第四章 高分子材料的配方设计
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4第四章 高分子材料的配方设计
沉入水底的为聚氯乙烯（聚乙烯的密度小于水，聚氯乙烯的密度
大于水；常温时分别约为0.92g/cm3和1.4g/cm3）
28
4．聚苯乙烯（PS）
特点：
无色、无味、无毒、无嗅，具有光泽的透明固 体。 相对密度为1.04—1.09。 刚度和表面硬度较大，尺寸稳定性好，着色容 易。
29
4．聚苯乙烯（PS）
10
三氧化二锑 8
配方的组成
23
聚氯乙烯的配方
单位：质量份
30
鞋底：
SBS 100 PS 50 ——改性剂、提高强度、耐磨性、耐撕裂 CaCO3 20 ——降低成本、提高耐磨性、拉伸强度、硬度 防老剂 SP 1.0 抗氧剂164 1.0 7#机油 35 ——软化剂 ZnSt 0.5 ——稳定剂、润滑剂 着色剂 2
22
23
24
3.聚氯乙烯(PVC)
特点：
聚氯乙烯的分子链中存在极性氯原子,增大了分子间的作用 力,阻碍了单链内旋,减小了分子链间距离,所以刚度、强度 和硬度均比聚乙烯高。质硬、耐老化性好。 优点：具有轻质、防水、防潮隔热、保温、防潮、阻燃、 施工简便等。规格、色彩、图案繁多，极富装饰性，可应 用于居室内墙和吊顶的装饰，是塑料类材料中应用最为广 泛的装饰材料之一。 缺点：怕火，不耐高温，在较热的环境中工作容易变形。
高分子制品设计
婴儿奶瓶 ——无毒，耐热，热传导性低，透明 塑料拖鞋 ——轻便，耐磨，柔软，便宜 药用胶囊 ——软胶囊 ——硬胶囊
17
高分子制品设计
婴儿勺 ——无毒，耐热，热传导性低 饮料瓶 ——无毒，轻便，不易渗漏，便宜 塑料花盆 ——耐老化，强度较高，耐湿
高分子材料课程设计
高分子材料课程设计一、教学目标本节课的教学目标是让学生了解高分子材料的定义、分类和性质，掌握高分子材料的制备方法和应用领域，培养学生对高分子材料的兴趣和认识，提高学生的科学素养。
具体来说，知识目标包括：1.掌握高分子材料的定义和分类。
2.了解高分子材料的性质及其应用领域。
3.掌握高分子材料的制备方法。
技能目标包括：1.能够分析高分子材料的结构和性质。
2.能够运用高分子材料的知识解决实际问题。
情感态度价值观目标包括：1.培养学生对高分子材料的兴趣和认识，激发学生学习化学的积极性。
2.培养学生珍惜资源、保护环境的意识。
二、教学内容本节课的教学内容主要包括高分子材料的定义、分类、性质、制备方法和应用领域。
具体来说，教学大纲如下：1.高分子材料的定义和分类：介绍高分子材料的概念，分析高分子材料的分类及特点。
2.高分子材料的性质：介绍高分子材料的物理性质、化学性质及其应用。
3.高分子材料的制备方法：介绍高分子材料的合成方法，如聚合反应、缩聚反应等。
4.高分子材料的应用领域：分析高分子材料在日常生活、工业生产中的应用。
三、教学方法为了提高学生的学习兴趣和主动性，本节课将采用多种教学方法，如讲授法、讨论法、案例分析法、实验法等。
1.讲授法：通过讲解高分子材料的定义、分类、性质、制备方法和应用领域，使学生掌握基本知识。
2.讨论法：学生分组讨论高分子材料的性质和应用，培养学生的合作意识和解决问题的能力。
3.案例分析法：分析实际案例，使学生了解高分子材料在生活中的应用，提高学生的实践能力。
4.实验法：安排实验室实践活动，让学生亲手操作，加深对高分子材料性质和制备方法的理解。
四、教学资源为了支持教学内容和教学方法的实施，丰富学生的学习体验，我们将选择和准备以下教学资源：1.教材：《高分子材料》教材，为学生提供系统的高分子材料知识。
2.参考书：推荐学生阅读相关的高分子材料参考书，拓展知识面。
3.多媒体资料：制作PPT、视频等多媒体资料，直观展示高分子材料的性质和应用。
高分子设计(合成方法)
C H 3 C H 3 H 3 CCNNCC H 3
C N C N
C H 3 2H 3 CC +N 2
C N
偶 氮 二 异 丁 腈 （ A IB N )
2-氰基丙基自由基
（3）氧化-还原体系：
无 机 物 /无 机 物 ： H 2O 2/FeSO 4, (N H 4)2S2O 8/K H SO 3 水 溶 性
卤代烃+镁粉
低价盐：Fe2+, Cu+, Cr3+, V2+等
有机物/有机物氧化还原体系： BPO + N,N-二甲基苯胺
CH3
N+ CH3
O
O
COOC
CH3 N+ CH3
O CO +PhCO2-
应用链转移反应进行分子设计
增长自由基
链转移剂
终止聚合物链
新自由基
增长链和转移剂之间的链转移反应
普遍使用的链转移剂(CTA)包括卤代甲烷，二硫化 物，硫醇和各种容易失去一个氢原子的化合物。
大致可分为三大类：过氧化物引发剂、偶氮类引发剂、氧化 -还原体系 （1）过氧化物引发剂
常用的过氧化物包括无机过氧化物和有机过氧化物。
常用的无机过氧类引发剂主要是过硫酸盐，如过硫酸钾和过 硫酸铵，其分解产物是自由基离子：
O
O
K O S O O S O K
O
O
O 2 K O S O
O
温度在60℃以上，过硫酸盐才能比较有效的分解，在酸 性介质（pH<3）中，分解加速。
2 Na + 2 CH3OH → 2 CH3ONa + H2
C H 3 O - N a + + H 2 C C H H 3 C O C H 2 C H - N a +
高分子材料配方设计分析
工艺设计
结构设计及模具设计
样品试制
如 不 合 格， 反 馈， 修 改 设 计
性能测试
成本核算
产出合格制品，编写设计说明书等技 术文件
高分子材料的配方设计方法
(1) 配方中用量的表示方法 (2)配方设计方法 单因素变量配方设计方法 多因素变量配方设计方法
典型配方
影响橡胶、塑料配方的性能因素
经过交联，材料的物理机械性能，如拉伸强度、 抗撕裂强度、回弹性、定伸强度等上升，伸长 率、永久变形下降，耐热性、高温下的尺寸稳 定性和耐化学药品性能提高。
品种与选择
(2) 偶联剂
偶联剂——将性质差异很大的材料，通过化学或物理 的作用偶联（结合）起来的物质。有时也用来处理玻 璃纤维的表面使其与树脂形成良好的结合，故也称为 表面处理剂。 有机硅烷类 钛酸酯类 偶联剂 有机铬类偶联剂
锆类偶联剂
其他偶联剂（高级脂肪酸、醇、酯、 多异氰酯酯等）
其它助剂
着色剂 (色料): 使塑料着色的一种添加剂 防静电剂
阻燃剂
其它
发泡剂
开口剂
防雾剂
再生活化剂
塑炼（素炼）促进剂
根据制品用途，确定制品应 具有的性能、参数指标
形状造型设计
配方设计
制品设计的一般流程
原料选择
样品初步设计
配方设计
自由基捕捉剂
(3) 抗氧剂
抗氧剂——可抑制或延缓高分子材料自动氧
化速度，延长其使用寿命的物质。在橡胶工业 中抗氧剂也被称为防老剂。 用量：塑料 0.1％～1％，橡胶1～5份
类型
链终止型
预防型
(4) 生物抑制剂
生物抑制剂或防生物剂——聚合物制品在贮存、 使用过程中，可能遭受老鼠、昆虫、细菌、霉 菌等的危害，抵御、避免和消灭这类情况发生 的物质。 用量一般为0.1％～5％ 抑菌剂（杀菌剂）
高分子材料的配方设计
第五节 高分子材料配方实例
配方的指定过程
几种橡胶的基本配方单位：质量份
天然橡胶、丁苯橡胶、顺丁橡胶、异戊橡胶的配ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ实例
聚氯乙烯的配方 单位：质量份
不饱和聚酯树脂的配方实例 单位：质量份
谢谢观赏
即以高分子化合物质量为100份，其他组分 则以相对于高分子化合物的质量份数表示。
————应用广泛，适于工业生产， 也是大多数科研论文和报告巾的配方表示方法。 • 2、以混合料为100份的配方表示法
即以高分子化合物及各种添加剂的混合料总 质量为100份，各组分以质量分数表示。
————便于成本核算，计算材料消耗
• 除此之外，还有： 1)以混合料体积为100份表示的配方。 当己知各种组分密度时，可以高分子化合物 为l00份的配方很方便地换算出来，然后归一即可。 ————常于按体积计算成本 2)生产配方。 即按设备的生产能力，计算出各组分每次的 投料质量数。
————便于生产操作
阻燃PVC制品配方的两种表示方法
• (2)形状造型设计。主要考虑制品的功能、刚度、强度和成型工艺等，
应力求做到形状对称、造型轻巧、结构紧凑。画出草图，了解哪些件 能是必需的，哪些是可选择的；确定哪些尺寸是规定的，哪些尺寸可 变。
• (3)合理选材。在分析制品使用目的和用途对材料性能要求与成型加
工特点的基础上，选择多种候选材料，试制出样品，经性能测试、收 集用户使用意见后，通过比较分析，确定制品最终选用的材料。
高分子材料的配方设计
• 教学目的：掌握高分子材料制品设计的一 般原则和程序，高分子材料的主要性能， 配方设计步骤及配方的指定过程，配方的 常见表示方法。
• 重点内容：配方设计的原则及步骤，基本 配方、性能配方及实用配方的关系。
中国制造高分子材料制备课程设计
主要先修课程
高分子化学、高分子物理、高分子合成工 艺学、高分子材料配方设计
课程设计的成绩考核
1.课程设计结束时，要求学生上交课程设计报告的 电子板和打印出课程设计报告。 2.按设计技术指标要求验收合格方可通过。 3.课程设计成绩分两部分，平时操作30%，课程设 计占40％，结果占30％。
仪器和药品设计原则
3. 实验过程中，必须要求学生养成良好实验的习惯， 当天用过的仪器要及时清洗和归位，次日要用的仪 器要提前准备好。药剂瓶要及时归位并摆放整齐。 废药剂要按老师的要求进行处理，不得随意倾倒。
4. 实验过程中注意观察学生的思想动态，纠正学生的 不正确行为，如串岗、听歌、大声喧哗、打闹等， 培养学生严肃的实验作风。
第二周： 星期1～5：进行实验和相关测试，撰写设计报告。 实验室开放时间：每天8：30～18：00
设计报告内容
1. 选题的背景 2. 方案的详细流程图 3. 实验方案 4. 药品清单 5. 仪器清单 6. 实验过程与记录 7. 结果与讨论 8. 存在的问题与改进的思考 9. 安全与环保 10.实验感想（每人一份）
实验前预习的问题
1.画出该实验简易装置图，列出主要反应物流程图。
课程设计注意事项
1. 实验前教师给学生讲述实验室中注意事项以及危险 提示，学生须认真执行。实验过程中有危险操作， 指导教师必须在场给予指导后才能进行。
2. 指导教师在学生实验过程中要不断搜集和记录学生 提出的各种问题和容易出现的各种问题，对这些问 题分别不同情况或及时指导，或集中答疑。
资料查询的基础上，自己选题，确定方案、仪器、 药品，实施。
希望能根据本实验室具体情况如药品的种类、仪器 等进行选题。
设计进程
第一周： 星期1：布置任务，分组，整理打扫实验室，熟悉实验
高分子材料配方均匀设计系统
一
验中选出部分点进行实验 ， 使得这些点能反映实验 范 围 内各 凶素和实验 指标 问的关系 。 与正交设 计相
比 ， 匀设计 不再考 虑数 据 的整齐可 比 眭， 只考虑 均 而 实验 点在 实验 范 围 内充 分 均衡 分 散 ， 就 可 以从 全 这
优” 回归方程， 就是包含所有对 影响显著的变量 ， 而不包含对 影响不显著 的变量的 回归方程。基
现代 工业技 术对 高分 子材料 的性 能提 出了越来
ｌ 行 每列 有 且仅 有 １个 实验 点 ；） ＿ ＝ 每 ｃ 当因 素 的水 平 数增加 时 ， 实验数 按水平 数 的增 加量再增 加 。
越高的要求 ， 为提高材料性能， 通常需要加入各种助 刹， ．由于高 分子 材 料应 用指 标考 核 项 目较 多 ， 助 其
的回归 方程 。
将数论与多元统计相结合而创造的一种全新的实验 设计 方 法 。传统 的正 交 设 计 法 是 根 据 正交性 准
则 。 虑 数据 的均衡 分散 性和整 齐 可比性 ， 全 面实 考 从
实 际应用 中 ， 响某 一变 量的 因素往 往有许 多 ， 影
这类 问题的回归称为多元 回归表 逐步回归分析是 种很 好 的选择 “ 最优 ” 回归方 程 的 方 法 。所谓 “ 最
由于均 匀设 计 取 消 了数 据 可 比性 选点 原 则 ， 因 而不像 正 交设计 可通过 “ 观分 析” 出实验 指标 随 直 给 每 个因素 水平 变化 的规律 均 匀设计 的数据 需要 用 逐步 回归 等筛选 变 量 的技 巧进 行 数 据处 理 ， 即根 据 均匀设 计 的实验 结 果 ， 立性 能 参数 和各 变量 之 间 建
剂与性 能 问的 系 确 定 ， 时各 助 剂 间 的协 同作 ｊ 乏 同 用较 多 ， 因而 高分 子 材 料 的 配方 设 计 是一 个 典 型 的 多困素 多 水平 多指标配 方 实验 正是 由于高 分子 材 料配 方设计 的 多样 眭和 复 杂性 ， 使 配方 设 计 仍 主 致 要凭 工作 经验 ， 结 合一 些 实 验技 巧 （ 正 交设 计 ） 再 如 来确 定最 佳配方 。 在 着 工 作量 大 、 存 实验 费 用高 、 周 期长 、 然 陛大 等 一 偶 系列 问题 ｌ ＿。均 匀设 计 法 是 数 论与 多 统计 相结 合而创 造 的一种全新 实 验设 计方 法 ， 用 于 多因素多 水平 多指标 实验 ， 适 可有效 减 少实
验中选出部分点进行实验 ， 使得这些点能反映实验 范 围 内各 凶素和实验 指标 问的关系 。 与正交设 计相
比 ， 匀设计 不再考 虑数 据 的整齐可 比 眭， 只考虑 均 而 实验 点在 实验 范 围 内充 分 均衡 分 散 ， 就 可 以从 全 这
优” 回归方程， 就是包含所有对 影响显著的变量 ， 而不包含对 影响不显著 的变量的 回归方程。基
现代 工业技 术对 高分 子材料 的性 能提 出了越来
ｌ 行 每列 有 且仅 有 １个 实验 点 ；） ＿ ＝ 每 ｃ 当因 素 的水 平 数增加 时 ， 实验数 按水平 数 的增 加量再增 加 。
越高的要求 ， 为提高材料性能， 通常需要加入各种助 刹， ．由于高 分子 材 料应 用指 标考 核 项 目较 多 ， 助 其
的回归 方程 。
将数论与多元统计相结合而创造的一种全新的实验 设计 方 法 。传统 的正 交 设 计 法 是 根 据 正交性 准
则 。 虑 数据 的均衡 分散 性和整 齐 可比性 ， 全 面实 考 从
实 际应用 中 ， 响某 一变 量的 因素往 往有许 多 ， 影
这类 问题的回归称为多元 回归表 逐步回归分析是 种很 好 的选择 “ 最优 ” 回归方 程 的 方 法 。所谓 “ 最
由于均 匀设 计 取 消 了数 据 可 比性 选点 原 则 ， 因 而不像 正 交设计 可通过 “ 观分 析” 出实验 指标 随 直 给 每 个因素 水平 变化 的规律 均 匀设计 的数据 需要 用 逐步 回归 等筛选 变 量 的技 巧进 行 数 据处 理 ， 即根 据 均匀设 计 的实验 结 果 ， 立性 能 参数 和各 变量 之 间 建
剂与性 能 问的 系 确 定 ， 时各 助 剂 间 的协 同作 ｊ 乏 同 用较 多 ， 因而 高分 子 材 料 的 配方 设 计 是一 个 典 型 的 多困素 多 水平 多指标配 方 实验 正是 由于高 分子 材 料配 方设计 的 多样 眭和 复 杂性 ， 使 配方 设 计 仍 主 致 要凭 工作 经验 ， 结 合一 些 实 验技 巧 （ 正 交设 计 ） 再 如 来确 定最 佳配方 。 在 着 工 作量 大 、 存 实验 费 用高 、 周 期长 、 然 陛大 等 一 偶 系列 问题 ｌ ＿。均 匀设 计 法 是 数 论与 多 统计 相结 合而创 造 的一种全新 实 验设 计方 法 ， 用 于 多因素多 水平 多指标 实验 ， 适 可有效 减 少实
《高分子材料加工工艺》复习资料习题答案
高分子材料加工工艺第一章绪论1.材料的四要素是什么？答：材料的四要素是：材料的制备(加工)、材料的结构、材料的性能和材料的使用性能。
2.什么是工程塑料？区分“通用塑料”和“工程塑料”，“热塑性塑料”和“热固性塑料”。
答：按用途和性能分，又可将塑料分为通用塑料和工程塑料。
工程塑料是指拉伸强度大于50MPa，冲击强度大于6kJ/m2，长期耐热温度超过100℃的、刚性好、蠕变小、自润滑、电绝缘、耐腐蚀性优良等的、可替代金属用作结构件的塑料。
但这种分类并不十分严格，随着通用塑料工程化(亦称优质化)技术的进展，通过改性或合金化的通用塑料，已可在某些应用领域替代工程塑料。
热塑性塑料一般是线型高分子，在溶剂可溶，受热软化、熔融、可塑制成一定形状，冷却后固化定型；当再次受热，仍可软化、熔融，反复多次加工。
热固性塑料一般由线型分子变为体型分子，在溶剂中不能溶解，未成型前受热软化、熔融，可塑制成一定形状，在热或固化剂作用下，一次硬化成型；一当成型后，再次受热不熔融，达到一定温度分解破坏，不能反复加工。
3.与其它材料相比，高分子材料具有那些特征（以塑料为例）？答：与其他材料相比，高分子材料有以下特性(以塑料为例)。
(1)质轻。
(2)拉伸强度和拉伸模量较低，韧性较优良。
(3)传热系数小，可用作优良的绝热材料。
(4)电气绝缘性优良。
(5)成型加工性优良。
(6)减震、消音性能良好。
(7)某些塑料具有优良的减磨、耐磨和自润滑性能。
(8)耐腐蚀性能优良。
(9)透光性良好可作透明或半透明材料。
(10)着色性良好。
(11)可赋予各种特殊的功能如透气性、难燃性、粘结性、离子交换性、生物降解性以及光、热、电、磁等各种特殊性能。
(12)使用过程中易产生蠕变、疲劳、冷流、结晶等现象，长期使用性能较差。
(13)热膨胀系数大。
(14)耐热性（熔点、玻璃化转变温度）较低，使用温度不高。
(15)易燃烧。
4.获取高分子的手段有那些？答：高分子化合物的制造：获取高分子化合物的方法大致可分为三种；聚合反应、利用高分子反向和复合化。
最新中国制造高分子材料制备课程设计
2.简单画出该实验流程图。
课程设计注意事项
1. 实验前教师给学生讲述实验室中注意事项以及危险 提示，学生须认真执行。实验过程中有危险操作， 指导教师必须在场给予指导后才能进行。
2. 指导教师在学生实验过程中要不断搜集和记录学生 提出的各种问题和容易出现的各种问题，对这些问 题分别不同情况或及时指导，或集中答疑。
中国制造高分子材料制备 课程设计
实验目的
本课程是对高分子专业学生所学相关 基础知识的综合运用与实践。通过本课程 的学习，使学生熟悉在高分子材料的合成、 表征方面的基本实验知识，掌握一些高分 子材料所必需的制备技术，相关实验仪器 设备的特点和使用方法，学会正确地观察 实验同时培养学生的分析问题、解决实际 问题以及独立工作的能力和合作精神。
3. 实验过程中，必须要求学生养成良好实验的习惯， 当天用过的仪器要及时清洗和归位，次日要用的仪 器要提前准备好。药剂瓶要及时归位并摆放整齐。 废药剂要按老师的要求进行处理，不得随意倾倒。
4. 实验过程中注意观察学生的思想动态，纠正学生的 不正确行为，如串岗、听歌、大声喧哗、打闹等， 培养学生严肃的实验作风。
设计报告内容
1. 选题的背景 2. 方案的详细流程图 3. 实验方案 4. 药品清单 5. 仪器清单 6. 实验过程与记录 7. 结果与讨论 8. 存在的问题与改进的思考 9. 安全与环保 10.实验感想（每人一份）
实验前预习的问题
1.画出该实验简易装置图，列出主要反应物的投
课程设计注意事项
1. 实验前教师给学生讲述实验室中注意事项以及危险 提示，学生须认真执行。实验过程中有危险操作， 指导教师必须在场给予指导后才能进行。
2. 指导教师在学生实验过程中要不断搜集和记录学生 提出的各种问题和容易出现的各种问题，对这些问 题分别不同情况或及时指导，或集中答疑。
中国制造高分子材料制备 课程设计
实验目的
本课程是对高分子专业学生所学相关 基础知识的综合运用与实践。通过本课程 的学习，使学生熟悉在高分子材料的合成、 表征方面的基本实验知识，掌握一些高分 子材料所必需的制备技术，相关实验仪器 设备的特点和使用方法，学会正确地观察 实验同时培养学生的分析问题、解决实际 问题以及独立工作的能力和合作精神。
3. 实验过程中，必须要求学生养成良好实验的习惯， 当天用过的仪器要及时清洗和归位，次日要用的仪 器要提前准备好。药剂瓶要及时归位并摆放整齐。 废药剂要按老师的要求进行处理，不得随意倾倒。
4. 实验过程中注意观察学生的思想动态，纠正学生的 不正确行为，如串岗、听歌、大声喧哗、打闹等， 培养学生严肃的实验作风。
设计报告内容
1. 选题的背景 2. 方案的详细流程图 3. 实验方案 4. 药品清单 5. 仪器清单 6. 实验过程与记录 7. 结果与讨论 8. 存在的问题与改进的思考 9. 安全与环保 10.实验感想（每人一份）
实验前预习的问题
1.画出该实验简易装置图，列出主要反应物的投
第五讲 高分子材料的配方设计
第一节 聚合物材料的制品设 计的原则和程序
一、制品设计
配方
二、设计原则
实用 按使用要求 高效 能够成型加工、加工性好、生产效率高 经济 成本低
三、设计程序
确定产品性能要求、形状设计、 确定产品性能要求、形状设计、配 性能要求 方设计、工艺及模具设计、样品试制、 方设计、工艺及模具设计、样品试制、 性能测试及成本算、 性能测试及成本核算、编制设计说明书 及有关技术文件。 及有关技术文件。
基本配方、性能配方、实用配方是相互制约、 基本配方、性能配方、实用配方是相互制约、 相互影响的。 相互影响的。 基本配方首先提出一组配合剂及基本用量， 基本配方首先提出一组配合剂及基本用量， 首先提出一组配合剂及基本用量 一般采用传统使用量，并且尽可能简单。 一般采用传统使用量，并且尽可能简单。 例如：橡胶基本配方： 例如：橡胶基本配方：
生胶： 生胶：100 phr；硫：0.5～3.5 phr；促进剂：0.5～1.5 phr ； ～ ；促进剂： ～ ZnO：1～10 phr；Hst：0.5～2 phr；防老剂：0.25～1.5 phr ： ～ ； ： ～ ；防老剂： ～
五、材料配方的组成
第三节 高分子材料的 配方设计方法 第四节 高分子材料性能的 估算方法 自学
产 品 设 计 一 般 程 序
根据制品的使用目的和用途，确定制品功能特点、 根据制品的使用目的和用途，确定制品功能特点、 栽荷条件、环境条件、成本限制、 栽荷条件、环境条件、成本限制、适用标准等
形状告造型设计 合理选材 样品初步设计 配方设计 工艺设计 样品测试 性能测试 定额测算并核算成本 结构及模具设计
cxl1
如不合格，反馈， 如不合格，反馈，修改设计
产品合格制品， 产品合格制品，编写设计说明书等技术条件
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高分子材料加工工艺 Polymer Processing Engineering青岛科技大学材料科学与工程学院 材料物理教研室1高分子材料加工工艺第四章 高分子材料的配方设计2Contents高分子材料制品设计的一般原则和程序高分子材料配方设计3第四章 高分子材料的配方设计需求是高分子材料研究、开发的原动力，汽车轻量化、火 车提速、宇宙揭秘、海洋开发等都对高分子材料提出了新的要 求。
研制新的高分子材料，实现产业化、开发产品的新价值， 造福于人类，是高分子材料科学与技术工作者的职责。
另一方 面，高分子材料的性能是左右其工业价值的重要因素。
高分子化合物的结构与性能、材料的组成是影响材料性能的 主要因素；制造方法对材料性能具有一定的影响。
4在配方设计时，需注意以下因素对材料性能的影响： ♣ 制样条件(成型方法、成型条件、试样形状等) ---例:当采用注射成型、挤出成型和模压成型制作试样 时，成型压力依次递减，试样的分子取向程度也依次递减， 结果性能也不同； ---如:注射成型时，料筒和模具的温度越高，试样分子取 向的程度越低。
---对于薄的试样，由于表面层所占的比例较大，其对拉伸 强度等的影响比厚试样的大。
---对于结晶性高分子，成型条件不仅影响分子取向，而且 也影响结晶性，对性能的影响较显著。
5♣ 性能测试条件 如：升温速度、作用力的形式及速度)。
♣外界因素 如：温度、湿度、使用环境及光的波长等，如耐热性受氧 的影响大；耐候性受光，尤其是紫外光的影响显著。
一方面，制品对性能的要求是多方面的，也是干差万别 的；另一方面，测定的性能是受制样条件、测试条件及外界 因素等影响的相对值。
作为从事高分子材料成型加工技术人员必须了解这些影 响因素，并在制品的设计和配方设计时充分考虑到这些影 响。
6价格和对环境的影响也是两个必须考虑的因素。
在满足性能要求的前提下，价格是支配材料制品普及程 度(推广)的决定因素。
对环境的影响，事关人类持续发展的 头等大事，同样制约了材料制品的推广应用(为人类社会乐 于接受并大量使用)的关键。
配方设计是一个富于挑战性的、专业性很强的技术工 作。
因此，配方设计决不是各种原材料之间简单的、经验性 的组合，而是在对高分子材料结构与性能关系充分研究基础 上综合的结果。
一个好的制品，决不仅仅局限于配方设计，它还涉及成 型加工工艺设计及成型设备的选型，制品的外观设计及结构 设计、模具设计等。
7从严格意义上说，实际上是制品设计；而配方设计是其 核心部分。
只有好的配方设计，再加上其他要素的配合，才 能获得好的制品。
4.1 高分子材料制品设计的一般原则和程序 一、制品设计：8二、设计原则： 实用----按使用要求 高效----能够成型加工、加工性好、生产效率高 经济----成本低 三、设计程序： 由于可选择的高分子品种、牌号多样性，可采用成型加 工上艺和成型设备的可变性以及制品应用领域的特殊性，尤 其是高分子材料具有与金属材料、无机材料、非金属材料所 没有的独特性能，如粘弹性、受使用条件和环境影响的显著 性以及静态力学性能与动态力学性能较大的差异性等。
制品设计者只有透过现象，抓住本质，深刻认识制品设 计与高分子的性能、成型加工工艺的密切相关性，利用成型 加工技术对材料结构与性能的调节手段，才能充分发挥材料 的功能，以较小材料和能源消耗，获得优异材料制品。
9(1)根据制品的使用目的和用途。
确定应具备的性能特点、 载荷条件、环境条件、成本限制、适用标准等，这是至关重要 的一环。
对于零部件，还应考虑与其他组装件之间的内在联系及在 整个产品中的地位与影响。
同时应做好数据收集(包括高分子性 能数据、成型加工工艺的相关数据、应用数据等)，制定质量要 求(提出制品性能、分析影响主要性能的因素、使用环境、装 配、应用等)、预测需求(需求量和时间、成本水平和市场前景 等)。
(2)形状造型设计。
主要考虑制品的功能、刚度、强度和成 型工艺等，应力求做到形状对称、造型轻巧、结构紧凑。
画出 草图，了解哪些件能是必需的，哪些是可选择的；确定哪些尺 寸是规定的，哪些尺寸可变。
10(3)合理选材。
在分析制品使用目的和用途对材料性能要 求与成型加工特点的基础上，选择多种候选材料，试制出样 品，经性能测试、收集用户使用意见后，通过比较分析，确 定制品最终选用的材料。
通常，选择并不是唯一的，而且每种材料各有优缺点， 选材时应做到在满足制品性能要求的前提下，“扬长避短、合 理使用”。
在选材对应考虑与成型加工工艺的相互适应性。
(4)样品的初步设计。
包括配方设计、工艺设计、结构设 计和模具设计等，涉及原材料、工艺、成本、质量等诸多因 素，务必统筹兼顾。
配方设计是根据制品的功能、用途、所处的环境和成型 加工对性能的影响，考虑到成本因素，确定高分子化合物与 添加剂的品种、规格和配比以及混合料的制备技术，配制出 符合性能要求的混合料。
11工艺设计是在对多种成型工艺探讨、比较的基础广，确 定技术可行、经济合理的成型工艺条件。
结构设计及模具设计是按使用要求，利用已有的公式或 计算机软件，对制品进行受力分析和结构设计，确定产品结 构形状造型和模具设计，画出模具加工图，确定模具加工工 艺条件。
(5)样品试制。
在初步设计的基础上，对试制样品作整体 检验，通过试模，检验并分析样品的尺寸精度、粗糙度、成 型时间、成型难易程度、设计的合理性和是否存在应力集中 等，以获得多种不同方案的工艺条件和样品，供测试评价 用。
12(6)性能测试、定额测算及成本核算。
由此确定技术质量 指标、测算班(台)产量及原材料、水电煤的消耗定额、成品 率，核定成本，得出理想的设计方案。
如不符合制品要求， 则返回重新调整设计方案，再试验，一直到符合要求为止。
(7)制品合格后，编制设计说明书及有关技术文件包括原 材料标准及检验方法、生产流程、工艺操作规程、制品企业 标准及检验方法、环保及三废处理、车间布置及配套设施 等。
134.2 高分子材料配方设计制品对材料性能的要求 配方设计 配方的组成 配方的表示法144.2 高分子材料配方设计 一、制品对材料性能的要求 制品对性能的要求是多方面的，也是千差万别的，要满 足全部性能的材料是不存在的，也是不必要的，只能抓住主 要矛盾，用其所长，避其所短。
必要时也可进行共混或复合。
下表列出了高分子材料制品的各种主要性能，供选择用。
15高分子材料制品的主要性能16二、配方设计 在一个优秀的配方设计中，高分子化合物通过与添加剂 的配合，以允许发挥其物理机械性能，改善成型加工性能， 降低制品成本，提高经济效益。
因此，配方设门必须满足以 下基本原则： 1) 制品的性能要求； 2) 成型加工性能的要求； 3) 选用的原材料来源容易，产地较近，质量稳定可靠， 价格合理； 4) 配方成本应在满足上述三条的前提下，尽量选用质量 稳定可靠、价格低的原材料；必要时采用不同品种和价格的 原材料复配；适当加入填充剂，降低成本。
17配方设计的一般步骤为： 1)在确定制品性能和用途的基础上，收集高分子化合物 和添加剂等各种原材料的资料，初定产外形状、尺寸及各部 件的作用及成型加工方法。
如能利用已经建成的数据库，则资料将更充整，且获取时 也更便捷。
2)初选材料，并进行配方设计及试验，先可设计若干个配 方，进行小样压片试验过性能测试初定合格的配方，再进行 扩大试验，确定加工性能。
3)依获得的材料性能数据或凭经验，进行结构设计(壁厚及 其他尺寸)。
4)制成实物模型，进行实样试验或模拟试验。
5)再设计与再试验。
如性能不合格，需再筛选配方。
6)依模型试验相制品成本，进行最终选材和配方设计。
7)材料规范化(原材料规格、牌号、产地、验收标淮、监测 项目和监测方法等)。
18配方设计要考虑的问题： 1、加什么？（选什么？） 2、加多少？ 3、协同效应。
（相互影响） 总之，既要符合使用性能，又要适应加工性能。
19配方的制定是一个经验加理论的过程： 初始工作人员：要反复修改多次才得到一个配方； 经验工作人员：可能一次性得到合理配方； 现在已经发展到：计算机进行配方设计。
配方的指定过程：201、基本配方：主体+交联剂+稳定体系试验所添加的配合剂的合理性，包括种类、用量（要求用量稳妥）。
2、性能配方：基本配方+性能体系针对某种性能要求：往往专门提高某一（些）性能。
3、实用配方：性能配方+加工体系、成本体系要考虑原料的来源、生产的可行性和经济性，要全面考虑。
基本配方、性能配方、实用配方是相互制约、相互影响的。
基本配方首先提出一组配合剂及其基本用量，一般采用传统用量，并且尽可能简单。
三、配方的组成四、配方的表示法1、以聚合物质量为100份的配方表示法以聚合物的量为基准（100份），其它组分以相对于聚合物的质量份数表示。
----适用于科研论文和报告2、以混合料质量为100份的配方表示法以聚合物及各种添加剂的混合料总质量为100份，各组份以质量分数表示。
----便于成本核算、计算材料消耗3、以混合料体积为100份的配方表示法各组分体积总和为100。
----常用于按体积计算成本4、生产配方按设备的生产能力，计算出各组分每次的投料质量数。
----便于生产操作阻燃PVC制品配方的两种表示方法天然橡胶、丁苯橡胶、顺丁橡胶、异戊橡胶的配方实例几种橡胶的基本配方单位：质量份聚氯乙烯的配方单位：质量份不饱和聚酯树脂的配方实例单位：质量份本章作业题：1．试分析下列配方，要求：（1）指出各成分在配方中的作用；（2）判断制品基本性能，并说出相应的理由。
①PVC树脂（XS-4）100，邻苯二甲酸二辛酯10，邻苯二甲酸二丁酯8，环氧脂肪酸辛酯3，液体钡-镉2，硬脂酸钡0.5，硬脂酸镉0.3，硬脂酸0.3，二氧化钛3②丁腈橡胶100，硫磺1.5，促进剂M 1.5，促进剂TMTD 0.2，ZnO 5，硬脂酸1，防老剂4010NA 1，半补强碳黑60，陶土30，沥青5，石蜡1.52．在生产宽1200mm，厚0.5mm的聚氯乙烯软膜时，采用以下配方：聚氯乙烯树脂100，三盐基硫酸铅2，硬酯酸钡1.2，硬酯酸铅0.8，邻苯二甲酸二辛酯30，癸二酸二辛酯10，环氧大豆油5，氯化石蜡5，硬酯酸0.8，碳酸钙8，钛箐兰0.5问：配方中各组分的作用？配方中树脂、稳定剂、增塑剂、填充剂、润滑剂、颜料各是什么？3．高分子材料进行配方设计的一般原则和步骤各是什么？4．配方有哪几种表示方法？各有何作用？。