热塑性弹性体

1、高分子材料成型加工20222022年年5 5月月1 1日星期日日星期日第一讲第一讲 绪论绪论参考教材参考教材o 课程名称：高聚合物加工工艺、聚合物加工课程名称：高聚合物加工工艺、聚合物加工工艺或者高分子材料与工程。工艺或者高分子材料与工程。o 教材：高分子材料成型加工（周达飞）教材：高分子材料成型加工（周达飞）o 参考书：参考书： 应宗荣，高分子材料成型工艺学应宗荣，高分子材料成型工艺学 第一章第一章 绪论绪论o 一、材料概述一、材料概述o 二、高分子材料二、高分子材料 1 1、高分子材料的定义、高分子材料的定义 2 2、高分子材料的分类、高分子材料的分类 3 3、高分子材料的制造、高分子材料

2、的制造 4 4、高分子材料的加工程序和研究方法、高分子材料的加工程序和研究方法o 三、高分子工业的历史和未来三、高分子工业的历史和未来一一 材料概述材料概述l 材料是人类生活或生产必须的基础，也是人类材料是人类生活或生产必须的基础，也是人类文明的物质基础；材料与生产力发展水平密切文明的物质基础；材料与生产力发展水平密切相关，反映一个时代的生产力发展水平，也是相关，反映一个时代的生产力发展水平，也是衡量一个国家的科学技术、经济发展水平的重衡量一个国家的科学技术、经济发展水平的重要标志之一；要标志之一；l 人类社会发展史也是一部材料的发展史；人类社会发展史也是一部材料的发展史；l 石器时代、青铜器

3、时代、铁器时代，石器时代、青铜器时代、铁器时代，石器石器青铜器青铜器铁器（汉代古墓出土）铁器（汉代古墓出土）高分子材料时代高分子材料时代材料概述材料概述材料概述材料概述o 人类社会发展史也是一部材料的发展史；人类社会发展史也是一部材料的发展史； 材料划分为材料划分为三大类三大类： 金属材料金属材料 无机非金属材料无机非金属材料 有机高分子材料，有机高分子材料，简称高分子材料简称高分子材料 随着材料科学技术的发展，应当还要增加一类，随着材料科学技术的发展，应当还要增加一类，那就是那就是复合材料。复合材料。材料概述材料概述o 材料四要素：材料四要素： (A)(A)材料的制备（加工）材料的制备（加工

4、） (B) (B) 材料的结构材料的结构 (C) (C) 材料的性质材料的性质 (D) (D) 材料的使用性能。材料的使用性能。材料概述材料概述o 材料的特点：材料的特点： （A A）一定的组成）一定的组成 （B B）可加工性）可加工性 （C C）形状保持性）形状保持性 （D D）使用性能）使用性能 （E E）经济性）经济性 （F F）再生性）再生性 材料概述材料概述o 高分子材料是古老的材料高分子材料是古老的材料 木材、棉、蚕丝品木材、棉、蚕丝品o 高分子材料是年轻的高分子材料高分子材料是年轻的高分子材料 主要是合成或半合成高分子材料主要是合成或半合成高分子材料二二 高分子材料高分子材料o

5、概念：概念：一定配合的一定配合的高分子化合物高分子化合物，在成型设备中，在成型设备中，受一定温度和压力的作用熔融塑化，然后通过模塑受一定温度和压力的作用熔融塑化，然后通过模塑制成一定形状，冷却后在常温下能保持既定形状的制成一定形状，冷却后在常温下能保持既定形状的材料制品。材料制品。o 也可以说：也可以说：以以高分子化合物为基本原料，加入适当高分子化合物为基本原料，加入适当的助剂的助剂，经过一定的加工过程制得的材料。，经过一定的加工过程制得的材料。o 制备性能良好的高分子材料的三个关键制备性能良好的高分子材料的三个关键因素因素l 适宜的材料组成适宜的材料组成l 正确的成型加工方法正确的成型加工方

6、法l 合理的成型机械及模具合理的成型机械及模具2 高分子材料的分类高分子材料的分类o 常见的高分子材料可以分为五大类：常见的高分子材料可以分为五大类： 塑料塑料 橡胶橡胶 纤维纤维 涂料涂料 粘合剂粘合剂2 高分子材料的分类高分子材料的分类 按化学结构和是否具有多次重复加工性按化学结构和是否具有多次重复加工性，可以将，可以将塑料分成热塑性塑料和热固性塑料塑料分成热塑性塑料和热固性塑料2 高分子材料的分类高分子材料的分类o 按用途和性能分，又可将塑料分为按用途和性能分，又可将塑料分为通用塑料和通用塑料和工程塑料。工程塑料。o 通用塑料通用塑料是指生产量大、用途广、价格低廉且是指生产量大、用途广、

7、价格低廉且成型性能良好的一类塑料品种。成型性能良好的一类塑料品种。 o 工程塑料工程塑料指拉伸强度大于指拉伸强度大于50MPa50MPa，冲击强度大于，冲击强度大于6kJ/m26kJ/m2，长期耐温超过，长期耐温超过100100摄氏度。可以代替金摄氏度。可以代替金属用于结构材料。属用于结构材料。2 高分子材料的分类高分子材料的分类2 高分子材料的分类高分子材料的分类塑料制品塑料制品橡胶橡胶o 定义：室温下具有黏弹性的高分子化合物。在定义：室温下具有黏弹性的高分子化合物。在适当的配合剂存在下，在一定的温度和压力下适当的配合剂存在下，在一定的温度和压力下 适度交联而制得的弹性材料。适度交联而制得的

8、弹性材料。o 按按使用性能使用性能分：通用分：通用R R和特种和特种R Ro 按按来源分来源分：天然：天然R R和合成和合成R R橡胶橡胶橡胶制品橡胶制品 特点特点：弹性模量大；形变小；强度高；分子量弹性模量大；形变小；强度高；分子量小（一般为几万）。小（一般为几万）。 分类：分类：纤维纤维(fiber)(fiber)天然纤维（棉、毛、丝、麻等）天然纤维（棉、毛、丝、麻等）化学纤维化学纤维人造纤维人造纤维合成纤维合成纤维纤维纤维o 化学纤维化学纤维 化学纤维是化学纤维是人造纤维和合成纤维人造纤维和合成纤维的总称。的总称。 人造纤维是人造纤维是指由天然纤维素或蛋白质等指由天然纤维素或蛋白质等改性

9、而成，如粘胶纤维、铜氨纤维、醋酸纤改性而成，如粘胶纤维、铜氨纤维、醋酸纤维等；维等； 合成纤维是指由合成高分子化合物经纺合成纤维是指由合成高分子化合物经纺丝而成的，如涤纶、锦纶、腈纶、维尼纶等。丝而成的，如涤纶、锦纶、腈纶、维尼纶等。纤维制品纤维制品热塑性弹性体热塑性弹性体o 定义：定义：指在高温下能塑化成型而在常温下能显示指在高温下能塑化成型而在常温下能显示橡胶弹性的一类材料橡胶弹性的一类材料o 特点：特点： 以交联形式（化学和物理交联）而成的网以交联形式（化学和物理交联）而成的网状结构。交联具有可逆性，状结构。交联具有可逆性，T T升高时，交联消失；升高时，交联消失；T T冷却至室温，这些

10、交联又起到与硫化橡胶交联冷却至室温，这些交联又起到与硫化橡胶交联键类似的作用。键类似的作用。热塑性弹性体热塑性弹性体o 既具有类似既具有类似硫化橡胶硫化橡胶的物理机械性能，又有类似的物理机械性能，又有类似热塑性塑料的热塑性塑料的加工特性加工特性。加工过程中产生的边角。加工过程中产生的边角料及废料均可重复加工使用。料及废料均可重复加工使用。 这类新材料自这类新材料自19581958年问世以来，引起极大年问世以来，引起极大重视，被称为重视，被称为“橡胶的第三代橡胶的第三代”，得到迅速发展，得到迅速发展目前已经工业化生产的有聚烯烃类，苯乙烯嵌段目前已经工业化生产的有聚烯烃类，苯乙烯嵌段共聚类，聚氨酯

11、和聚酯类。共聚类，聚氨酯和聚酯类。高分子合金高分子合金o 由塑料与橡胶、塑料与塑料经物理共混合或经由塑料与橡胶、塑料与塑料经物理共混合或经接枝、嵌段共聚或互穿聚合物网络等化学改性接枝、嵌段共聚或互穿聚合物网络等化学改性制成的宏观均相、微观上分相的一类材料的总制成的宏观均相、微观上分相的一类材料的总称。称。添加剂添加剂o 添加剂添加剂 也称助剂，是为了改善高分子材料加工也称助剂，是为了改善高分子材料加工性能和制品的使用性能而使用的辅助材料。性能和制品的使用性能而使用的辅助材料。 通常将添加剂分为：通常将添加剂分为：工艺性添加剂和功能工艺性添加剂和功能性添加剂。性添加剂。添加剂添加剂o 工艺性添加

12、剂工艺性添加剂 工艺性添加剂有利于高分子材料的加工。工艺性添加剂有利于高分子材料的加工。 例如，硬质例如，硬质PVCPVC塑料加工过程中添加热塑料加工过程中添加热稳定剂和润滑剂，如果没有加入这两种添加稳定剂和润滑剂，如果没有加入这两种添加剂，剂，PVCPVC会发生严重的热分解，加工无法进行，会发生严重的热分解，加工无法进行，得不到合格产品。得不到合格产品。添加剂添加剂o 功能性添加剂功能性添加剂 赋予高分子材料制品一定的性能，也赋予高分子材料制品一定的性能，也可是原产品的性能得到改善。可是原产品的性能得到改善。 例如，聚合丙烯耐光性和耐候性极差，例如，聚合丙烯耐光性和耐候性极差，如果不加光稳定

13、剂和抗氧化剂，在户外暴晒如果不加光稳定剂和抗氧化剂，在户外暴晒数月就会老化。数月就会老化。添加剂分类添加剂分类 添加剂选用原则 与高分子化合物的配伍性：添加剂应能长期、稳定、与高分子化合物的配伍性：添加剂应能长期、稳定、均匀地分散在制品中并发挥效用；均匀地分散在制品中并发挥效用； 耐久性耐久性 加工适应性加工适应性 制备性能的制约性制备性能的制约性 不同添加剂之间的相互作用性不同添加剂之间的相互作用性 经济性经济性3 3、高分子材料的制造、高分子材料的制造（1 1）高分子材料与其它材料的比较）高分子材料与其它材料的比较 （2 2）高分子材料的特征）高分子材料的特征 质量轻，密度在质量轻，密度在

14、9009002300kg/m32300kg/m3 拉伸强度和拉伸模量较低；拉伸强度和拉伸模量较低； 传热小、电气绝缘传热小、电气绝缘 成型加工优良成型加工优良 减震、消音性能良好减震、消音性能良好 等等等等(3)(3)塑料工业快速发展的原因塑料工业快速发展的原因 至至9090年代初，塑料产量已超过年代初，塑料产量已超过1 1亿吨，以体积计亿吨，以体积计算的产量已超过钢铁，主要原因是：算的产量已超过钢铁，主要原因是： 具有可以作为结构材料使用的物性，可替代金属材具有可以作为结构材料使用的物性，可替代金属材料和其它材料；料和其它材料； 优良的成型加工性；优良的成型加工性； 可赋予各种特殊的功能性；

15、可赋予各种特殊的功能性； 制造成本、价格急剧下降；制造成本、价格急剧下降；（4 4）高分子材料的）高分子材料的制造制造高分子材料的制造高分子材料的制造o 聚合反应聚合反应 利用聚合反应是制造高分子化合物的利用聚合反应是制造高分子化合物的主要手段。迄今为止，聚合技术已经进入成主要手段。迄今为止，聚合技术已经进入成熟期，今后主要的任务是催化剂的改进和更熟期，今后主要的任务是催化剂的改进和更节约成本的聚合方法的进一步推广。节约成本的聚合方法的进一步推广。高分子材料的制造高分子材料的制造高分子材料的制造高分子材料的制造o 高分子化高分子化 利用高分子化合物的化学反应性能使利用高分子化合物的化学反应性能

16、使之改性也是一种获得预期性能高分子化合物之改性也是一种获得预期性能高分子化合物的方法。其中羟基化、氯化、酯化、硝化等的方法。其中羟基化、氯化、酯化、硝化等可引入官能基团。这种方法也进入成熟期，可引入官能基团。这种方法也进入成熟期，今后的工作是功能性高分子的开发。今后的工作是功能性高分子的开发。高分子材料的制造高分子材料的制造o 复合化复合化 采用接枝反应、相容剂等制备高分子合采用接枝反应、相容剂等制备高分子合金，可以获得均聚物无法具备的性能，并能金，可以获得均聚物无法具备的性能，并能赋予功能性；赋予功能性； 高分子化合物高分子化合物/ /无机物填充中偶联剂的无机物填充中偶联剂的使用改善了两组分

17、间界面的亲和能力，提高使用改善了两组分间界面的亲和能力，提高材料的力学性能。材料的力学性能。高分子材料的制造高分子材料的制造o 高分子成型加工高分子成型加工 通常是使固体状态（粉末或颗粒）、糊通常是使固体状态（粉末或颗粒）、糊状或溶液状态的高分子化合物熔融或变形，状或溶液状态的高分子化合物熔融或变形，经过模具形成所需的形状，并保持其已经取经过模具形成所需的形状，并保持其已经取得的形状，最终得到制品的工艺过程。得的形状，最终得到制品的工艺过程。高分子材料的制造高分子材料的制造o 高分子成型加工性能是指可挤压性、可模塑高分子成型加工性能是指可挤压性、可模塑性、可延展性和可纺性等。性、可延展性和可纺

18、性等。o 高分子材料的成型加工与材料的温度特性有关高分子材料的成型加工与材料的温度特性有关 每种高分子材料都有其特定的玻璃化转每种高分子材料都有其特定的玻璃化转变温度（也称玻璃化温度，变温度（也称玻璃化温度，TgTg）、粘流温度）、粘流温度（TfTf）或结晶温度（）或结晶温度（TmTm）和分解温度（）和分解温度（TdTd）高分子材料的制造4 4 高分子材料的加工技术高分子材料的加工技术4 4 高分子材料的加工技术高分子材料的加工技术o 事实上，高分子成型加工工艺包括成型和加事实上，高分子成型加工工艺包括成型和加工两个方面，而加工又包括机械加工、修饰工两个方面，而加工又包括机械加工、修饰和装配三

19、个步骤。具体如下图所示。和装配三个步骤。具体如下图所示。概述高分子材料的制造概述高分子材料的制造o 实际上，各种高分子都有其适应的成型加工实际上，各种高分子都有其适应的成型加工方法，取决于方法，取决于: : (1) (1)高分子化合物的性质；高分子化合物的性质； （2 2）成型加工的机械）成型加工的机械 （3 3）经济因素）经济因素 （4 4）再生性）再生性概述高分子材料的制造概述高分子材料的制造概述高分子材料的制造三 高分子材料的历史和未来o 高分子材料工业的发展l （1 1）高分子材料工业的初创时期）高分子材料工业的初创时期 18691869年，年，HyattHyatt发明了用樟脑做增塑剂

20、将硝基纤维发明了用樟脑做增塑剂将硝基纤维素酯热塑加压做赛璐珞的技术；这是人工半合成的第一素酯热塑加压做赛璐珞的技术；这是人工半合成的第一个高分子化合物。个高分子化合物。 19071907年，酚醛树脂第一个合成高分子材料问世，年，酚醛树脂第一个合成高分子材料问世，预示着热固性塑料时代的开始。预示着热固性塑料时代的开始。三三 高分子材料的历史和未来高分子材料的历史和未来o 19201920年，年，H.StaudingerH.Staudinger提出了高分子概念，提出了高分子概念，并开展了大量的试验研究。并开展了大量的试验研究。19531953获得若贝尔获得若贝尔奖金。奖金。o 此期间创造了两种成型

21、方法：此期间创造了两种成型方法： 18701870年的用柱赛式挤出法使赛路路成型，年的用柱赛式挤出法使赛路路成型，即注射成型技术；即注射成型技术； 18921892年用立式注射机使赛路路成型，即挤年用立式注射机使赛路路成型，即挤出成型。出成型。三三 高分子材料的历史和未来高分子材料的历史和未来l （2 2）高分子材料工业发展时期）高分子材料工业发展时期 时间大约：时间大约：2020世纪世纪3030年代到年代到7070年代年代 聚合理论、聚合理论、 结构与性能关系的研究，各种结构与性能关系的研究，各种成型加工技术已经确立成型加工技术已经确立 尤其是尤其是Ziegier-NattaZiegier-

22、Natta催化剂在烯烃聚合催化剂在烯烃聚合的应用。的应用。三 高分子材料的历史和未来o 19481948年，机械共混法得到年，机械共混法得到ABSABS合金高分子材料；合金高分子材料；o 绝大多数通用高分子材料，如绝大多数通用高分子材料，如PEPE、PPPP、PVCPVC、聚苯乙烯等，以及工程塑料，如聚苯乙烯等，以及工程塑料，如ABSABS、PCPC等等等等都是这个时期发展起来。都是这个时期发展起来。o P.J.FloryP.J.Flory，获得若贝尔奖金。，获得若贝尔奖金。三 高分子材料的历史和未来l （3 3）高分子材料全面发展时期）高分子材料全面发展时期 时间：从时间：从2020世纪世纪7070年代一直到至今年代一直到至今 高分子化合物的生产已处于成熟时期，产量大幅高分子化合物的生产已处于成熟时期，产量大幅度增长；度增长； 高分材料已从开发性的高分子化合物转向通过高分材料已从开发性的高分子化合物转向通过催化剂的改