塑料成型加工基礎(chǔ)

材料加工3121班

2013年上期教師：楊中文12/18/20221教材：高分子物理（化工版侯文順、楊宗偉主編）高分子材料加工基本工藝（化工版王加龍主編）參考書：《塑料成型工藝》（化學(xué)工業(yè)出版社，楊中文主編）12/18/20222學(xué)習(xí)方式

采用項(xiàng)目教學(xué)法：通過布置“工作任務(wù)、問題咨詢、計(jì)劃決策、實(shí)施指導(dǎo)、檢查與評(píng)價(jià)、項(xiàng)目總結(jié)”進(jìn)行實(shí)施1、分小組接受工作任務(wù)，成立項(xiàng)目組，組長(zhǎng)及組員；2、教師解讀任務(wù)書，教師與組長(zhǎng)簽訂完成任務(wù)合同書；3、制訂完成項(xiàng)目任務(wù)計(jì)劃及學(xué)習(xí)相關(guān)知識(shí)4、項(xiàng)目計(jì)劃實(shí)施5、項(xiàng)目任務(wù)完成檢查與評(píng)價(jià)6、項(xiàng)目完成情況總結(jié)12/18/20223課程主要內(nèi)容：三個(gè)模塊1、膜片類塑料的制作2、管與型材類塑料的制作3、單個(gè)塑料件制作八個(gè)項(xiàng)目1、塑料疏菜大棚膜的制作（16學(xué)時(shí)）2、服裝面料塑料膜的制作（16學(xué)時(shí)）3、塑料管材的制作（16學(xué)時(shí)）4、塑料門窗型材的制作（16學(xué)時(shí)）5、塑料打包帶的制作(16學(xué)時(shí))6、塑料飯盒的制作(16學(xué)時(shí))7、塑料果盤的制作(16學(xué)時(shí))8、塑料搪塑件的制作(16學(xué)時(shí))12/18/20224項(xiàng)目一、塑料疏菜大棚膜的制作教學(xué)任務(wù)1、塑料膜類型及常用原料2、蔬菜大棚膜的性能要求分析及標(biāo)準(zhǔn)3、蔬菜大棚膜的原料選擇及配方4、蔬菜大棚膜制作方案5、蔬菜大棚膜生產(chǎn)經(jīng)濟(jì)與環(huán)保評(píng)估12/18/202251、塑料膜類型及常用原料一、塑料膜的類型1、按用途分：農(nóng)用膜、包裝膜、功能膜；2、按生產(chǎn)方法分：擠出吹塑膜、平擠膜、壓延膜、流涎膜；3、按材料分：聚乙烯膜、聚丙烯膜、聚氯乙烯膜、聚酯膜、聚酰胺膜。二、塑料膜生產(chǎn)常用原料用于塑料膜生產(chǎn)的常用原料：PE、PP、PVC、PET、PA等12/18/20226二、塑料膜生產(chǎn)常用原料用于塑料膜生產(chǎn)的常用原料：PE、PP、PVC、PET、PA等1、聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯的分子結(jié)構(gòu)12/18/202272、高分子鏈結(jié)構(gòu)

高分子鏈的近程結(jié)構(gòu)和遠(yuǎn)程結(jié)構(gòu)。近程結(jié)構(gòu)介紹高分子鏈結(jié)構(gòu)單元的化學(xué)組成、鍵接方式、立體構(gòu)型、支化與交聯(lián)和端基等內(nèi)容；遠(yuǎn)程結(jié)構(gòu)包括單個(gè)高分子的大小和柔順性。12/18/20228大分子鏈都是由數(shù)目很大的結(jié)構(gòu)單元通過共價(jià)鍵連結(jié)而成大分子鏈的幾何形狀分為線形、支鏈、網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)大分子大分子鏈的單鍵若無(wú)空間阻礙時(shí)，由內(nèi)旋轉(zhuǎn)呈現(xiàn)無(wú)數(shù)構(gòu)象，從而使高分子鏈具有柔性。（高分子材料具有高彈性）大分子鏈之間靠范德華力作用結(jié)合（靜電力、誘導(dǎo)力、氫鍵等），從而形成晶態(tài)、非晶態(tài)、取向態(tài)、織態(tài)結(jié)構(gòu)的聚合物。高分子鏈結(jié)構(gòu)具有不均一性（聚合度及分子量大小不一樣）高分子結(jié)構(gòu)的主要特征12/18/20229（1）高分子結(jié)構(gòu)的分類

高分子結(jié)構(gòu)：指組成高分子的不同尺度的結(jié)構(gòu)單元在空間的相對(duì)排列.包括：①鏈的結(jié)構(gòu)（近程結(jié)構(gòu)和遠(yuǎn)程結(jié)構(gòu)）②凝聚態(tài)結(jié)構(gòu)12/18/202210高分子結(jié)構(gòu)(microstructure)鏈結(jié)構(gòu)（chain）單個(gè)分子的結(jié)構(gòu)和形態(tài)(morphology)近程結(jié)構(gòu)（一級(jí)結(jié)構(gòu)）：是構(gòu)成聚合物最基本的微觀結(jié)構(gòu)，包括高分子基本的結(jié)構(gòu)單元的化學(xué)結(jié)構(gòu)和立體化學(xué)結(jié)構(gòu).其中前者包括高分子鏈的原子種類、排列、取代基和端基的種類、單體單元的鏈接方式、支鏈的類型和長(zhǎng)度等。構(gòu)型：是指原子的取代基在空間的排列：包括幾何異構(gòu)和立體異構(gòu)。遠(yuǎn)程結(jié)構(gòu)（二級(jí)結(jié)構(gòu)）：指單個(gè)大分子的大小和在空間的存在的各種形狀（形態(tài)、構(gòu)象）例如：伸直鏈、無(wú)規(guī)線團(tuán)、折疊鏈。凝聚態(tài)結(jié)構(gòu)：是指大分子之間的幾何排列（如何堆砌的）包括晶態(tài)結(jié)構(gòu)，非晶態(tài)，取向態(tài)，液晶態(tài)，織態(tài)等結(jié)構(gòu)。是在加工過程中形成的，是由微觀結(jié)構(gòu)向宏觀結(jié)構(gòu)過渡的狀態(tài)。12/13/202211近程結(jié)構(gòu)：直接影響Tm、ρ、溶解性、、粘度、粘粘附性。凝聚態(tài)結(jié)構(gòu)：決定Polymer制品使用性性能的主要要因素。遠(yuǎn)程結(jié)構(gòu):（小分子沒沒有，大分分子獨(dú)有））：賦予予高分子鏈柔性性，致使聚聚合物有高高彈性。聚合物結(jié)構(gòu)構(gòu)決定其性性能：12/13/202212高分子的原原子種類和和排列高分子結(jié)構(gòu)構(gòu)單元鍵接接方式支化與交聯(lián)聯(lián)共聚物的序序列結(jié)構(gòu)構(gòu)型(Configuration)（2）高分分子鏈近程程結(jié)構(gòu)12/13/202213A、鏈的原原子種類和和排列CompositionofPolymerChain.碳鏈高分子子雜鏈高分子子元素有機(jī)高高分子梯形和雙螺螺旋形高分分子端基12/13/202214碳鏈鏈高高分分子子：：主鏈鏈全全部部由由碳碳原原子子組組成成（（有有共共價(jià)價(jià)鍵鍵連連接接而而成成））由加加成成反反應(yīng)應(yīng)得得到到：：例例如如：：PE、、PP、、PVC、、PS、、MMA。。特點(diǎn)點(diǎn)：：不不溶溶于于水水，，可可塑塑性性（（可可加加工工性性））但但耐耐熱熱性性差差。。雜鏈鏈高高分分子子：：主鏈鏈中中有有兩兩種種或或兩兩種種以以上上的的原原子子組組成成，，e.g:O、、S、、N.由縮縮聚聚或或開開環(huán)環(huán)反反應(yīng)應(yīng)得得到到：：e.g:PA（（尼尼龍龍））、、PET（（滌滌綸綸））、、PPO（（聚聚苯苯醚醚））、、PSU（（聚聚砜砜））、、POM（（聚聚甲甲醛醛））、、PPS（（聚聚苯苯硫硫醚醚））。。特點(diǎn)點(diǎn)：：具具有有極極性性，，易易水水解解、、醇醇解解，，耐耐熱熱性性比比較較好好，，強(qiáng)強(qiáng)度度高高。。可用用作作工工程程塑塑料料。。12/13/202215元素素有有機(jī)機(jī)高高分分子子：：主鏈鏈中中不不含含碳碳，，含含有有Si、、P、、Ti、、Al等元元素素，，特點(diǎn)點(diǎn)：：具具有有無(wú)無(wú)機(jī)機(jī)物物的的熱熱穩(wěn)穩(wěn)定定性性，，有有機(jī)機(jī)物物的的彈彈性性和和塑塑性性。。e.g:硅橡橡膠膠-123℃℃使使用用，，耐耐低低溫溫性性好好12/13/202216梯形和和雙螺螺旋形形高分分子：e.g:PI聚聚酰酰亞胺胺可可耐耐高溫溫320℃℃模模量量都非非常高高耐熱性性非常常好12/13/202217端基EndGroup：端基對(duì)對(duì)polymer的的力學(xué)學(xué)性能能沒有有影響響，但但對(duì)熱熱穩(wěn)定定性影影響最最大，，要提提高耐耐熱性性，一一般要要對(duì)高高分子子鏈進(jìn)進(jìn)行封封端。。e.g:加入封端，，以提提高PET耐熱熱性和和控制制分子子量，，以排排除小小分子子來(lái)調(diào)節(jié)節(jié)分子子量。。12/13/202218取代基對(duì)聚合合物的性能有有重要影響主鏈相同（如如，碳鏈），，取代基不同同，聚合物的的化學(xué)和物理理性質(zhì)不同，，取代基不同同，形成了一一系列聚合物物品種。取代基的電子子效應(yīng)和立體體效應(yīng)對(duì)主鏈鏈有影響，對(duì)對(duì)主鏈之間的的排列有影響響，同時(shí)，取取代基可賦予予聚合物相應(yīng)應(yīng)化學(xué)與物理理特性。如：PE：－－CH2－CH2－、PTFE：－CF2－CF2－、PP：－－CH2－CH（CH3）－、PS：－－CH2－CH（C6H5）－（有有芐基氫氫）、PVC：：－－CH2－CHCl－、、取代基對(duì)對(duì)α—H有有重要影影響12/13/202219PTFE：－CF2－CF2－Molecularmodelsofpolytetraethylene12/13/202220有機(jī)氟高高分子的的結(jié)構(gòu)特特點(diǎn)有機(jī)氟高高分子的的主鏈上上帶有大大量的氟氟原子，，氟原子吸吸引電子子和束縛縛電子云云的能力力最強(qiáng)，，而且氟原原子的原原子半徑徑小、電電子云密密度大、、電子云云流動(dòng)性性小，難難極化，，與碳原原子形成成的C——F鍵的的鍵能比比C—H鍵大，，C—F鍵鍵穩(wěn)定，，不易被被破壞。。有機(jī)氟氟高分子子特有的的“α—氟代效應(yīng)應(yīng)”，使使與C——F鍵相相鄰的化化學(xué)建均均得到加加強(qiáng)；同時(shí)，氟氟原子的的電子云云對(duì)高分分子主鏈鏈（碳鏈鏈）有強(qiáng)強(qiáng)的屏蔽蔽作用，，這種強(qiáng)強(qiáng)屏蔽作作用對(duì)有有機(jī)氟高高分子（（如，聚聚四氟乙乙烯等））主鏈起起到了保保護(hù)作用用，這種種特殊的的高分子子結(jié)構(gòu)可可賦予有有機(jī)氟高高分子及及其制品品諸多優(yōu)優(yōu)異性能能。12/13/202221有機(jī)氟高高分子的的特殊結(jié)結(jié)構(gòu)可賦賦予有機(jī)機(jī)氟高分分子及及其制品品諸多優(yōu)優(yōu)異性能能如高耐候候性、高高抗紫外外線性和和高耐化化學(xué)性、、高耐腐腐蝕性等等化學(xué)特特性。同時(shí)，C—F鍵鍵又有難難極化的的特點(diǎn)，，這使有有機(jī)氟高高分子材材料的表表面能最最低，表面能低低使氟材材料表面面有很好好的拒水水性、拒拒油性、、耐沾污污性和理理想的生生物穩(wěn)定定性及相相容性。。12/13/202222有機(jī)氟高高分子的的化學(xué)特特性：最好的化化學(xué)穩(wěn)定定性：高抗紫外外線性、、高耐候候性、高高耐化學(xué)學(xué)性、高高耐老化化性特異的表表面性能能—表面面能最低低：拒水性好好、拒油油性好、、耐沾污污性好理想的生生物穩(wěn)定定性和生生物相容容性：優(yōu)異的光光學(xué)性能能：可有低折折射率、、高透明明性優(yōu)異的電電學(xué)性能能：低介電常常數(shù)、高高絕緣性性有機(jī)氟高高分子材材料被譽(yù)譽(yù)為“有有機(jī)材料料之王””。12/13/202223氟原子可賦賦予有機(jī)氟氟材料制品品多種特性性：12/13/202224有機(jī)氟材料料是高性能能材料，是是極端惡劣劣環(huán)境條件件下工程技技術(shù)的首選選材料，如如：氟塑料（塑塑料王）：：聚四氟乙乙烯可在250℃的的溫度下長(zhǎng)長(zhǎng)期使用，，做化學(xué)反反應(yīng)時(shí)，使使用的攪拌拌片，攪拌拌塞多時(shí)用用聚四氟乙乙烯制的；；氟涂料（如如，不粘鍋鍋涂料）可可在有鹽、、油、醋和和高溫條件件下長(zhǎng)期使使用；室溫固化建建筑氟涂料料有超耐候候和超耐久久性，其其使用壽命命可達(dá)20年以上，，被稱為涂涂料王；全氟聚醚硅硅橡膠的使使用溫度范范圍為-50℃—200℃，，且高耐油油、耐胺，，是航空、、航天和汽汽車中的理理想的耐油油密封材料料；全氟離子交交換膜可在在強(qiáng)堿和較較高溫度工工況下長(zhǎng)期期使用。有機(jī)氟材料料在功能材材料領(lǐng)域也也占有重要要地位。12/13/202225B高高分子子結(jié)構(gòu)構(gòu)單元元鍵接接方式式頭—尾尾頭頭—頭頭尾尾——尾受紫外外線照照射易易斷裂裂(PVC老化化的原原因)頭-尾尾連接接鍵接結(jié)結(jié)構(gòu)：：是指結(jié)結(jié)構(gòu)單單元在在高分分子鏈鏈中的的聯(lián)結(jié)結(jié)方式式（順序））例如:而12/13/202226聚乙烯烯醇(醇解解度95%以上上)維尼綸綸：PVA+HCHO聚醋酸酸乙烯烯酯水水解得得到否則，，纖維維易吸吸水，，性能能變差差實(shí)際要要求Head-to-tail縮醛反反應(yīng)12/13/202227C支支化化與交交聯(lián)圖1高高分子子鏈的的幾種種模型型12/13/202228線形高高分子子（linearpolymer）：分子長(zhǎng)長(zhǎng)鏈可可以蜷蜷曲成成團(tuán)。。線形形的分分子間間沒有有化學(xué)學(xué)建鍵鍵結(jié)合合，在在受熱熱或者者受力力的情情況下下分子子間可可以相相互移移動(dòng)，，因此此線型高高聚物物可以以在適適當(dāng)?shù)牡娜軇﹦┲腥苋芙?，，加熱熱時(shí)可可以熔熔融，，易于于加工工成型型。支化高高分子子（branchingpolymer）：：與線形形高分分子的的化學(xué)學(xué)性質(zhì)質(zhì)相似似，但但物理理機(jī)械械性能能不同同，線線形分分子易易于結(jié)結(jié)晶，，故密密度，，熔點(diǎn)點(diǎn)，結(jié)結(jié)晶度度和硬硬度方方面都都高于于前者者。支化破破壞了了分子子的規(guī)規(guī)整性性，故故結(jié)晶晶度大大大降降低。。12/13/202229支化與與交聯(lián)聯(lián)的性性能差差異:支化的的高分分子可可以溶溶解;交聯(lián)聯(lián)的高高分子子不溶溶解,在交交聯(lián)度度不大大的情情況下下溶脹脹,不不熔融融的熱固性性塑料料和硫硫化橡橡膠都都是交交聯(lián)高高分子子交聯(lián)結(jié)結(jié)構(gòu)的的形成成條件件：若若在縮縮聚反反應(yīng)過過程中中有三三個(gè)以以上的的官能能度的的單體體存在在；或或在加加聚過過程中中有自自由基基的鏈鏈轉(zhuǎn)移移反應(yīng)應(yīng)；或或雙烯烯類單單體中中第二二鍵的的活化化等都都能生生成的的高分分子。。交聯(lián)（（networkpolymer）:高分子子鏈之之間通通過支支鏈連連接成成一個(gè)個(gè)空間間三維維網(wǎng)狀狀結(jié)構(gòu)構(gòu)12/13/202230PE種類鏈的幾何形狀

ρ(%)拉伸強(qiáng)度σt(kg/cm2)Tm最高使用溫度℃LDPE支化結(jié)構(gòu)0.91~0.9460~7070~15010580~100HDPE線形結(jié)構(gòu)0.95~0.9795210~370135120交聯(lián)PE交聯(lián)結(jié)構(gòu)0.95~1.40-----100~210-----135用途：1.LDPE：：薄膜膜材料料、軟軟制品品2.HDPE：：硬制制品、、管材材3.交交聯(lián)聚聚乙烯烯：海海底電電纜、、電工工器材材表1PE鏈幾幾何形形狀對(duì)對(duì)其性性能的的影響響12/13/202231eg:橡橡膠硫硫化未硫化化:分分子間間容易易滑動(dòng)動(dòng),受受力后后不能能恢復(fù)復(fù)原狀狀硫化后后:不不易易滑動(dòng)動(dòng),有有可可逆的的彈性性形變變注意:交聯(lián)度度不同同,性性能也也不相相同;如如交聯(lián)聯(lián)度小小的橡橡膠(含硫硫量<5%),彈性性好,交聯(lián)聯(lián)度大大（20％％～30％％）的的橡膠膠,彈彈性差差,隨隨著交交聯(lián)度度的增增加,機(jī)械械強(qiáng)度度和硬硬度都都將增增加,最后后失去去彈性性而變變脆.12/13/202232交聯(lián)的作用:1.使分子在在使用時(shí)克服服分子間的流流動(dòng),即提高高強(qiáng)度2.提高耐熱熱性3.提高抗抗溶劑性,即即不容易溶解解于有機(jī)溶劑劑12/13/202233D、共聚物的的序列結(jié)構(gòu)共聚物：由兩兩種以上的單單體鍵合而成成的聚合物以A、B兩種種單體單元所所構(gòu)成的共聚聚物為例，按按連接方式可可分為：交替共聚物(alternatingcopolymer)ABABABABABABABA無(wú)規(guī)共聚物(randomcopolymer)AABABBAA嵌段共聚物(blockcopolymer)AAAAAABBBBBAAAAAA接枝共聚物(graftcopolymer)AAAAAAAAAAAAABBBB12/13/202234不同類型的共共聚物，它們們的性能也不不相同，因此此常用該法來(lái)來(lái)對(duì)某種材料料改性舉例：苯乙烯烯St+丁丁二烯Ba.工程塑塑料ABS：：丙稀腈，丁二二烯和苯乙烯烯的三元接枝枝共聚物，因因此兼具三種種組分的特性性：質(zhì)硬、耐耐腐蝕、提高高制品的拉伸伸強(qiáng)度和硬度度。12/13/202235a.聚四氟氟乙烯＋六氟氟丙烯共聚,形成F-46－－熱塑塑性氟塑料b.PMMA是很好的的一種塑料，，性能與PS相似，但由由于存在極性性的酯基，分分子間作用力力比PS大，，所以流動(dòng)性性差，不宜采采用注