼（4 4）塑）塑炼物的粉炼物的粉碎和粒化碎和粒化第六章 塑料的一次成型一次成型：一次成型：通过加热使塑料处于粘流态的条件通过加热使塑料处于粘流态的条件 下，经下，经过流动、成型和冷却硬化（或交联固化），而将塑料过流动、成型和冷却硬化（或交联固化），而将塑料制成各种形状的产品的方法；制成各种形状的产品的方法；二次成型：二次成型：将一次成型所得的片、管、板等塑料成品，将一次成型所得的片、管、板等塑料成品

40、，加热使其处于类橡胶态，通过外力作用使其形变而成加热使其处于类橡胶态，通过外力作用使其形变而成型为各种较简单形状，再经冷却定型而得产品。型为各种较简单形状，再经冷却定型而得产品。6767 6-1 挤出成型挤出成型 6-2 注射成型注射成型 6-3 压制成型压制成型 6-4 压延成型压延成型 6-5 其他成型方法其他成型方法68一、挤出成型挤出成型定义适合：所有的热塑性塑料和部分热固性塑料挤出工艺：连续型 螺杆式挤出机 间歇型 柱塞式挤出机1.单螺杆挤出机组成：传动部分 加料装置 料筒 螺杆 机头和口模 辅助设备 螺杆：长径比 压缩比 螺杆结构的划分机头和口模的作用2. 挤出成型原理（1）固体输

41、送（2）熔化过程（3）熔体输送（4）螺杆和机头的特性曲线与挤出机生产率的关系 3.挤出成型工艺与过程（1）原料干燥（2）挤出成型（3）制品的定型与冷却（4）牵引和热处理6.1 6.1 挤出成型挤出成型挤出成型:也称挤压模塑或挤塑，即借助螺杆或柱塞的挤压作用，使受热熔化的塑料在压力推动下，强行通过口模而成为具有恒定截面的连续型材的一种成型方法。挤出法几乎能成型挤出法几乎能成型所有热塑性塑料所有热塑性塑料和和某些热某些热固性塑料。固性塑料。 生产的制品：生产的制品：管材、板材、薄膜、线缆包覆管材、板材、薄膜、线缆包覆物及塑料与其它材料的复合材料等物及塑料与其它材料的复合材料等。s挤出制品占热塑性塑

42、料制品的挤出制品占热塑性塑料制品的40405050，此，此外还可以用于塑化造粒、着色和共混等。外还可以用于塑化造粒、着色和共混等。737474 2、挤出机及其机组的主要构成、挤出机及其机组的主要构成挤出设备挤出设备主机主机辅机辅机控制系统控制系统75主机主机挤压系统挤压系统传动系统传动系统加热冷却系统加热冷却系统螺杆螺杆机筒机筒76辅机辅机机头机头定型装置定型装置冷却装置冷却装置牵引装置牵引装置卷取装置卷取装置切割装置切割装置77控制系统控制系统控制主、辅机的拖动电动机控制主、辅机的拖动电动机温度、压力、流量控制温度、压力、流量控制整个机组的自动控制整个机组的自动控制产品的质量控制产品的质量控

43、制一、单螺杆挤出机的基本结构传动装置加料装置螺杆机筒机头和口模6.3.6.3.螺杆螺杆 产生挤压作用产生挤压作用, ,增压、摩擦生热，混合和塑增压、摩擦生热，混合和塑化，流经口模，取得所需形状而成型。化，流经口模，取得所需形状而成型。由于塑料品种很多、性质各异，因此为适应由于塑料品种很多、性质各异，因此为适应加工不同塑料的需要，螺杆的种类很多，结加工不同塑料的需要，螺杆的种类很多，结构上也有差异，以便能对塑料产生较大的输构上也有差异，以便能对塑料产生较大的输送、挤压、混合和塑化作用。送、挤压、混合和塑化作用。80表表 三段式螺杆所表示的几何参数三段式螺杆所表示的几何参数参数参数备注备注螺杆直径

44、螺杆直径D，有系列标准可查，见表，有系列标准可查，见表3-3螺杆根径螺杆根径Ds机筒内径机筒内径Db螺杆和机筒的间隙螺杆和机筒的间隙，有系列标准可查，见表有系列标准可查，见表3-3螺杆螺纹部分工作长度螺杆螺纹部分工作长度L加料段长度加料段长度L1，对应加料段的螺槽深度，对应加料段的螺槽深度H1熔融段长度熔融段长度L2，对应螺杆的几何压缩比，对应螺杆的几何压缩比i计量段长度计量段长度L3，对应加料段的螺槽深度，对应加料段的螺槽深度H3续表续表 三段式螺杆所表示的几何参数三段式螺杆所表示的几何参数参数参数备注备注螺杆的几何压缩比螺杆的几何压缩比i，螺杆加料段第一个螺槽容积与均化，螺杆加料段第一个螺

45、槽容积与均化段最后一个螺槽容积之比，段最后一个螺槽容积之比，i=H1/H3塑料的物理压缩比塑料的物理压缩比，塑料受热熔融后的密度与其松散状，塑料受热熔融后的密度与其松散状态的密度之比态的密度之比螺纹螺距螺纹螺距S螺纹角螺纹角螺槽轴向宽度螺槽轴向宽度B垂直螺棱的螺槽宽度垂直螺棱的螺槽宽度W螺棱轴向宽度螺棱轴向宽度b螺棱法向宽度螺棱法向宽度e，螺纹顶处法向宽度，螺纹顶处法向宽度（1 1）螺杆的直径（）螺杆的直径（D D）长径比（）长径比（ L/D L/D ） 螺杆直径（螺杆直径（D D）根据所制制品的形状、大小及需要的生产根据所制制品的形状、大小及需要的生产率来决定的。率来决定的。一般一般4545

46、150mm150mm，螺杆直径增大，加工能，螺杆直径增大，加工能力提高，挤出机的生产率与螺杆直径力提高，挤出机的生产率与螺杆直径D D的的平方成正比。平方成正比。 长径比（长径比（L/DL/D）s螺杆工作部分有效长度与直径之比。螺杆工作部分有效长度与直径之比。s通常为通常为18182525。sL/DL/D大，能改善物料温度分布，有利于塑料的混大，能改善物料温度分布，有利于塑料的混合和塑化，并能减少漏流和逆流，提高挤出机合和塑化，并能减少漏流和逆流，提高挤出机的生产能力。的生产能力。sL/DL/D大，螺杆适应能力强，能用于多种塑料的挤大，螺杆适应能力强，能用于多种塑料的挤出。出。s但但L/DL/

47、D过大，使塑料受热时间增长而降解；过大，使塑料受热时间增长而降解；s 螺杆自重增加，自由端挠曲下垂，螺杆自重增加，自由端挠曲下垂，s 引起料筒与螺杆间擦伤，使制造引起料筒与螺杆间擦伤，使制造s 加工困难，增大功率消耗。加工困难，增大功率消耗。s过短的螺杆，容易引起混炼的塑化不良。过短的螺杆，容易引起混炼的塑化不良。（3 3）压缩比）压缩比 压缩比愈大，塑料受到的挤压作用愈大压缩比愈大，塑料受到的挤压作用愈大s 螺槽浅时，能对塑料产生较高的剪切速率，有利于螺槽浅时，能对塑料产生较高的剪切速率，有利于料筒壁和物料间的传热，物料混合和塑化的效率高，料筒壁和物料间的传热，物料混合和塑化的效率高，但生产

48、率降低。螺槽深时，情况相反。但生产率降低。螺槽深时，情况相反。因此，热敏性塑料，宜用深螺槽螺杆（如因此，热敏性塑料，宜用深螺槽螺杆（如PVCPVC）；）；熔体粘度高，热稳定性较高的塑料，宜用浅螺槽螺杆熔体粘度高，热稳定性较高的塑料，宜用浅螺槽螺杆（如（如PAPA）。）。86渐变型：渐变型： 等距不等深等距不等深（4 4）螺杆的结构形式）螺杆的结构形式渐变型：渐变型：等深不等距等深不等距突变型突变型87加料段加料段熔融段熔融段计量段计量段由加料区、由加料区、固体输送区固体输送区及一个过渡及一个过渡的迟滞区组的迟滞区组成。成。压实、输送压实、输送进一度进一度压压实和塑化实和塑化进一步进一步塑化塑化

49、和均匀化和均匀化，并使之并使之定压、定压、定量和定温定量和定温地从机头挤地从机头挤出出（5 5）螺杆各段的功能）螺杆各段的功能88 加（送）料段加（送）料段s将料斗供给的料送往压缩段。将料斗供给的料送往压缩段。s塑料在移动过程中，一般保持固体状态，由塑料在移动过程中，一般保持固体状态，由于受热而部分熔化。于受热而部分熔化。s挤出结晶聚合物最长，硬性无定形聚合物次挤出结晶聚合物最长，硬性无定形聚合物次之，软性无定形聚合物最短。之，软性无定形聚合物最短。s螺槽容积可以保持不变。螺槽容积可以保持不变。89s粉料比重小带的空气多，需较大的压缩比（可粉料比重小带的空气多，需较大的压缩比（可达达4545）

50、，而粒料仅），而粒料仅2.532.53；s压缩段长短与塑料熔限有关：压缩段长短与塑料熔限有关：s熔限宽的塑料，压缩段长，可达螺杆全长的熔限宽的塑料，压缩段长，可达螺杆全长的100%100%，渐变型，如，渐变型，如PVCPVC；s熔限窄的，压缩段占约熔限窄的，压缩段占约4550%4550%，如，如PEPE；s熔限很窄的，压缩段甚至只有一个螺距，突熔限很窄的，压缩段甚至只有一个螺距，突变型，如变型，如PAPA。 压缩段（迁移段、过渡段）压缩段（迁移段、过渡段）90 均化段（计量段）均化段（计量段）螺槽容积恒定不变。螺槽容积恒定不变。 为避免物料因滞留在螺杆头端面死角处引起为避免物料因滞留在螺杆头端

51、面死角处引起分解，螺杆头部常设计成锥形或半圆形。分解，螺杆头部常设计成锥形或半圆形。 有些螺杆的均化段是一表面完全平滑的杆体，有些螺杆的均化段是一表面完全平滑的杆体，称为称为“鱼雷头鱼雷头”，但也有刻上凹槽或铣刻成，但也有刻上凹槽或铣刻成花纹的。花纹的。915.5.机头和口模机头和口模机头的作用：是将处于旋转运动的塑料熔体机头的作用：是将处于旋转运动的塑料熔体转变为平行直线运动，使塑料进一步塑化均转变为平行直线运动，使塑料进一步塑化均匀，并将熔体均匀而平稳地导入口模，赋予匀，并将熔体均匀而平稳地导入口模，赋予必要的成型压力，使塑料易于成型和取得制必要的成型压力，使塑料易于成型和取得制品密实。品

52、密实。口模为具有一定截面形状的通道，塑料熔体口模为具有一定截面形状的通道，塑料熔体在口模中流动时取得所需形状，并被口模外在口模中流动时取得所需形状，并被口模外的定型装置和冷却系统冷却硬化而成型。的定型装置和冷却系统冷却硬化而成型。 机头与口模的组成部件包括机头与口模的组成部件包括过滤网、多孔板、过滤网、多孔板、分流器、模芯、口模和机颈等部件。分流器、模芯、口模和机颈等部件。92二、挤出成型原理二、挤出成型原理固体输送区固体输送区熔融区熔融区熔体输送区熔体输送区93&（一）、在加料段中的流动（一）、在加料段中的流动固体输送固体输送 固体输送理论：固体输送理论：k螺旋输送作用螺旋输送作用 k固体对

53、固体的磨擦静力平衡固体对固体的磨擦静力平衡k旋转运动和轴向运动旋转运动和轴向运动k如何提高固体输送速率如何提高固体输送速率94&（二）（二）、在熔融段中的流动、在熔融段中的流动融化（相迁移）融化（相迁移）过程过程 熔融理论：熔融理论：k能量平衡和质量平衡能量平衡和质量平衡 k固态转变为熔融态固态转变为熔融态k图图6-10,6-1195&（三）（三）、在均化段中的流动、在均化段中的流动 流动理论（流体动力学理论）：流动理论（流体动力学理论）：k正流正流 k倒流倒流k横流横流k漏流漏流96&3 3、在均化段中的流动、在均化段中的流动k正流正流 ：又称顺流、拖流，在螺杆中受机筒拖曳作用产生：又称顺流

54、、拖流，在螺杆中受机筒拖曳作用产生k倒流：又称反流、逆流，机头、口模、多孔板、滤网等倒流：又称反流、逆流，机头、口模、多孔板、滤网等阻碍压力产生阻碍压力产生k图图97&3 3、在均化段中的流动、在均化段中的流动k横流：能促进物料的混合、搅拌和热交换，横流：能促进物料的混合、搅拌和热交换，有利于塑化有利于塑化和均化和均化k漏流：螺杆与机筒间的倒流漏流：螺杆与机筒间的倒流k图图98 挤出机的总生产能力挤出机的总生产能力: Q = Qd - (Qp + QL) Qd正流正流挤出物料的生产能力挤出物料的生产能力 Qp由于由于倒流倒流引起的生产能力的损失引起的生产能力的损失 QL由于由于漏流漏流引起的生

55、产能力的损失引起的生产能力的损失99&4、在机头中的流动、在机头中的流动k由旋转运动变成直线运动由旋转运动变成直线运动k机头形成必要的压力，使物料进一步塑化、混合、机头形成必要的压力，使物料进一步塑化、混合、均匀均匀k成型出与口模截面形状相同的制品成型出与口模截面形状相同的制品100（四）、（四）、 挤出机的工作特性挤出机的工作特性 螺杆特性曲线螺杆特性曲线 QAnBP/口模特性曲线口模特性曲线 Q=Kp/工作点工作点101101影响挤出机生产率的主要因素影响挤出机生产率的主要因素 1 1、机头压力机头压力增大增大，挤出流率减小挤出流率减小，但对物料的进一步混合，但对物料的进一步混合和塑化有利

56、。和塑化有利。 2 2、 机头和螺杆的几何尺寸一定时，机头和螺杆的几何尺寸一定时，螺杆转速螺杆转速与挤出机的与挤出机的生产率成生产率成正比正比。 3 3、螺杆尺寸：螺杆尺寸：螺杆直径螺杆直径D D的平方的平方与生产能力几乎成与生产能力几乎成正比正比。 均化段长度均化段长度L L增加增加，逆流和漏流减少，挤出，逆流和漏流减少，挤出生产率增加生产率增加。 螺槽深度螺槽深度: :存在一个最佳值，并非越深越好存在一个最佳值，并非越深越好102102103三、双螺杆挤出机三、双螺杆挤出机 优点：优点：双螺杆挤出机更容易加入带状料、粉料、玻璃纤双螺杆挤出机更容易加入带状料、粉料、玻璃纤维等物料；物料在机筒

57、内停留时间短；塑化、混合效果维等物料；物料在机筒内停留时间短；塑化、混合效果优良；排气、自洁性能良好；比功率消耗低。优良；排气、自洁性能良好；比功率消耗低。104& 1、双螺杆挤出机的应用双螺杆挤出机的应用 1）、成型加工的应用）、成型加工的应用 生产管材、板材及异型材生产管材、板材及异型材 2）、配料、混料的应用）、配料、混料的应用 配料和混料工序、配料和混料工序、 塑料填充和改性、塑料填充和改性、 橡塑共混及塑料合金、橡塑共混及塑料合金、聚合物色母料聚合物色母料 3）、反应加工的应用）、反应加工的应用1052、双螺杆挤出机双螺杆挤出机 基本结构图基本结构图 组成：两根螺杆、机筒、传动装置、

58、加料装置、加热冷却组成：两根螺杆、机筒、传动装置、加料装置、加热冷却系统和机座等。系统和机座等。1机头连接器；2多孔板；3机筒；4加热器；5螺杆；6加料器；7料斗；8加料器电机；9止推轴承；10专用减速箱；11电动机。1061063、 双螺杆挤出机双螺杆挤出机的类型的类型107 物料以近似物料以近似C C形小室形小室 多用于多用于加工制品加工制品 物料呈物料呈“”“”形前进形前进 主要用于混炼物料和主要用于混炼物料和挤出造粒挤出造粒四、挤出成型工艺与过程四、挤出成型工艺与过程通常的程序：通常的程序：成型物料预处理成型物料预处理挤出造型挤出造型制品的定型与冷却制品的定型与冷却制品的牵引与卷取（切

59、割）制品的牵引与卷取（切割）后处理后处理包装包装（一）、成型物料预处理（一）、成型物料预处理 通常包括通常包括干燥、预热、着色、混入各种添加剂和废品干燥、预热、着色、混入各种添加剂和废品的回收利用等的回收利用等。 水分：影响挤出过程的正常进行和制品的质量。制品水分：影响挤出过程的正常进行和制品的质量。制品出现气泡、表面晦暗、物理机械性能下降、甚至无法出现气泡、表面晦暗、物理机械性能下降、甚至无法挤出。挤出。 控制含水量控制含水量0.50.5以下。同时不含有任何可见杂质。以下。同时不含有任何可见杂质。（二）、挤出成型（二）、挤出成型挤出过程中螺杆转数、料筒压力、温度应视具体情况而挤出过程中螺杆转

60、数、料筒压力、温度应视具体情况而加以调整。加以调整。1.1.物料温度：来源于料筒加热器和物料温度：来源于料筒加热器和螺杆对物料的剪切。螺杆对物料的剪切。s料温升高：料温升高：粘度降低，利于塑化；粘度降低，利于塑化；s 熔体流量大，出料加快，机头和口模温度过熔体流量大，出料加快，机头和口模温度过s 高，挤出物形状稳定性差，制品收缩率增高，挤出物形状稳定性差，制品收缩率增 加，甚至制品发黄、出现气泡。加，甚至制品发黄、出现气泡。s 挤出不能正常进行。挤出不能正常进行。s温度降低：温度降低：熔体粘度大，机头压力增加，制品密实、熔体粘度大，机头压力增加，制品密实、s 形状稳定性好，但离模膨胀严重，应适