1、1,聚合物加工工程,主講人：白繪宇,2,聚合物加工工程,授課說明,授課內容 授課順序 考核及要求 教材和參考書,3,教 材,周達飛 唐頌超 主編 中國輕工業(yè)出版社 上海普通高校“九五”重點教材,專 業(yè)：高分子材料 學時數(shù)：48學時 內 容：塑料、橡膠和合成纖維 三者的共性和各自的特性 主要講授：加工工藝以及與工藝相關 的設備,4,課程性質：,高分子材料與工程專業(yè)的 專業(yè)課程 核心課程,5,授課方式：,6,授課內容與考核：,主要講授的章節(jié),部分了解的章節(jié),考核方式,緒論、第一章、第五章、第六章、 第七章、第八章、第九章、第十章、第十一章,第二章、第三章、第四章、第十二章、第十三章,習題、讀書報告

2、、期終考試,7,作者：潘祖仁 浙江大學 教授 1980年7月由潘祖仁先生和孫經(jīng)武（天津大學）合編高分子化學，為文化革命后我國第一部正式的高校教材。 1986年由潘祖仁先生為主編，對全書進行了較大修改后再次出版。其后十余年間一直是各校的主要教材，1992年被評為全國優(yōu)秀教材。 1996年，潘祖仁先生再次對全書進行修定，補充一些新內容后由化工出版社出版。 特點：主要參考G.Odian 的Principles of Polymerization，對一些經(jīng)典理論給予了系統(tǒng)的論述，對聚合方法和典型產品制備進行了介紹，適合工科學生使用。不足之處是對最新進展介紹的不夠。,教 學 參 考 書,8,復旦大學高分

3、子科學系集體編寫 1995年7月由復旦大學出版社出版 特點：對各種理論問題講的較深，且包含有許多近年發(fā)現(xiàn)的新理論，為一本適合理科學生使用的書。各章中以“小專欄”的形式插入相關的課外知識，使教材生動活潑。不足之處是對聚合方法和典型產品介紹不多，工科學生需補充相關知識。,教 學 參 考 書,9,教 學 參 考 書,10,學習方法,高分子材料成型加工主要內容： （1）高分子材料； （2）成型加工工藝； （3）材料制品性能。,11,聚合物助劑、配方設計、加工機械和模具是獨立課程，故不做詳細介紹,12,所需要的基本知識：,熱力學、力學,物理化學、有機化學,質量和能量的傳遞,高分子化學、高分子物理,粘彈性

4、流體力學（流變學）,13,（1）始終圍繞一條主線“高分子材料成型加工性能” ； （2）掌握高分子材料成型加工的三基：基本原理，基本方法，基本規(guī)律； （3）結合高分子材料工程實驗、模具設計、高聚物助劑和配方和高聚物流變學等的學習，加深對課程要求的理論、技術與應用的系統(tǒng)掌握和理解； （4）通過參加課外興趣小組，加深對課程中某一內容的深入而廣泛的學習，同時理解成型加工的最新科研信息； （5）加強同學之間的交流，加強與教師的討論。,14,緒 論,15,高分子科學,研究高分子化合物合成、改性，高分子及其聚集態(tài)的結構、性能，聚合物的成型加工等內容的一門綜合性學科。包括高分子化學、高分子物理、高分子工程幾個

5、領域。,高分子 科學,16,1、高分子材料的定義 2、高分子材料的成型加工 3、高分子材料的制造 4、高分子材料的工程特征,第一節(jié) 高分子材料,17,人類的文明史 = 材料的發(fā)展史,18,金屬材料,有機高分子 材料,非金屬 無機材料,改性,合金材料,復合材料,金屬合金,高分子合金,材料的三大領域,19,材料四要素,20,材料的通性,高分子材料在材料中的地位,（1）組成 （2）加工性（3）形狀 （4）使用性（5）經(jīng)濟性（6）再生性,1、年輕學科、有生命力 2、最有發(fā)展前途 3、應用廣泛,21,石油 天然氣 煤,加工,C3、C4、C5 等碳氫化合物,有機合成,乙烯 丙烯 苯乙烯 氯乙烯,聚合反應,

6、高聚物,成型加工,制品,高分子化學 聚合反應工程 高分子合成工藝 生產過程及設備 反應機理,高 分 子 物 理,加工工藝 機械 模具 改性 應用,高分子化工,高分子材料,高分子材料科學 與工程體系,高分子材料學科在化工學科中的位置,22,高 分 子 化 學,有機化學,物理化學,化學工程 .,聚合反應工程,高 分 子 物 理,小分子化合物,高分子化合物,制品,聚合物成型加工,材料力學 流體力學 .,分 子 結 構,形 態(tài) 形 狀,使 用 性 能,無機化學,分析化學,物 理,循環(huán)利用,石油 天燃氣 煤 其它,高分子科學,高分子工程,高分子材料涉及的學科,23,高分子材料是一定配合的高分子化合物(由

7、主要成分樹脂或橡膠和次要成分添加劑組成)在成型設備中，受一定溫度和壓力的作用熔融塑化，然后通過模塑制成一定形狀，冷卻后在常溫下能保持既定形狀的材料制品。,1、高分子材料的定義,24,高分子材料,成型加工工藝,實用的材料 或制品,（聚合物+助劑）,這一過程的工程技術,1 如何實現(xiàn)方法(擠出、注射、壓制等),2 方法不同，產品性能不同,3 材料不同，方法不同,4 方法不同，設備不同,2、高分子材料的成型加工,25,3、高分子材料的制造,高分子材料 及制品生產,高分子 化合物制造,成型加工,聚合反應,高分子反應,復合化,合金,填充,表0-5,表0-6,表0-7,（添加劑、混合、成型）,圖0-5,26

8、,影響高分子材料制造的因素： 高分子化合物的性質（化學結構、物理結構） （與高分子化合物的制造有關高分子材料學） 成型加工過程:添加劑的作用 混合過程 成型過程 （添加劑、混合、各成型工藝章節(jié)）,27,1熔融紡絲 2注射成型 3薄膜成型 4擠出成型 5壓延成型 6中空成型 7真空和壓力成型 8薄膜和纖維熱拉伸 9薄膜和纖維冷拉伸,高聚物的狀態(tài)變化與成型加工的關系,三種物理狀態(tài)： 玻璃態(tài)：Tg 高彈態(tài)：TgTf（Tm） 粘流態(tài)： Tf（Tm）Td,28,影響聚合物的狀態(tài)變化的因素： 聚合物的分子結構 聚合物體系的組成 聚合物所受應力 環(huán)境溫度,當聚合物和組成一定時，在一定外力作用下，聚合物聚集態(tài)

9、的轉變主要與溫度有關：,聚合物 聚集態(tài) 不同,性能 不同,內聚能 不同,主價鍵,次價鍵,聚合物對加工 技術的適用性 不同,29,30,成型加工方法和實質,高分子材料成型加工是一個復雜的物理化學變化過程，其中，流動性是必要條件。,31,成型加工過程中發(fā)生的物理化學變化,（1）物理變化為主：熱塑性塑料,（2）化學變化為主：澆鑄成型,（3）物理變化化學變化兼有：熱固性塑料、橡膠,32,加工技術從形變出發(fā)： （1）高聚物熔體塑性形變：Tf(m)Td多用于一次成型 （2）高聚物類橡膠態(tài)彈性形變（殘余形變）： TgTf，多用于二次成型 （3）高聚物溶液態(tài)：用于浸漬、濕法或干法紡絲 （4）高聚物分散體（懸浮

10、體、溶液、膠乳）：搪塑 （5）高聚物單體或預聚體直接成型化學加工：澆注 （6）高聚物機械加工后處理,33,制品的性能,內在性質：通過選擇合適材料容易解決,34,附加性質對制品性能影響,（1）形狀上的變化：使用上的要求,（3）性質上的變化：反應出制品宏觀性能改變,35,4、高分子材料的工程特征,36,37,高分子材料的分類,三大合成材料,塑料,橡膠,纖維,(意義、分類：P2P4),區(qū)分三個概念,聚合物,高分子材料,高分子材料制品,（樹脂、生膠）,（塑料、膠料）,（塑料制品、 橡膠制品）,38,輪胎,天然橡膠和布粘合鼠標墊,39,PMMA,40,滌綸,PU,41,高分子材料的消耗率,42,生活中的

11、塑料 塑料已成為當今家庭、辦公室，以及產業(yè)中不可缺少的存在。 用圖片介紹塑料在各種場所的應用。,43,客 廳,44,廚 房,45,浴 室,46,Problems：,1、高分子材料為何具有獨特性能？如何劃分三大合成材料：molecule weights of rubber（幾十萬）、fibre（5萬左右）、plastic（介于二者之間）,2、一種聚合物應用的多樣性：e.g： PE、PET等,3、高分子材料的環(huán)境適應性：,4、高分子材料的改性,47,塑料的發(fā)現(xiàn),1869年31歲的印刷工人約翰海阿特發(fā)明賽璐珞,1909年貝克蘭發(fā)明酚醛樹脂,48,現(xiàn)代生活中的高分子材料塑料,49,現(xiàn)代生活中的高分子材

12、料工程塑料,50,橡膠的發(fā)展,橡樹之淚,丑卻受寵的合成橡膠,51,現(xiàn)代生活中的高分子材料橡膠,52,1855年瑞士人奧蒂瑪斯把纖維素放在硝酸中得到硝化纖維素溶液，制得第一根人造纖維； 1884年查唐納脫把硝化纖維素放在酒精和乙醚中得到溶液，得到人造絲；,纖維的發(fā)展,53,功能高分子材料的發(fā)展,功能高分子材料于20世紀60年代末開始得到發(fā)展。 功能高分子是指具有化學反應活性、催化性、光敏性、導電性、磁性、生物相容性、藥理性、選擇分離性，或具有轉換或貯存物質、能量和信息作用等功能的高分子及其復合材料。 目前已達到實用化的功能高分子有：離子交換樹脂、分離功能膜、光刻膠、感光樹脂、高分子緩釋藥物、人工

13、臟器等等。 高分子敏感元件、高導電高分子、高分辨能力分離膜、高感光性高分子、高分子太陽能電池等功能高分子材料，即將達到實用化階段。,54,功能高分子材料高吸水性樹脂,高吸水性樹脂就是一種功能高分子材料，它具有優(yōu)異的吸水、保水功能，可吸收自身重量幾百倍、上千倍，被冠予“超級吸附劑”的桂冠。 主要類型有聚丙烯酸酯類、聚乙烯醇類、醋酸乙烯共聚物類、聚氨酯類、淀粉接校共聚物類等。聚丙烯酸酯類以丙烯酸和燒堿為主要原料，采用逆向聚合法而制得。 可以做成嬰幼兒紙尿布以及紙餐巾等，此外還可用作室內空氣芳香劑，蔬菜、水果的保鮮劑、防霉劑、阻燃劑、防潮劑以及吸水后體積膨脹的兒童玩具等。 目前，全世界總生產能力已經(jīng)

14、超過130萬噸/年，其中日本觸媒化學公司是目前世界上最大的生產公司，生產能力達到25萬噸/年。,55,高分子膜是指那些由具有特殊分離功能的高分子材料制成的薄膜，能有選擇地分離物質。目前應用于海水淡化、反滲透、膜萃取、膜蒸餾等技術領域。,高分子分離膜,建于沙特阿拉伯的基塔自來水廠，是世界上最大的海水淡化廠，日供應淡水12000噸，主要使用醋酸纖維素分離膜裝置。,56,光敏高分子材料以光敏樹脂為代表，主要用于照相、印刷制版、印刷集成電路等。 印刷工業(yè)應用聚乙烯醇酸酯，光照時交聯(lián)而不溶而保留下來，得到凸版。 光解性的光刻膠，重氮醌接到酚醛樹脂上，光作用下重氮醌分解，圖像被保留，分辨率達10納米。,光

15、敏高分子材料,57,1950年人們逐漸開始配戴材質是聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）的隱形眼鏡，具有優(yōu)越的光學特性，又能矯正角膜性散光。1960年捷克學者利用十年的時間發(fā)明了軟性隱形眼鏡的材料，就是一直延用至今的聚甲基丙烯酸羥乙酯（HEMA）。,功能高分子材料隱形眼鏡,58,在塑料中加入蓄光型發(fā)光材料經(jīng)加工就可制成發(fā)光塑料。發(fā)光塑料是近年來興起的一種高附加值新型功能材料。其產品如：交通領域通道標識、樓梯標識、標志線；發(fā)光涂料、發(fā)光開光、發(fā)光壁紙、工藝品、玩具、體育休閑用品。,功能高分子材料發(fā)光材料,59,導電高分子自發(fā)現(xiàn)之日起就成為材料科學的研究熱點。目前，它已成為一門新型的多學科交叉的研究領域，

16、并在世界范圍內吸引了一大批材料設計專家。,功能高分子材料導電高分子材料,60,液晶高分子作為一類新型的高性能材料，極大地引起了科學界和工業(yè)界的關注，得到了廣泛的應用，并發(fā)展為高分子科學中最活躍的領域之一。,液晶高分子,61,竹子地板 地毯則可以選擇耐久的羊毛制品或者PET地毯 主要采用水性涂料、粉末涂料和輻射固化涂料等 用于戶外美化環(huán)境的產品：可以回收的塑料做成長椅、桌子和交通標志牌。,綠色建材,62,生物降解高分子材料,目前自然界的污染存在“白色”（塑料）和“黑色”（橡膠）垃圾。發(fā)展可生物降解的產品是必要而且急需的，但許多具體問題不能解決。 1、可降解塑料袋承重能力低； 2、可降解塑料袋色澤

17、暗淡發(fā)黃，透明度低；3、是價格偏高，成本難以接受。,63,一次性醫(yī)療用品如輸液管、藥品瓶、醫(yī)用膠粘劑等。診斷儀器如聽診器、內窺鏡及各種其他診斷儀器。 體外裝置如人工假肢、血液透析或灌注裝置等。 人體器官如心臟導管、心臟補片、人工心臟泵材料、氣管導管、人工膀胱、人工腦膜、動脈補片、人工血管及人工關節(jié)等。 整形外科手術材料如面部整形植入物等。 生物降解材料是指那些可由體液、酶或微生物的作用而引起分解的材料，用于縫線、人體植入、控釋藥物等。,醫(yī)用高分子材料的種類,64,人造心臟,生物材料,人造關節(jié),人工腎,65,別具特色的復合材料,碳纖維復合材料 玻璃鋼復合材料,66,高分子材料的五個條件,1 以聚

18、合物為主體：配混時聚合物量50% 特例鈣塑材料（PP20%,CaCO3 80%）,2 屬多相復合體系： 兩組分以上宏觀均相，微觀分相,3 具有可加工性：,4 良好的使用性能和適當?shù)膲勖?5 能夠工業(yè)化規(guī)模生產：聚合物成千上萬， 能工業(yè)化生產的不多,例如：PS、PVC,通用塑料：PP、PE、PVC、PS、PMMA 工程塑料：PC、PBT、PA、POM,67,高分子材料加工技術程序,圖0-6,68,衡量聚合物加工性質的幾個術語：,（1）可擠壓性 （2）可模塑性 （3）可延展性 （4）可紡性,69,70,預處理,后加工,（2）包括：配合、預混合、再混合(塑煉）、?；⒎刍?（3）包括：預處理 成型 后處理 修飾 裝配,（干燥、預熱）,（機械加工）,塑料流程,71,72,73,74,75,76,77,78,原料,生膠制造,生膠,單體,塑煉,塑煉膠,混煉,混煉膠,半成品（配料）,硫化,橡膠制品,原料,生膠制造,生膠,塑煉,塑煉膠,混煉,混煉膠,原料,生膠制造,生膠,混煉膠,配料,塑煉,混煉,成型,硫化,基本工藝過程：,橡膠流程,79,研究設計方法,聚合物,配合劑,配方設計,試樣制備,性能測試,生產工藝制定,高