常用聚合物加工方法及工艺共30页

聚合物加工原理聚合物是一种常见的材料，广泛用于各个领域，如塑料制品、纺织品、医用材料等。

聚合物加工是将聚合物材料通过热、力、机械等加工方式，将其改变为需要的形状和结构的过程。

本文将介绍聚合物加工的原理及常见的加工方法。

一、聚合物本质上是由大量单体分子通过共价键连接而成的高分子化合物。

聚合物加工的原理是通过加热和加压来改变聚合物分子链的排列方式，从而改变聚合物的形状和性能。

聚合物材料通常以树脂的形态存在，树脂在加工过程中会经历熔融、流动、固化等阶段。

在加工中，将聚合物树脂加热到足够的温度使其熔化，然后将熔化的聚合物注入模具中，通过机械力或其他手段使其形成所需的形状，随后冷却固化。

聚合物加工的主要原理包括：1. 熔融：将聚合物加热至其熔点以上，使其转变为可流动的液体状态。

在熔融状态下，聚合物分子链之间的相互作用力减弱，分子链可以通过流动重新排列。

2. 流动：将熔融的聚合物注入到模具中，通过施加压力或其他力量使其形成所需的形状。

在流动过程中，聚合物分子链在施加的力下发生位移和变形。

3. 固化：冷却并固化聚合物，将其固定在所需的形状和结构中。

聚合物冷却后，分子链重新排列，形成固态结构，从而保持所需的形状。

二、聚合物加工方法聚合物加工有多种方法，常见的包括注塑、挤出、吹塑、压延、成型等。

1. 注塑：注塑是将熔融状态的聚合物注入到模具中，通过压力使其填充模腔并冷却固化。

注塑广泛应用于塑料制品的生产，如塑料盒、塑料椅等。

2. 挤出：挤出是将熔融的聚合物通过挤压机挤出成连续的均匀断面形状，然后通过冷却固化。

挤出常用于生产塑料管材、薄膜等。

3. 吹塑：吹塑是将熔融的聚合物注入到模具中，在模具内吹气使其膨胀成空心形状，并冷却固化。

吹塑常用于生产塑料瓶、塑料容器等。

4. 压延：压延是将熔融的聚合物放置在两个辊子之间，通过压力使其变薄并冷却固化。

压延广泛应用于塑料薄膜的制备。

5. 成型：成型是将熔融的聚合物材料倒入开放式模具中，通过压力或其他手段使其形成所需的形状，并冷却固化。

聚合物聚合方法
在化学领域中，聚合物是由许多重复单元组成的高分子化合物，其可以通过聚合方法进行制备。

聚合物的合成方法有许多种，每种方法都有自己的特点和适用范围。

下面将介绍几种常见的聚合物聚合方法。

自由基聚合方法
自由基聚合方法是一种常用的聚合物制备技术。

该方法通过引发剂的作用，将单体中的双键或其他活性基团引发聚合反应，生成线性或支化的高分子链。

自由基聚合方法简单易行，适用于大多数单体的聚合制备。

离子聚合方法
离子聚合方法是利用阳离子或阴离子参与聚合反应的一种方法。

离子聚合方法主要包括阳离子聚合和阴离子聚合两种。

通过选择不同的单体和引发剂，可以实现对特定多亚胺的选择性聚合。

阴离子和正离子方法
在聚合物合成中，常用的还有阴离子和正离子方法。

阴离子和正离子方法通过引发剂将单体转化为聚合物，适用于一些特定性质要求高的聚合物的制备。

金属催化聚合方法
金属催化聚合方法是一种高效的聚合物合成技术。

通过金属催化剂的作用，可以促进单体之间的键合反应，实现高分子链的构建。

金属催化聚合方法在合成高性能聚合物中具有重要应用。

间位聚合方法
间位聚合方法是一种特殊的聚合技术，通过在特定位置引入功能基团，实现高分子链的定向生长。

间位聚合方法可以控制聚合物的结构和性能，具有广泛的应用前景。

总的来说，聚合物的合成方法多种多样，每种方法都有其独特的优势和适用范围。

在实际应用中，可以根据所需聚合物的性质和用途选择合适的聚合方法进行制备。

随着化学合成技术的不断发展，相信聚合物聚合方法将会有更多新的突破和创新。

聚合工艺流程图聚合工艺流程图（Polymerization Process Flow Diagram）是用于描述聚合工艺的图表，它展示了从原料准备到最终产品的整个制造过程。

下面是一个典型的聚合工艺流程图，共有六个主要步骤：第一步：原料准备在这一步骤中，原料被准备和混合以满足聚合的需要。

通常使用的原料包括单体（monomer）、引发剂（initiator）和溶剂（solvent）。

单体是用于聚合的基本化学物质，而引发剂用于启动聚合反应。

溶剂有助于保持反应体系的稳定性。

在原料准备阶段，必须确保原料的准确配比和合理混合。

第二步：反应在这一步中，原料混合物被引入反应器中，聚合反应在适当的温度和压力下进行。

反应的时间可以根据不同的聚合工艺和所需的产品特性进行调整。

在反应过程中，单体会逐渐链接形成高分子链，并释放出热量。

在这一步骤中，重要的是控制反应的速度和反应的完整性。

第三步：分离在反应结束后，产生的聚合物需要与反应体系中的其他物质进行分离。

这可以通过物理或化学手段来实现。

常见的分离方法包括过滤、离心、蒸馏等。

其中，过滤是最常用的分离方法，可通过筛选杂质和溶剂来分离纯净的聚合物。

第四步：加工在分离之后，聚合物需要进行加工，以满足实际应用的需要。

加工的具体方法取决于聚合物的性质和应用领域。

常见的加工过程包括挤出、注塑、成型等。

这些加工过程可以将聚合物转化为不同形状和尺寸的制品。

第五步：后处理在加工过程之后，聚合物制品需要经过一些后处理步骤，以改善其性能。

例如，聚合物制品可以通过冷却、热处理或化学处理来改善其强度、硬度、透明度等特性。

后处理也可用于去除表面缺陷和杂质。

第六步：产品包装和质检最后，聚合物制品需要进行包装和质量检查。

包装可以根据制品的性质和大小进行定制，以保护制品在运输和储存过程中不受损。

质检是确保产品质量符合标准的关键步骤，包括外观质量、物理性能、化学性质等的检查。

综上所述，聚合工艺流程图展示了从原料准备到最终产品的制造过程。

P S1 PS的性能PS为无定形聚合物，流动性好，吸水率低（小于00.2%），是一种易于成型加工的透明塑料。

其制品透光率达88-92%，着色力强，硬度高。

但PS制品脆性大，易产生内应力开裂，耐热性较差（60-80℃），无毒，比重1.04g\cm3左右（稍大于水）。

2 PS的工艺特点PS熔点为166℃，加工温度一般在185-215℃为宜，分解温度约为290℃，故其加工温度范围较宽。

PS料在加工前，可不用干燥，由于其MI较大、流动性好，注射压力可低些。

因PS比热低，其制作一些模具散热即能很快冷凝固化，其冷却速度比一般原料要快，开模时间可早一些。

其塑化时间和冷却时间都较短，成型周期时间会减少一些；PS制品的光泽随模温增加而越好。

HIPS1 HIPS的性能HIPS为PS的改性材料，分了中含有5-15%橡胶成份，其韧性比PS提高了四倍左右，冲击强度大大提高。

它具有PS 具有成型加工、着色力强的优点。

HIPS制品为不透明性。

HIPS吸水性低，加工时可不需预先干燥。

2 HIPS的工艺特点因HIPS分子中含有5-15%的橡胶，在一定程度上影响了其流动性，注射压力和成型温度都宜高一些。

其冷却速度比PS 慢，故需足够的保压压力、保压时间和冷却进间。

成型周期会比PS稍长一点，其加工温度一般在190-240℃为宜。

HIPS制件中存在一个特殊的“白边”的问题，通过提高模温和锁模力、减少保压压力及时间等办法来改善，产品中夹水纹会比较明显。

AS（SAN）1 AS的性能AS为苯乙烯-丙烯睛共聚体，不易产生内应力开裂。

透明度很高，其软化温度和搞冲击强度比PS高。

2 AS的工艺特点AS的加工温度一般在200-250℃为宜。

该料易吸湿，加工前需干燥一小时以上，其流动性比PS稍差一点，故注射压力亦略高一些。

模温控制在45-75℃较好。

ABS1 ABS的性能ABS为丙烯睛-丁二烯-苯乙烯三元共聚物，具有较高的机械强度和良好“坚、韧、钢”的综合性能。

常见聚合物的合成1、聚乙烯（PE）聚乙烯是无味、无毒、无嗅的白色蜡状半透明材料，电绝缘性能优越，可与所有已知的介电材料相比。

耐化学介质性能好，是最大的通用塑料之一。

目前聚乙烯的生产方法有高压法、中压法和低压法。

高压法是在100～200MPa和160～300O C下，以微量氧为引发剂的自由基本体聚合。

单程转化率为15% 。

数均相对分子质量一般是20000～50000，相对分子质量分布为3～20。

乙烯回收乙烯回收↑↑乙烯→→→→→→→↑氧（5～300ppm）图1-1 高压法合成聚乙烯工艺流程框图由于在聚合过程中发生向聚合物和链自由基的链转移反应，大分子链上有许多支链，因此高压法合成的聚乙烯结晶度低（50%～79%），密度低（0.91～0.93 g/cm3），故称为低密度聚乙烯（LDPE）。

主要用于制造薄膜制品、注射、吹塑制品及电线的绝缘包层。

低压法是采用TiCl4-AlEt2Cl催化剂的配位聚合。

聚合方法有淤浆法、溶液法和气相法。

我国多采用淤浆法，反应在较低的温度（65～75O C）和压力（0.5～3MPa）下进行。

产物为线型大分子，结晶度较高（80～90%），密度也高（0.94～0.95g/cm3）。

因此称为高密度聚乙烯（HDPE）。

机械性能优于LDPE。

乙烯与少量的1-丁烯或1-己烯共聚，所得产物为有一定支链的线型低密度聚乙烯（LLDPE）。

聚合机理和聚合方法与HDPE相同。

产物有优良的耐环境应力和热应力开裂性能。

2、聚丙烯（PP）聚丙烯为仅次于聚乙烯和聚氯乙烯的第三大合成树脂。

主要品种为等规度在95%以上的等规聚丙烯。

采用Ziegler-Natta催化剂的配位聚合。

聚合方法有间歇式液相本体法、液相气相组合式连续本体法、淤浆法。

以淤浆法为例，反应温度50～70O C，0.5～1MPa，加入微量氢气调节相对分子质量，反应结束后加入醇类除去催化剂残渣。

丙烯回收甲醇水或甲醇催化剂↑↓↓丙烯→→→→→→→→产品氢气↓图1-2 淤浆法合成聚丙烯工艺流程框图聚丙烯为乳白色、无臭、无味、无毒、质轻的热塑性树脂。

聚合物材料的设计和制造在现代工业和科技发展的进程中，聚合物材料在许多领域中都有着非常重要的应用。

它具有轻质、高强、易加工等诸多优点，同时在化学稳定性和温度稳定性方面也有很好的表现，因此受到了广泛的关注和应用。

在这篇文章中，将着重介绍聚合物材料的设计和制造方面的内容，以期给读者带来更深入的了解。

一、聚合物材料的分类及基本结构聚合物（Polymer）是由重复单元组成的高分子化合物。

根据聚合物的物理性质和化学性质，它可以分为两类：热塑性聚合物和热固性聚合物。

热塑性聚合物可软化、熔融和重复处理，如聚乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯等。

热固性聚合物是不具有软化和熔融性的聚合物，一旦加工成形便不可改变其形状，如酚醛树脂、环氧树脂、麻花硬质氨基塑料等。

根据聚合物的基本结构，聚合物可以分为线性聚合物、支化聚合物、交联聚合物和网状聚合物等四类。

其中，线性聚合物是由直链单体按照单一分支连接而成；支化聚合物是由直链和分支共同组成，分支的存在导致了聚合物材料具有更多的物理性质和机械性质；交联聚合物是由三者或三者以上相互碰撞的单体在聚合过程中形成三维空间结构，此类聚合物物理性质较好，但化学稳定性较差；网状聚合物是由许多交联聚合物组成的结构，此类聚合物的机械性质和化学稳定性较好。

二、聚合物材料的制造工艺1. 聚合法：聚合法是指通过化学反应将单体聚合成聚合物的一种制备方法。

其主要原理是通过开发单体之间键合作用，实现高分子的形成。

根据单体的不同，聚合法可以分为自由基聚合、离子聚合和均聚和高聚反应等多种反应类型。

自由基聚合是聚合方法中最常用的一种方法，具有简单化学反应和操作简便的特点。

2. 拉伸法：拉伸法是利用聚合物温度和机械力变形的物理作用，在拉伸的过程中缩短链段长度，达到拉伸效应的一种制备方法。

根据聚合物的物性不同，分为热拉伸法、冷拉伸法和光学拉伸法等。

不同拉伸方法的选择取决于聚合物的实际用途和性质要求。

3. 压缩法：压缩法是指将聚合物放在弯曲模具中，并通过加热或冷却来形成其形状的加工方法。

自由基聚合工艺基础及其应用引发剂种类过氧化物：R-O-O-R，如BPO、DCP等；偶氮化合物：AIBN；氧化-还原引发剂：H2O2-Fe2+、S2O8--Fe2+引发剂的选择（1）聚合实施方法；（2）聚合操作方式；（3）反应温度；（4）分解活化能Ed；（5）半衰期t0.5。

影响聚合物分子量的因素聚合反应温度，引发剂浓度和单体浓度，链转移剂的种类和用量1.随着反应温度的升高，聚合物的平均分子量降低2.自由基聚合反应所得聚合链的动力学链长与单体浓度和引发剂浓度的关系3.链转移剂的影响控制平均分子量的手段：1 严格控制引发剂的用量；2 严格控制反应温度和其他反应条件；3 选择适当的分子量调节剂并严格控制其用量。

本体聚合工艺特点优点：无反应介质，工艺过程简单。

缺点：聚合反应热的散发困难，反应温度难以控制，一般先进行预聚合，排除部分反应热；反应后期粘度大，单体反应不易进行完全。

悬浮聚合的特点优点：用水作为连续相，聚合反应热易除去；操作安全；反应体系粘度较低；温度易控制；分离较容易；产品纯度较乳液聚合的高。

缺点：分散体系不稳定，间歇法生产。

溶液聚合工艺特点优点：反应易控制，易调节产品的分子量及其分布。

缺点：聚合速度较慢，反应器收率降低，产品分子量分布窄，需回收溶剂。

悬浮聚合的配方单体相：单体、引发剂、分子量调节剂、润滑剂、防粘釜剂、抗鱼眼剂等。

水相：去离子水、分散剂、助分散剂、PH调节剂等。

水相/单体相（质量比）=75/25～50/50分散剂的作用１保护胶的分散稳定作用２无机粉状分散剂的分散稳定作用悬浮聚合不能用来生产橡胶的原因由于合成橡胶在室温下为弹性体状态，容易结块，因此一般不能用本体聚合和悬浮聚合方法进行生产，如果用溶液聚合法则必须增加溶剂回收工序，提高成本。

所以用自由基反应生产合成橡胶时，乳液聚合法是目前唯一的工业生产方法。

PVC悬浮聚合生产工艺框图（1）原料单体：纯度＞99.98%；反应介质：去离子水；主分散剂：纤维素醚、聚乙烯醇、明胶助分散剂：表面活性剂；引发剂：多用复合引发剂。

1.什么是聚合物的力学三态，各自的特点是什么？各适用于什么加工方法？玻璃态、高弹态和粘流态称为聚合物的力学三态。

玻璃态：内能大，弹性模量大。

高分子主链键长、键角只能发生微小变化，形变很小，不能进行大变形的成型，主要进行冷加工，车、钻、锉、切螺纹。

高弹态：内能降低，弹性模量较低。

外力作用，分子主链发生运动，变形能力增大，形变可部分恢复，可进行大变形成型加工，可进行压延、中空成型、热成型。

粘流态：外力作用，整个分子链都可以运动，材料会发生持续变形，形变不可逆，可进行挤出、注射。

2、影响聚合物粘度的因素分别有哪些？对于高聚物熔体来说，影响粘度的因素有许多，应力、应变速率、温度、压力、分子参数和结构、相对分子质量分布、支化和添加剂等。

但归结起来有两个方面：(1)熔体内的自由体积因素，自由体积- 粘度ˉ(2)大分子长链间的缠结，凡能减少缠结作用因素，都能加速分子运动，粘度ˉ3、压力流动、收敛流动、拖拽流动的定义及各自常见发生场合。

压力流动：在简单的形状管道中因受压力作用而产生的流动。

<受力:压力、剪切力>；聚合物成型时在管内的流动多属于压力梯度引起的剪切流动。

如注射时流道内熔体的流动。

收敛流动：在截面积逐渐减小的流道中的流动。

<受力:压力、剪切力、拉伸力>；多发生在在锥形管或其他截面积逐渐变小的管道中。

拖拽流动：在具有部分动件的流道中的流动。

<受力：拉伸力、剪切力>，如在挤出机螺槽中的聚合物流动以及线缆包覆物生产口模中。

4、根据物料的变化特征可将螺杆分为几个阶段，它们各自的作用是什么？加料段（Ⅰ）、压缩段（Ⅱ）、均化段（Ⅲ）加料段（Ⅰ）作用：将料斗供给的料送往压缩段，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。

压缩段（Ⅱ）作用：压实物料，使物料由固体转化为熔体，并排除物料中的空气。

均化段(计量段)的作用：是将熔融物料，定容(定量)定压地送入机头使其在口模中成型。

聚合物制品的制备工艺
聚合物制品的制备工艺可以分为以下几个步骤：
1. 原料准备：根据制备目标选择适当的聚合物原料，如聚乙烯、聚丙烯等。

然后通过预处理工艺，如粉碎、筛分等，将原料处理成适合制备的形态。

2. 聚合反应：根据聚合物的化学结构和反应机理，选择适当的聚合反应方法。

常用的聚合反应方法包括溶液聚合、悬浮聚合、乳液聚合等。

在聚合反应中，通常需要添加引发剂、催化剂等辅助剂，来促进聚合反应的进行。

3. 塑化加工：将聚合物产物经过塑化加工，使其变得柔软可塑，并得到所需的形状和尺寸。

常见的塑化加工方法包括挤出、压缩成型、注塑、吹塑等。

4. 后处理：对塑化加工后的聚合物制品进行一些后处理工艺，如冷却、模具清理、表面处理等。

这些后处理工艺可以使聚合物制品具有更好的质量和性能。

5. 检验与包装：对制备好的聚合物制品进行质量检验，确保其符合规定的标准。

然后进行包装，以方便储存和运输。

需要注意的是，不同类型的聚合物制品具有不同的制备工艺，具体的制备工艺会根据制品的用途、性能要求和制备设备的不同而有所差异。

以上只是一个一般的
制备工艺流程，具体的工艺细节还需要根据具体的制品进行调整。