高分子材料成型加工课件7

高分子成型加工原理,第七章 塑料的二次成型,7.1 概述 7.1.1 何为二次成型： 在一定条件下将一次成型得到的片、板、棒等塑料型材通过再次加工成型为制品的方法，称二次成型。 7.1.2 二次成型与一次成型的区别： 一次成型：依靠塑性流动，加工时物态为粘流态（TTf），热固、热塑性材料均可； 二次成型：依靠高弹形变，加工时物态为高弹态（TgTTf），主要用于热塑性材料。,*,E2：高弹模量；2：高弹形变粘度。 若t，()=/E2,=E+H+v，二次成型中E, v很少，可忽略。,故：,，,t*=2/ E2（推迟时间）,7.1.3 二次成型的基本原理：,* 将一次成型制品加热 外力作用成型 （TgTTf） （取得一定的形状尺寸） 降温、冷却、定型 退模 （保持制品的形状） * 对聚合物的要求： Tg比室温高； 热塑性材料。 * 注意：结晶聚合物定型是因为分子链本身为结晶结构的一部分，或与结晶区域相联系而被固定下来，不能产生基于热弹性的蜷曲回复；无定形聚合物定型是使得大分子产生弹性回复很困难而定型的。（t时可能回复）,7.2 中空吹塑成型,7.2.1 定义： 将挤出或注射成型的塑料管坯(型坯)在高弹态时置于各种形状的模具中，并即时在管坯中通入压缩空气将其吹胀，使其紧贴于模腔壁上成型，经冷却脱模后即得中空制品。 * 常用原料：聚乙烯、聚氯乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯、聚酰胺、纤维系塑料和聚碳酸酯等。,7.2.2 成型工艺方法：,* 型坯形成（挤出、注射） 入模 吹塑成型 冷却脱模,成型工艺2,成型工艺3,7.2.3 影响吹塑成型的因素：,* 型坯温度、壁厚、空气压力、吹胀比、模温和冷却时间等。 （1）型坯的温度：TgTTf，偏向于Tf，过低则制品的强度差，易破裂，表面粗糙。 （2）吹气压力：太高 浪费；太低 影响取得的形状尺寸。 （3）充气速度：太高 i) 易吹破；ii) 吹口处内陷。太低 影响取得的形状。,影响吹塑成型的因素：,（4）吹胀比：太小 浪费材料，冷却慢影响成型周期；太大 影响制品性能，特别是强度。 （5）模温：太低 材料形变较困难，制品轮廓及表面纹路不清晰；太高 冷却时间长，生产周期加长。 （6）冷却时间：影响生产周期。,7.3 热成型,7.3.1 含义： 利用热塑性塑料的片材作为原料，夹在模具的框架上，让其在Tg至Tf间的适宜温度加热软化，施加压力，使其紧贴模具的型面，取得与型面相仿的形状尺寸，经冷却定型和修整后即得制品。,7.3.2 工艺方法： * 方法：真空、压力、覆盖、柱塞辅助、推气、对模成型等。 * 主要工序：材料的夹持 加热 成型 （型坯正反面保持不透气）（TgTTf） 冷却定型、退模,工艺方法1,工艺方法2,工艺方法3,7.4 拉幅薄膜成型,7.4.1 含义： 薄膜拉幅是将挤出得到的厚度为13毫米的厚片或管坯，重新加热到Tg至Tm（Tf）间，进行平面内的大幅度拉伸而制成薄膜的方法。 7.4.2拉幅薄膜的成型原理： * 在TgTm（Tf）下，在平面内施加拉应力，使聚合物厚片发生弹性形变，分子链沿受力方向取向而伸长，当拉伸到需要的程度时，进行应力松弛、冷却、张紧定型制得产品。,7.4.3 薄膜拉幅的方法及工艺：,（1）平膜法（以先纵后横拉伸工艺为主）：,* 工艺过程：挤出 冷却 预热 纵向拉伸 冷却 横向拉伸 热定型 冷却 卷取,* 热定型阶段：对无定形材料：减少残余应力，只允许力学松弛，但取向不破坏。 对结晶材料：希望形成微晶结构。,平膜法成型工艺,（2）管膜法（双向同时取向，主要用于生产热收缩性薄膜）：,* 工艺过程：管坯成型 拉伸 热定型 * 优点：设备简单、占地面积小； 缺点：薄膜厚度公差大。,（3）拉幅薄膜成型的影响因素：, 温度：对无定形材料，T稍大于Tg以免结晶。T有利于取向。但T过大则薄膜强度较低易断裂； 拉伸速度：V拉，薄膜易破裂；延伸率，取向度； 拉伸比：，取向度； 热定型条件：无定形材料TgTf，结晶材料在结晶速率最快的温度点（0.85Tm）； 冷却速度：V冷却，取向结构易及时固定。,* 热塑性聚合物拉伸取向的一般规律：, V拉、，T，取向作用； T、V拉，取向度； V冷却，有效取向； T、，V拉，取向作用； T、V拉，拉，取向度； T，V拉，V冷却，有效取向。,7.5 冷成型（固相成型）,* 冷成型不属于一次成型和二次成型，它是移植金属加工方法(如锻压、滚轧、冲压等)，使塑料在常温(也可在聚合物Tg以下)下成型的加工工艺。 7.5.1 冷成型的优缺点 1）优点：成本低、生产周期短、加工范围大、无接缝浇口、无降解、取向度高； 2）缺点：制品尺寸、形状、精度差；制品中分子取向明显引起强度各向异性。,7.5.2 冷成型的基本条件,1）玻璃态时加工料坯与成型产品比较接近； 2）成型温度由室温至高于室温10一20，可低于Tm或Tf； 3）成型时在屈服点加压进行。,7.5.3 冷成型的工艺方法,1）锻造： 把塑料坯料预热后，放在压机上、下模之间，随着上、下模的闭合，依靠模具的机械作用力成型为制品。 2）冲压： 靠机械的冲力将坯料成型为塑料制品，通常冲压法只能成型深度62毫米(14英寸)的制品。 3）滚轧： 借助于轧光机上辊的机械作用，成型塑料板材和薄膜等。,4）橡皮垫成型：,压机的上模是一块橡皮塾，塑料坯料与橡皮垫直接接触，下模是阳模，合模时橡皮垫变形，实际上成了阴模，塑料就在这金属阳模和橡皮阴模之间成型。 5）液压成型： 是在上模装有一块橡皮隔膜，液体的压力可以通过该膜传到塑料上，合模时，流体的压力迫使橡皮隔膜变形把力传递至塑料，使其在上、下模中间成型。, 作业：,为何结晶聚合物在薄膜拉幅时不希望结晶？有何措施？为什么最终制品又希望有结晶结构？可采取什么措施?,第八章 高分子复合材料,8.1 概述 1）复合材料的特点：a. 性能优良，高于其组分；b. 内部存在相界面，为非匀相结构。 2）复合材料的组成：a. 高聚物（要求： 综合性能良好； 对填料具有强大的粘附力； 良好的工艺性能）；b. 填料（玻纤、纸、棉布、石棉等，增强填料）,8.2 复合材料的成型工艺,* 成型方法：压制、挤出、注射、压延、粘(贴)合等。 1）手糊成型法 通过手工在预先涂好脱模剂的模具上，先涂上或喷上一层按配方混合好的树脂，随后铺上层增强材料，排挤气泡后再重复上述操作直至达到要求的厚度，最后经固化后脱模，必要时再经过加工和修饰工序即得成品。 * 手糊成型通常还包括袋压法、热压釜法、柔性柱塞法等。,手糊成型法 1,手糊成型法 2,2）层压成型法,3）模压成型法,聚合物+填料 预混或预浸 模压料 压制成型 后处理,4）注射成型法 * 填料为短纤维 在料斗中混合； 长纤维 在机头处混合； 纤维毡 在模具中混合。,5) 卷绕及缠绕成型法,卷绕成型主要用以获得营状层合制品。胶布自胶布卷牵引出，经张紧辊和导向辊后在已加热的功支承辊上受热软化发粘，随后卷到包好底布的管芯上去，当卷至要求的厚度时，割断胶布，将卷好的管坯连同管芯一同取下送入加热炉进行固化，然后取出管芯即得层合管。,卷绕成型,第九章 高分子物的共混,9.1 概 述 1）概念：将两种或两种以上的高分子材料加以混合，使之形成一种表现均匀的混合物，称为高分子共混物，这种混合过程称为高分子材料的共混。 2）目的：改善材料的使用性能物理机械性能，加工性能，使用范围，成本。 3）分类：塑料塑料、塑料橡胶 塑料共混物 （高分子合金）；橡胶橡胶、橡胶塑料 橡胶共混物（并用胶）,9.2 高分子物的相容性理论,* 共混机理 一种物理混合过程。 1）含义：高分子的相容性概念是基于低分子液体相溶性概念而提出的。 A+B 均相 相容 非均相不相容 2）热力学条件：Fm=Hm-TS A、B相容要求Fm0，但高聚物混合过程S很小，故高聚物间相容性的条件可近似为H 0（混合过程放热）。很少有高聚物达到这样的条件，因此绝大多数高分子物质间不具有热力学相容性。,* 对若干热力学不相容的高分子体系，工业上仍可制得相态稳定的制品。稳定性的原因在于：, 高分子物粘度大，分子链段移动困难。虽有相分离的趋势，但需要的时间长； 热力学不相容的两种高分子物，在共混物的相界面上因分子链段相互扩散形成了过渡层，稳定了其共混体系； 共混过程中，共混高聚物的分子链因剪切作用发生破坏，由此引发嵌段和接枝共聚形成新的共聚物，成为增容作用。这些提高了共混组分相容性的嵌段和接枝共聚物，称为增容剂（Comnpatibilizing Agent）；,* 高聚物相容的衡量标准：以任何比例混合后，能得到稳定的均相体系。, 附加物的分散作用：小颗粒填料可促使混合相结构趋于细小，更趋均匀稳定； 混合过程中的交联作用可使所获得的均匀分散相态固定，不易发生相分离。,* 混合过程热效应的计算 Hildebrand方程：,其中：Hm为混合热(卡克分子)；Vm为混合体系总体积(毫升)； EA和EB分别为组分A及组分B的内聚能(卡克分子)；VA和VB分别为组分A及组分B的克分子体积(毫升)；A及B分别为组分A及组分B的体积分率。 为组分的比内聚能，又称内聚能密度。 溶解度参数（溶度参数）, 3，不相容。,3）共混物的相态： A+BAB 相容：界面不明显，Tg=ATgA+BTgB 不相容: 界面明显，出现TgA和TgB两软化点。,* 相态,互锁,香肠,结构,9.3 高分子共混物的流变特性,1）共混物粘度与组成间的关系: * 粗略估计共混物的粘度： lg= AlgA+ BlgB * C.D.Han（韩）认为：共混物的粘度除了与组分比例有关，还与组成有关，通常会出现的极值。 解释：A、B非均相结构。 当A、B间比例 从连续相分散相 相突变 从分散相连续相 粘度突变,图示：,2）共聚物分散相的变化,* 流动时分散相颗粒取向，椭球长轴变长，取向角变小。,产品后果：制品形成各向异性，易脆裂。,*注射成型时，电子显微照相结果：,改善方法：提高熔体温度，减缓冷却速度。,产品表面层：取向度较高； 次表面层（剪切层）：取向度下降； 中心层：取向度更小或为0。,* 工艺：混合（物理、化学） 成型 制品 1）物理混合法 干粉共混：将不同类型的高分子物粉末在球磨机、螺带式混合机、捏合机以及其它形式的非加热熔融的混合设备中混合。 * 优点：设备简单、加工费用低和大分子受机械破坏程度小； 缺点：混合分散效果较差，制品的相区尺寸较大，性能改进不突出。且橡胶类聚合物和韧性聚合物难以采用。,9.4 高分子共混物的制备方法, 溶液共混：,将两种高分子物的溶液加以混合，然后加热驱除溶剂即可制得高分子共混物。 * 需消耗大量溶剂，在工业上无法推广。 乳液共混：将两种聚合物乳液混合后经共同凝聚即得共混物料。 * 受原料形态的限制，共混效果亦不很理想。, 熔融共混： 使用混炼机和螺旋挤出机将高分子物在软化或熔融流动状态下加以混合。 * 混炼设备的强剪切力作用可引发生成促进高分子物之间相容性的嵌段或接技共聚物，故其混合分散效果优于上述各法。由于过程中伴随有化学反应，故又称为机械化学共混法。,2）化学共混法,* 接枝共聚共混法：将一种高分子物溶于另一种高分子物的单体中，然后使单体聚合，即得到共混物。,* 接枝共聚物促进了两种均聚物的相容，共混物相区尺寸较小，制品性能较优。 内部形成互穿网络。,