高分子材料成型加工原理(1)

1聚合物主要有哪几种聚集态形式？玻璃态（结晶态）、高弹态和粘流态2线性无定形聚合物当加工温度T处于Tb < T <Tg.Tg<T<Tf.Tf <T <Td时.分别适合进行何种形式的加工？聚合物加工的最低温度？T < Tg 玻璃态——适应机械加工；聚合物使用的最低(下限) 温度为脆化温度TbTg <T <Tf 高弹态.非晶聚合物Tg <T <Tf 温度区间.靠近Tf一侧.粘性大.可进行真空、压力、压延和弯曲成型等；高弹形变有时间依赖性.加工中有可逆形变.加工的关键的是将制品温度迅速冷却到Tg以下；结晶或部分结晶聚合物在Tg～Tm, 施加外力> 材料的屈服强度.可进行薄膜或纤维拉伸；聚合物加工的最低温度: 玻璃化温度TgT > Tf (Tm) 粘流态（熔体.液态）比Tf略高的温度.为类橡胶流动行为.可进行压延、挤出和吹塑成型。

可进行熔融纺丝、注射、挤出、吹塑和贴合等加工3熔融指数？说明熔融指数与聚合物粘度、分子量和加工流动性的关系, 挤出和注塑成型对材料的熔融指数要求有何不同？熔融指数（Melt Flow Index）一定温度（T >Tf 或 Tm）和压力（通常为2.160kg ）下.10分钟内从出料孔 (Ø= 2.095mm ) 挤出的聚合物重量（g∕10 min）。

a评价热塑性聚合物的挤压性;b评价熔体的流动度 (流度φ= 1/η), 间接反映聚合物的分子量大小;c购买原料的重要参数。

分子量高的聚合物.易缠结.分子间作用力大.分子体积大. 流动阻力较大.熔体粘度大.流动度小.熔融指数低；加工性能较差。

分子量高的聚合物的力学强度和硬度等较高。

分子量较低的聚合物.流动度小.熔体粘度低.熔融指数大.加工流动性好。

分子量较低的聚合物的力学强度和硬度等较低是塑料使用的下限温度; 4解释：应变软化；应力硬化；塑性形变及其实质。

高分子材料成型加工是将高分子材料通过一系列的工艺操作和设备，使其转变成所需形状和尺寸的过程。

以下是高分子材料成型加工的一些常见方法：
1. 注塑成型：将高分子材料以固体或液态形式注入到模具中，在高压和高温下使其熔化并充满模具腔体，然后冷却固化，最终得到所需形状的制品。

注塑成型广泛应用于塑料制品的生产，如塑料容器、零件等。

2. 挤出成型：将高分子材料通过挤出机加热熔化，然后通过模具的挤压作用将熔融物料挤出成连续的型材，经冷却固化后得到所需形状的制品。

挤出成型常用于生产管道、板材、薄膜等产品。

3. 吹塑成型：利用吹塑机将高分子材料加热熔化，然后通过气流将其吹成空气袋状，同时在模具中形成所需形状，最后冷却固化得到制品。

吹塑成型常用于生产塑料瓶、塑料薄膜等。

4. 压延成型：将高分子材料以固体或液态形式置于两个或多个辊子之间，通过辊子的旋转和挤压，使其逐渐变薄并得到所需形状和尺寸，最后冷却固化。

压延成型常用于生产塑料薄膜、塑料板材等。

5. 注塑吹塑复合成型：将注塑成型和吹塑成型结合在一起，先通过
注塑将制品的大部分形状成型，然后通过吹塑将其膨胀、加压并使得内部空腔形成所需形状。

注塑吹塑复合成型常用于生产中空制品，如玩具、塑料容器等。

除了上述常见的成型加工方法外，还有其他方法如压缩成型、发泡成型、旋转成型等，不同的高分子材料和产品要求会选择适合的成型加工方法。

成型加工过程中需要考虑材料的熔化温度、流动性、冷却速度等因素，同时也要注意模具设计和工艺参数的优化，以获得良好的成型效果和制品质量。

高分子材料成型加工简介高分子材料成型加工是指通过加热、挤压、拉伸等工艺将高分子材料转变成所需形状和尺寸的过程。

高分子材料广泛应用于各个领域，如塑料制品、橡胶制品、纤维材料等。

本文将介绍高分子材料成型加工的基本原理、常用的加工方法以及在实际应用中的注意事项。

基本原理高分子材料成型加工是利用高分子材料的可塑性进行加工的过程。

高分子材料的可塑性是指在一定的温度和压力下，可以被加工成各种形状的性质。

其基本原理可以归纳为以下几点：1.熔融：高分子材料在一定的温度范围内可以被熔化成流体状态，使得材料更易于流动和变形。

2.成型：将熔融的高分子材料注入到模具中，通过模具的形状和尺寸限制，使得熔融材料在冷却后得到所需的形状和尺寸。

3.冷却固化：熔融材料在模具中冷却后逐渐固化成固体，成为最终的成型品。

常用的加工方法注塑成型注塑成型是一种常用的高分子材料成型加工方法，适用于制造各种塑料制品。

其基本流程包括：1.材料准备：选择合适的塑料颗粒作为原料，将其加入注塑机的进料口中。

2.加热熔融：注塑机将原料加热、熔融，并将熔融的塑料材料注入到模具中。

3.冷却固化：模具中的熔融塑料材料在冷却后逐渐固化成固体，形成最终的成型品。

4.取出成品：将固化的成型品从模具中取出，并进行后续加工，如修整边缘、打磨表面等。

挤出成型挤出成型是另一种常用的高分子材料成型加工方法，适用于制造各种管材、板材等长型产品。

其基本流程包括：1.材料准备：将高分子材料以颗粒形式加入到挤出机的料斗中。

2.加热熔融：挤出机将颗粒状的高分子材料加热、熔融，并通过螺杆将熔融的材料挤出。

3.模具成型：挤出的熔融材料通过模具的形状和尺寸限制，被冷却成所需的形状和尺寸。

4.冷却固化：在模具中冷却后，熔融材料逐渐固化成固体，形成最终的成型品。

5.切割成品：挤出机会根据需要将成型品切割成所需的长度，以便后续使用。

除了注塑成型和挤出成型，还有许多其他的高分子材料成型加工方法，如压延成型、注射拉伸成型等，根据材料和产品的需求选择合适的加工方法。

高分子材料成型加工高分子材料成型加工是指对高分子材料进行加工和塑造的过程。

高分子材料是由聚合物组成的材料，具有重要的物理性能和化学性能。

高分子材料成型加工可以通过不同的方法进行，包括热塑性成型、热固性成型和加工液态聚合物等。

热塑性成型是最常见的高分子材料成型加工方式，其中包括挤出、注塑、压塑、吹塑等方法。

挤出是将高分子材料通过加热和压力作用，从挤出机的模具中挤出成所需的形状和尺寸。

注塑是将熔融的高分子材料注入到注射模具中，然后快速冷却硬化成所需的形状。

压塑是将熔融的高分子材料放入模具中，然后通过压力使其充满整个模具并形成所需的形状。

吹塑是将热塑性聚合物通过气压吹塑成所需的形状。

热固性成型是另一种常见的高分子材料成型加工方式，其中包括热压成型、热镶嵌、热熔覆、模塑等方法。

热压成型是将预浸有热固性树脂的纤维布料放入模具中，然后在高温和高压下固化成所需的形状。

热镶嵌是将热固性树脂涂在基材上，然后将纤维布料放在上面，再通过高温和压力使其固化成一体。

热熔覆是将热固性树脂熔融后涂覆在基材上，然后通过加热使其固化成一体。

模塑是将热固性树脂放置在模具中，然后通过加热使其固化成所需的形状。

加工液态聚合物是一种新兴的高分子材料成型加工方式，其中包括3D打印、光固化、涂覆等方法。

3D打印是利用计算机控制将液态聚合物逐层堆叠成所需的形状。

光固化是将液态聚合物暴露在紫外线下，通过光引发剂的作用使其固化成所需的形状。

涂覆是将液态聚合物均匀涂覆在基材上，然后通过加热或光固化使其固化成一体。

总之，高分子材料成型加工是将高分子材料加工和塑造成所需的形状和尺寸的过程。

不同的加工方式适用于不同类型的高分子材料和产品要求。

高分子材料加工原理第一章化学纤维人造纤维再生纤维素：黏胶纤维、铜氨纤维、莱赛尔纤维纤维素纤维：二醋酯纤维、三醋酯纤维橡胶纤维其他：甲壳素纤维、海藻纤维合成纤维聚酰胺纤维芳族聚酰胺纤维聚酯纤维生物可降解聚酯纤维聚丙烯腈纤维改性聚丙烯腈纤维聚乙烯醇纤维聚氯乙烯纤维聚烯烃纤维聚氨酯纤维聚氟烯烃纤维二烯类弹性体纤维聚酰亚胺纤维2、工程塑料通用工程塑料聚酰胺（）聚碳酸酯（）聚甲醛聚苯醚丙烯腈丁二烯苯乙烯共聚物超高分子量聚乙烯（）特种工程塑料聚砜芳香族聚酰胺（）聚酰亚胺（）聚苯硫醚聚芳酯聚苯酯聚醚酮氟塑料（）简答及论述1、聚合物熔融有哪几种方式，各方式的主控因素是什么？答：（1）无熔体移走的传导熔融：熔融热=表面热传导，熔融速率仅由热传导决定。

（2）（主要）有强制熔体迁移（由拖拽或压力引起）的传导熔融：熔融热=接触表面的热传导+黏性耗散生热。

熔融效率由热传导率、熔体迁移及黏性耗散生热速率共同决定（3）耗散混合熔融：熔融热=整个体积内将机械能转化为聚合物内能。

耗散混合熔融速率由整个外壁面上和混合物固体-熔体界面上辅热传导决定。

（4）利用电、化学或其他能源的耗散熔融（5）压缩熔融（6）振动诱导挤出熔融过程：熔融的主要能量来源于单纯使用振动力场2、怎样利用溶度参数理论来选择溶剂？答：当溶剂的内聚能密度或溶度参数与聚合物的内聚能密度或溶度参数相等或相近时，溶解过程的混合热焓等于或趋近于零，这时溶解过程能够自发进行。

一般来说，当时，聚合物就不溶于该溶剂。

3、Brodkey的混合理论涉及的混合的基本运动形式有哪些？聚合物成型时熔融物料的混合以哪一种运动形式为主？为什么？答：分子扩散、涡旋扩散、体积扩散以体积扩散为主原因（1）在聚合物加工中，由于聚合物熔体粘度一般很高，熔体与熔体间分子扩散挤满，因而分子扩散无实际意义。

（2）在聚合物加工中，由于物料的运动速度达不到紊流，而且黏度又高，故很少发生涡旋扩散（3）聚合物加工中的混合与一般的混合不同，由于聚合物熔体的粘度通常高于100Pa*s，因此混合只能在层状领域产生层对流混合，即通过层流而使物料变形、包裹、分散，最终达到混合均匀。

简答题1.比较熔融纺丝、湿法纺丝和干法纺丝的异同点。

（1）相同点：（2）不同点：与熔纺不同，湿法成形过程中除有传热外，传质十分突出，有时还伴有化学反应.。

在干纺中，力学因素和传热因素的作用是次要的，纺丝线和周围介质之间的传质强度以及各种浓度所控制的转变起主要作用。

.（3）机理差别：由于湿纺初生纤维含有大量的凝固浴液而溶胀，大分子具有很大的活动性，因此湿纺初生纤维的超分子结构接近于热力学平衡状态，而其形态结构却对纺丝工艺极为敏感.干法纺丝：将聚合物溶于挥发性溶剂中，通过喷丝孔喷出细流，在热空气中形成纤维的纺丝方法.2.列举六种可观察到聚合物流体弹性的现象。

（1）流体的弹性回缩（2）聚合物流体的蠕变松弛（3）孔口胀大效应（4）爬杆效应（5）剩余压力现象（6）孔道的虚构长度（7）无管虹吸现象3.用聚合物、溶剂、凝固剂三元相图说明湿纺、干纺和冻胶纺的相分离过程。

●当夹角?＝0时，SD沿S－P线向S靠近，相应的通量比JS/JN＝－∞，即纺丝原液不断地被纯溶剂所稀释。

●当?＝π时，SD向P靠近，通量比JS/JN＝∞，相当于干法纺丝，即纺丝原液中的溶剂不断蒸发，使原液中聚合物浓度不断上升，直至完全凝固。

①区: －∞≤JS/JN ≤u* (第一临界切线)。

沿纺丝线组成变化路径,聚合物浓度下降(即溶剂扩散速度小于凝固剂的扩散速度)无相分离，不固化。

②区: u*< JS/JN ≤1 (上限，即溶剂与凝固剂的扩散速度相等)。

沿纺丝线途径聚合物含量下降(凝固剂浓度增加) 有相分离，固化。

③区: 1< JS/JN ≤u** (第二临界切线)沿纺丝线途径聚合物浓度增加，有相分离，固化。

通常的湿法纺丝以③区为多。

④区: u**< JS/JN ≤∞(上限为干法纺丝)聚合物含量增加，无相分离，固化，形成致密而均匀的结构4.在橡胶的塑炼过程中，机械力、氧和温度是如何影响塑炼效果的？5.胶接理论主要有哪几种，胶接接头的强度主要取决于哪几种界面结合力？（1）胶接的吸附理论（2）胶接的扩散理论（3）胶接的静电理论（4）胶接的机械连接理论（5）胶接的化学键理论(6)弱边界层（1）胶黏剂本身的内聚强度（2）粘结剂与被粘物之间的粘附力，包括化学键力，分子间作用力，界面静电引力及机械嵌合力。

1注射成型的特点：生产周期快，适应性强，生产率高和易于自动化2注射成型加工三要素：材料，设备，模具3成型工艺三要素：温度T 压力P 时间t 。

压力：塑化压力，注射压力，保压压力4什么是注射成型：注射成型亦称注射模塑或利用注塑机的注塑，是热塑性塑料的一种重要成型方法 5注塑成型就是将塑料在气塑成型机的料筒内加热熔化，当呈流动状态时在栓塞或螺杆加压下熔融塑料被压缩并向前移动，进而通过料筒前端的喷嘴以很快速度注入温度较低的闭合磨具内，经过一定的时间冷却定型后，开启磨具即得制品（间歇操作）6螺杆分类：1加料段，作用，输送物料，物料状态，固体状态，部分熔化，螺纹特点，等距等深，最深2压缩段，压实物料，熔融状态，等距不等深，渐变3均化段，定温定量定压，熔融状态，等距等深，最浅均化段，定温定量定压，熔融状态，等距等深，最浅 7填料的表面处理：作用1使颗粒分散均匀，不凝结在一起2所有填充剂粒子被聚合物包围润湿3使其充剂表面与聚合物有良好的粘合力 8偶联剂（硅烷类）：一是具有良性结构物质分子中一部分基团与无机物表面化学基团反应形成顽固的化学键，另一部分有亲有机性质，可与有机物反应，从而把两种性质不同材料结合起来9什么是挤出成型：挤出成型亦称挤压模塑或挤塑，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，强行推动口模而成为具有恒定截面的连续型材料的一种定型方法10挤出成型适用范围：挤出法几乎能成型所有的热塑性塑料，也可加工某些热固性塑料11挤出成型制品：生产的制品有管材，板材，薄膜，线缆包覆物以及塑料与其它材料的复合材料等12挤出成型的设备：单螺杆挤出机的基本结构：主机，挤出机辅助设备 挤出机分类：单螺杆，双螺杆，立式，卧式，排气式，非排气式，螺杆，柱塞13什么是一次成型：在大多数情况下一次成型是通过加热使塑料处于粘流态的条件下，在大多数情况下一次成型是通过加热使塑料处于粘流态的条件下，经过流动，经过流动，经过流动，成型和成型和冷却硬化（或交联固化）而将塑料制成各种形状的产品方法14什么是二次成型：二次成型则是将一次成型所得的片，管，板等塑料成品，加热使其处于类橡胶状态（在材料的Tg Tg——Tf 或Tm 间）通过外力作用使其形变而成型为各种较简单性状，再经冷却定型而得产品15共混聚合物选择原则：化学结构原则（相近）溶解度参数原则（接近）流变学原则（等粘度原则）（接近）胶体化学原则（表面张力）（接近）分子扩散动力学原则 16什么是填充和增强改性：在聚合物中填加其它无机和有机物以改变其力学，在聚合物中填加其它无机和有机物以改变其力学，工艺，工艺，使用性能活降低成本的改性方法17注射机主要参数：1公称注射量，做一次最大行程射出的聚苯乙烯的量2注射压力，注射过程中最大压力3注射速度4塑化能力，单位时间塑化物料的多少5锁模力18什么是增强改性：在聚合物中加入增强材料以及改变聚合物的性能尤其是力学性能的改性方法，在聚合物中加入增强材料以及改变聚合物的性能尤其是力学性能的改性方法，增强材增强材料：玻纤，碳纤，晶须，硼纤维19什么是填料，什么是增强材料：为了改善塑料的成型加工性能，提高制品的某些技术指标，赋予塑料制品某些新的性能，或为了降低成本和聚合物单耗而加入的一类物质称填料。

⾼分⼦材料成型加⼯原理第⼀章绪论1.按所属成型加⼯阶段划分，塑料成型加⼯可分为⼏种类型？分别说明其特点。

(1)⼀次成型技术⼀次成型技术，是指能将塑料原材料转变成有⼀定形状和尺⼨制品或半制品的各种⼯艺操作⽅法。

⽬前⽣产上⼴泛采⽤的挤塑、注塑、压延、压制、浇铸和涂覆等。

(2)⼆次成型技术⼆次成型技术，是指既能改变⼀次成型所得塑料半制品(如型材和坯件等)的形状和尺⼨，⼜不会使其整体性受到破坏的各种⼯艺操作⽅法。

⽬前⽣产上采⽤的只有双轴拉伸成型、中空吹塑成型和热成型等少数⼏种⼆次成型技术。

(3)⼆次加⼯技术这是⼀类在保持⼀次成型或⼆次成型产物硬固状态不变的条件下，为改变其形状、尺⼨和表观性质所进⾏的各种⼯艺操作⽅法。

也称作“后加⼯技术”。

⼤致可分为机械加⼯、连接加⼯和修饰加⼯三类⽅法。

2.成型⼯⼚对⽣产设备的布置有⼏种类型？(1)过程集中制⽣产设备集中；宜于品种多、产量⼩、变化快的制品；衔接⽣产⼯序时所需的运输设备多、费时、费⼯、不易连续化。

(2)产品集中制⼀种产品⽣产过程配套；宜于单⼀、量⼤、永久性强的制品、连续性强；物料运输⽅便，易实现机械化和⾃动化，成本降低。

3.塑料制品都应⽤到那些⽅⾯？(1)农牧、渔业(2)包装(3)交通运输(4)电⽓⼯业(5)化学⼯业(6)仪表⼯业(7)建筑⼯业(8)航空⼯业(9)国防与尖端⼯业(10)家具(11)体育⽤品和⽇⽤百货4.如何⽣产出⼀种新制品？(1)熟悉该种制品在物理、机械、热、电及化学性能等⽅⾯所应具备的指标；(2)根据要求，选定合适的塑料，从⽽决定成型⽅法；(3)成本估算；(4)试制并确定⽣产⼯艺规程、不断完善。

第⼆章塑料成型的理论基础1.什么是聚合物的结晶和取向？它们有何不同？研究结晶和取向对⾼分⼦材料加⼯有何实际意义？2.请说出晶态与⾮晶态聚合物的熔融加⼯温度范围，并讨论两者作为材料的耐热性好坏。

晶态聚合物：Tm——Td；⾮晶态聚合物：Tf——Td。

对于作为塑料使⽤的⾼聚物来说，在不结晶或结晶度低时最⾼使⽤温度是Tg，当结晶度达到40%以上时，晶区互相连接，形成贯穿整个材料的连接相，因此在Tg以上仍不会软化，其最⾼使⽤温度可提⾼到结晶熔点。

1高分子材料成型加工的定义和实质高分子材料成型加工是将聚合物(有时还加入各种添加剂、助剂或改性材料等)转变成实用材料或制品的一种工程技术。

大多数情况下，聚合物加工通常包括两个过程:首先使原材料产生变形或流动，并取得所需要的形状，然后设法保持取得的形状(即硬化)，流动-硬化是聚合物加工过程的基本程序。

高分子材料加工的本质就是一个定构的过程，也就是使聚合物结构确定，并获得一定性能的过程。

2影响高分子材料性能的化学因素构成的元素种类及其连接方式；立体规整性；共聚物组成；交联；端基；结构缺陷；支链3影响高分子材料性能的物理因素相对分子质量及其分布；结晶性；粒径与粒度分布；成型过程中的取向；熔体黏度与成型性4假塑性流体是非牛顿流体的一种，无屈服应力，具有粘度随剪切速率增加而减小的流动特性的流体。

5离模膨胀聚合物熔体挤出后截面积比口模截面积大。

此种现象称之为巴拉斯效应，也成为离模膨胀效应。

6开炼机混炼工艺过程阶段开炼机混炼经历包辊、吃粉、翻捣三个阶段7密炼机混炼工艺过程阶段混炼过程主要分为湿润、分散、捏炼三个过程8混合设备的分类根据操作模式分类：间歇式和连续式根据混合过程特征：分布式和分散式根据混合物强度大小：高强度、中强度、低强度混合设备9塑炼的分类及常见设备机械塑炼（常见设备有开炼机、密炼机、螺杆塑炼机）、化学塑炼、物理塑炼。

10热固性塑料的成型收缩率热固性塑料在高温下模压成型后脱模冷却至室温，其各向尺寸将会发生收缩，此成型收缩率S L定义为：在常温常压下，模具型腔的单向尺寸L0和制品相应的单向尺寸L之差与模具型腔的单向尺寸L0之比为：SL=(L0-L)/L0*100%11正硫化正硫化：橡胶的交联反应达到一定的程度，此时的各向物理机械性能均达到或接近最佳值，其综合性能最佳。

此时交联键发生重排、裂解等反应，同时存在的交联、裂解反应达到了平衡，因此胶料的物理机械性能在一个阶段基本上保持恒定或变化很少。

12SMC、BMC、GMTBMC：块模状塑料，是用预混法制成的聚酯树脂模塑料，模塑料成块团状，故也称料团。