chapter5高分子加工全解

1、chapter5高分子加工全解塑料的成型加工塑料成型加工的目的在于根據(jù)各種塑料固有的性能，利用一切可以施行的方法，使其成為滿足不同領(lǐng)域應(yīng)用要求，具有需要尺寸和形狀的制品。工業(yè)上用作成型的塑料其主要成分是合成樹(shù)脂，但一般都不是單純的樹(shù)脂，或多或少含有各種助劑(添加劑)。助劑參加的目的是為了改善成型工藝性能，改善制品的使用性能、降低本錢等。當(dāng)然，合成樹(shù)脂本身是決定制品特性最重要的因素。塑料的成型加工合成樹(shù)脂主要有聚乙烯、聚氯乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯、ABS、聚碳酸酯、酚醛樹(shù)脂等。塑料助劑是塑料在成型加工過(guò)程中所需要添加的各種輔助化學(xué)物質(zhì)，因此也常稱為添加劑。參加助劑的目的是改善塑料加工成型性能和制品

2、的使用性能，或降低本錢塑料的成型加工能降低塑料的熔融溫度或熔體粘度，從而改善其成型加工性能，并能增加產(chǎn)品柔韌性、耐寒性的一類物質(zhì)稱為增塑劑。增塑劑通常是對(duì)熱和化學(xué)試劑都很穩(wěn)定的一類有機(jī)化合物或聚合物，它們一般是在一定范圍內(nèi)能與聚合物相容而又不易揮發(fā)的液體；少數(shù)是熔點(diǎn)較低的固體。增塑過(guò)程可看作是聚合物和低分子物互相“溶解的過(guò)程，但增塑劑與一般溶劑不同，溶劑是要在加工過(guò)程中揮發(fā)出去，而增塑劑那么要求長(zhǎng)期保存在聚合物中。塑料的成型加工 增塑劑也可分為非極性增塑劑和極性增塑劑。非極性增塑劑主要作用是通過(guò)聚合物增塑劑間的溶劑化作用，增大分子間間隔 ，從而削弱它們之間的作用力。極性增塑劑對(duì)極性聚合物的增塑

3、作用在于增塑劑的極性基團(tuán)與聚合物分子的極性基團(tuán)互相作用，代替了聚合物極性分子間的作用(減少了聯(lián)結(jié)點(diǎn))，從而削弱了大分子間的作用力。塑料的成型加工以上所述的增塑作用稱為外增塑。假設(shè)用化學(xué)方法，在分子鏈上引入其它取代基，或在分子鏈上或分子鏈中引入短的鏈段，從而降低了大分子間的吸引力，也可到達(dá)使剛性分子鏈變?nèi)岷鸵子诨顒?dòng)的目的，這種增塑稱為內(nèi)增塑。塑料的成型加工理想的增塑劑，必須在一定范圍內(nèi)能與聚合物很好的相容(所謂相容性，即聚合物可以包容盡可能多的增塑劑并形成均一、穩(wěn)定體系的性能)，且揮發(fā)性、遷移性、溶浸性等要小，并有良好的耐熱、耐光、不燃及無(wú)毒等性能，而且保證在混合和使用的溫度范圍內(nèi)與聚合物形成“

4、真溶液塑料的成型加工塑料在成型加工過(guò)程成長(zhǎng)期使用和儲(chǔ)存過(guò)程中，會(huì)因各種外界因素(如光、熱、氧、射線、細(xì)菌和霉菌等)作用而引起降解或交聯(lián)，也就是所謂的老化，并使塑料性能變壞而不能正常使用。為了防止和抑制這種破壞作用而參加的物質(zhì)統(tǒng)稱為穩(wěn)定劑。根據(jù)所發(fā)生的作用不同穩(wěn)定劑又可分為熱穩(wěn)定劑、光穩(wěn)定劑及抗氧劑。塑料的成型加工為改進(jìn)塑料熔體的流動(dòng)性能，減少或防止對(duì)設(shè)備的粘附摩擦作用，使制品外表光潔，而參加塑料中的一類助劑稱為光滑劑。通常把光滑劑分為內(nèi)光滑劑和外光滑劑。內(nèi)光滑劑與聚合物有一定的相容性，其作用在于減少聚合物分子間的內(nèi)摩擦。常用的內(nèi)光滑劑有硬脂酸及其鹽類，硬脂酸丁酯、硬脂酰胺、油酰胺等。外光滑劑與

5、聚合物的相容性很小，在成型過(guò)程中，易從內(nèi)部析出而粘附于與設(shè)備接觸的外表，形成一光滑層，防止塑料熔體對(duì)設(shè)備的粘附。塑料的成型加工實(shí)際上“內(nèi)光滑劑和“外光滑劑也只是相對(duì)而言，有不少光滑劑兼有內(nèi)、外兩種作用，僅少數(shù)只有單一性質(zhì)。例如，硬脂酸鈣作為聚氯乙烯光滑劑，既有外光滑性質(zhì)，又有內(nèi)光滑性質(zhì)。另外，很多光滑劑不僅有光滑作用，而且像其它金屬皂類一樣，還有穩(wěn)定作用。光滑劑的用量一般小于1，使用過(guò)多，超過(guò)其相容限度時(shí)，容易由外表析出，即平常所說(shuō)“起霜，影響制品的外觀。塑料的成型加工填充劑又稱為填料，是為了進(jìn)步制品的物理機(jī)械性能，或降低本錢及樹(shù)脂的消耗而參加的填充材料。參加適量的填料也可以改善塑料的成型性能

6、。填充劑按化學(xué)組成可分為有機(jī)填充劑和無(wú)機(jī)填充劑；按其來(lái)源可分為礦性、植物性和合成填充劑；按其形狀可分為粉狀、纖維狀和片狀填充劑；按其在成型中所起的作用分為增強(qiáng)型和增量型填充劑。增強(qiáng)型填充劑可進(jìn)步制品的物理及力學(xué)性能，又稱為增強(qiáng)劑；增量型填充劑可增加制品的體積，降低本錢。塑料的成型加工添加到塑料中使其物理機(jī)械性能得到進(jìn)步的材料稱為增強(qiáng)劑。它實(shí)際也是一種填充劑，由于性能上的差異和近年來(lái)得到了較大的開(kāi)展，因此特單獨(dú)將其列作一類。增強(qiáng)劑有纖維類(如石棉、玻璃纖維)和非纖維類(如白炭黑、陶土)兩種，纖維類增強(qiáng)劑具有更明顯的增強(qiáng)效果，大量用于各種塑料制品，例如環(huán)氧樹(shù)脂、不飽和聚酯等與玻璃纖維或織物制成的玻

7、璃鋼。塑料的成型加工發(fā)泡劑是一類使處于粘流狀態(tài)的塑料形成蜂窩狀泡孔構(gòu)造的物質(zhì)，它可以是固體、液體、氣體或幾種物體的混合物。發(fā)泡劑按化學(xué)組成不同分為無(wú)機(jī)發(fā)泡劑和有機(jī)發(fā)泡劑；按發(fā)泡過(guò)程中氣泡產(chǎn)生的方式不同又可分為物理發(fā)泡劑和化學(xué)發(fā)泡劑。物理發(fā)泡劑在發(fā)泡過(guò)程中是靠本身物理狀態(tài)的變化產(chǎn)生氣泡的，如揮發(fā)性液體受熱氣化產(chǎn)生氣泡，主要有壓縮氣體，如氮?dú)?、二氧化碳等?；瘜W(xué)發(fā)泡劑是在發(fā)泡過(guò)程中，發(fā)生化學(xué)反響產(chǎn)生一種或多種氣體而使塑料發(fā)泡的，有無(wú)機(jī)類的碳酸銨、碳酸氫銨和碳酸氫鈉和有機(jī)類的偶氮化合物、亞硝基化合物和磺酰肼類等。塑料的成型加工大多數(shù)塑料是可燃燒的。塑料在建筑、汽車、飛機(jī)、船舶、電器、家具和日用品方面獲

8、得廣泛應(yīng)用，但都需要具有阻燃性，以保證平安使用，防止發(fā)生火災(zāi)?？梢栽黾铀芰系雀叻肿硬牧系哪腿紵阅艿奈镔|(zhì)統(tǒng)稱為阻燃劑。塑料的成型加工阻燃劑通常分為添加型和反響型兩大類。添加型阻燃劑有磷酸鹽、鹵代烴和氧化銻等。它們?cè)谒芰铣尚蜁r(shí)參加，使用方便，適應(yīng)面廣，一般適用于熱塑性塑料。但對(duì)塑料的物理機(jī)械性能有影響，因此用量必須適當(dāng)。反響型阻燃劑主要有鹵代酸酐和含磷多元醇等。它們?cè)诰酆衔镏苽溥^(guò)程中參加，作為一個(gè)組分參加反響而成為塑料聚合物分子鏈的一局部，從而賦予塑料阻燃性，主要用于熱固性塑料。反響型阻燃劑對(duì)制品性能影響小，阻燃性持久。塑料的成型加工目前，阻燃劑的開(kāi)展方向是低鹵或無(wú)鹵、低發(fā)煙、高效、低毒、廉價(jià)。

9、水合氧化鋁是一種無(wú)味、無(wú)毒、廉價(jià)的無(wú)機(jī)阻燃抑煙劑。塑料的成型加工為使制品獲得各種鮮艷奪目的顏色，增加美觀而參加的一種物質(zhì)稱為著色劑。某些著色劑還具有改進(jìn)耐候老化性，延長(zhǎng)制品的使用壽命的作用。著色劑常為油溶性的有機(jī)染料和無(wú)機(jī)顏料。塑料的成型加工抗靜電劑是添加到塑料中或涂附在塑料制品外表，以防止制品的靜電危害的一類化學(xué)助劑?？轨o電劑的作用是將體積電阻高的塑料外表層的電阻率降低到1010cm以下，從而降低塑料在成型加工和使用過(guò)程中的靜電積累。塑料的成型加工上述各類助劑是比較重要的塑料助劑。但在某些特殊情況下，為滿足特別需要，還要添加一些特殊助劑。驅(qū)避劑 為了抵御、防止塑料制品在儲(chǔ)存、使用過(guò)程中遭受老

10、鼠、昆蟲(chóng)、細(xì)菌等的危害而參加的物質(zhì)稱為驅(qū)避劑。如有機(jī)錫類、抗菌素類和狄氏劑、艾氏劑等。防霉劑 為了防止霉菌對(duì)塑料制品的損害而添加的殺菌劑稱為防霉劑。常用的防霉劑有酚類化合物，如苯酚、氯代苯酚、有機(jī)金屬化合物，如有機(jī)汞、有機(jī)銅等。偶聯(lián)劑 能進(jìn)步樹(shù)脂(聚合物)與增強(qiáng)材料界面間結(jié)合力的化學(xué)物質(zhì)稱為偶聯(lián)劑。常用的偶聯(lián)劑有：硅烷偶聯(lián)劑、鈦酸酯類偶聯(lián)劑及其它偶聯(lián)劑。塑料的成型加工擠出成型擠出成型也稱擠壓模塑或擠塑，即借助螺桿或柱塞的擠壓作用，使受熱融化的物料在壓力的推動(dòng)下，強(qiáng)行通過(guò)口模而成為具有恒定截面的連續(xù)型材的一種成型方法。根據(jù)物料塑化方式的不同，擠出工藝可分為熔融擠出和溶液擠出二種，由于前者比后者優(yōu)

11、點(diǎn)多，故擠出成型中多用熔融擠出，溶液擠出僅用于硝酸纖維素和少數(shù)醋酸纖維素塑料等的成型。塑料的成型加工按照加壓方式的不同，擠出工藝又可分為連續(xù)和間歇兩種。前一種所用設(shè)備為螺桿式擠出機(jī)；后一種為柱塞式擠出機(jī)。螺桿式擠出機(jī)又可分為單螺桿擠出機(jī)和多螺桿擠出機(jī)。螺桿式擠出機(jī)是借助于螺桿旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的壓力和剪切力，使物料充分塑化和均勻混合，通過(guò)型腔(口模)而成型。因此使用一臺(tái)擠出機(jī)就能完成混合、塑化和成型等一系列工序進(jìn)展連續(xù)消費(fèi)。塑料的成型加工塑料的成型加工塑料的成型加工擠出成型的特點(diǎn)及擠出理論擠出成型主要是對(duì)物料的輸送和塑化，并且在壓力作用下迫使物料通過(guò)機(jī)頭口模而得到所要求的制品。它具有以下特點(diǎn)：擠出法幾乎

12、能成型所有的熱塑性塑料，適應(yīng)性強(qiáng)；消費(fèi)的制品可以是管材、板材、薄膜、線纜包覆物、單絲、棒材等，應(yīng)用范圍廣；消費(fèi)過(guò)程連續(xù)，消費(fèi)效率高；投資少，見(jiàn)效快。塑料的成型加工實(shí)際擠出過(guò)程中物料在螺桿各段所經(jīng)歷的狀態(tài)變化和流動(dòng)行為都是非常復(fù)雜的，可歸結(jié)為固體輸送、熔融和熔體輸送三個(gè)過(guò)程。擠出成型新技術(shù)為擴(kuò)大可成型材料的范圍和增加擠出制品的類型，在傳統(tǒng)的擠出技術(shù)根底上又開(kāi)展了一些新的擠出技術(shù)，主要有共擠出、擠出復(fù)合、發(fā)泡擠出和交聯(lián)擠出等。塑料的成型加工注射成型注射成型就是將塑料(一般為粒料)在注射成型機(jī)的料筒內(nèi)加熱熔化，當(dāng)呈流動(dòng)狀態(tài)時(shí)，在柱塞或螺桿擠壓下熔融物料被壓縮并向前挪動(dòng)，進(jìn)而通過(guò)料筒前端的噴嘴以很快速

13、度注入溫度較低的閉合模具內(nèi)，經(jīng)過(guò)一定時(shí)間冷卻定型后，開(kāi)啟模具即得制品，并在操作上完成了一個(gè)模塑周期。塑料的成型加工注射成型是熱塑性塑料的一種重要成型方法。它的特點(diǎn)是消費(fèi)周期快，適應(yīng)性強(qiáng)，消費(fèi)效率高。從塑料產(chǎn)品的形狀看，除了很長(zhǎng)的管、棒、板等型材不能采用此法消費(fèi)外，其它各種形狀、尺寸的塑料制品，根本上都可以用這種方法進(jìn)展成型。塑料的成型加工塑料的成型加工注射成型的過(guò)程完好的注射成型過(guò)程包括：成型前的準(zhǔn)備，注射過(guò)程，制件的后處理。成型前的準(zhǔn)備 為使注射能順利進(jìn)展并保證產(chǎn)品的質(zhì)量，在成型前有一系列的準(zhǔn)備工作，包括原料的檢驗(yàn)、預(yù)熱及枯燥，有時(shí)還包括原料的著色及造粒，嵌件的預(yù)熱和安放，試模，清洗料筒及試

14、車等。注射過(guò)程 注射過(guò)程一股包括加料、塑化、注射、冷卻和脫模幾個(gè)步驟。塑料的成型加工注射成型是一個(gè)間歇過(guò)程，保持定量(定容)加料，以保證操作穩(wěn)定，物料塑化均勻，最終能獲得性能良好的制品。加料過(guò)多，受熱時(shí)間過(guò)長(zhǎng)容易引起物料的熱降解；加料過(guò)少，料筒內(nèi)缺少傳壓介質(zhì)，模腔中物料熔體壓力降低、難以補(bǔ)壓，容易引起制品出現(xiàn)收縮、凹陷、空洞等缺陷。參加的塑料在料筒內(nèi)被加熱，由固體粒子轉(zhuǎn)變成熔體，經(jīng)混合和塑化后被螺桿或柱塞推擠至料筒前端，經(jīng)過(guò)噴嘴、模具澆注系統(tǒng)進(jìn)入并填滿模腔，這一階段稱為“充模。在模具中熔體因冷卻要收縮，所以柱塞或螺桿要繼續(xù)保持施壓狀態(tài)，迫使?jié)部诤蛧娮旄浇娜垠w不斷補(bǔ)充入模(補(bǔ)塑)，使模腔中的物

15、料成為形狀完好而致密的制品，這一階段稱為“保壓。整個(gè)注射過(guò)程可以分為幾個(gè)不同階段：柱塞空載期、充模期、保壓期、返料期、凝封期、繼冷期。塑料的成型加工塑料的成型加工制品的后處理注射制品經(jīng)脫模或機(jī)械加工，修飾之后，常需要進(jìn)展適當(dāng)?shù)暮筇幚?，借以改善和進(jìn)步制品的性能，制品的后處理主要指熱處理和調(diào)濕處理。塑料的成型加工為了滿足塑料制品對(duì)不同性能，不同色彩，不同品種塑料的要求，開(kāi)展了一些新的注射工藝，有共注射工藝、旋轉(zhuǎn)注射、流動(dòng)注射以及反響注射成型等。塑料的成型加工模壓成型模壓成型也稱壓縮模塑，它是將粉狀、粒狀、碎屑狀或纖維狀的樹(shù)脂原料放入加熱的陰模模槽中，合上陽(yáng)模后加熱使其熔化，并在壓力作用下使物料充滿

16、模腔，形成與模腔形狀一樣的模制品，再經(jīng)加熱(使其進(jìn)一步發(fā)生交聯(lián)反響而固化)或冷卻(對(duì)熱塑性塑料應(yīng)冷卻使其硬化)，脫模后即得制品。壓縮模塑主要用于熱固性塑料制品的消費(fèi)，對(duì)于熱塑性塑料由于模壓時(shí)模具需要交替地加熱與冷卻，消費(fèi)周期長(zhǎng)，一般不用，只有在模壓較大平面的塑料制品時(shí)才采用。塑料的成型加工 熱固性塑料模壓制品的完好工藝過(guò)程，通常由物料準(zhǔn)備、成型和制品后處理三個(gè)階段組成。物料準(zhǔn)備 成型前物料的準(zhǔn)備主要是對(duì)物料進(jìn)展預(yù)壓和預(yù)熱。成型 成型是熱固性塑料模壓制品消費(fèi)的關(guān)鍵階段，模壓制品的質(zhì)量和消費(fèi)效率在很大程度上與這一階段工藝控制是否得當(dāng)有關(guān)。制品后處理為改善熱固性塑料模壓制品的外觀和內(nèi)在質(zhì)量，或?yàn)閺浹a(bǔ)

17、成型之缺乏，常需在成型后對(duì)模壓制品進(jìn)展后處理，消費(fèi)中常見(jiàn)的后處理是涂漆烘烤與熱處理。塑料的成型加工中空吹塑成型中空吹塑成型是把熔融狀態(tài)的塑料管坯置于模具內(nèi)，利用壓縮空氣吹脹、冷卻制得具有一定形狀的中空制品的方法。主要用于PE、PVC、PP、PS、PET、PC等。中空吹塑成型可細(xì)分為三種：擠出吹塑、注射吹塑、拉伸吹塑。盡管方法不同，但原理是一樣的，都是利用聚合物在粘流態(tài)下具有可塑性的特性，在冷卻硬化前，用壓縮空氣的壓力使熔融管坯發(fā)生形變，貼在模具內(nèi)壁，再經(jīng)冷卻硬化，得到與模腔形狀一樣的制品。熔融管坯吹脹過(guò)程，對(duì)制品具有雙向拉伸的作用，因此中空制品具有較好的韌性和抗擠壓性。塑料的成型加工熱成型熱成

18、型是將塑料片材或板材加熱至軟化，再在外力(氣體、液體壓力或機(jī)械壓力)作用下使之緊貼模具的型面，最后冷卻脫模，得到形狀與模具型腔一樣的制品的成型方法。熱成型因所用原材料是已經(jīng)過(guò)成型的塑料片材或板材，故屬于二次加工。熱成型的特點(diǎn)是適應(yīng)性強(qiáng)、設(shè)備投資少、模具制造簡(jiǎn)便，因此應(yīng)用廣泛。缺點(diǎn)是要使用片材，制品需要的后加工工序較多。熱成型法要求板、片材在加工條件下具有較好的延展性。橡膠制品的成型加工橡膠制品的成型加工是指以生膠及其配合劑為原料，經(jīng)過(guò)一系列化學(xué)與物理作用制成橡膠制品的過(guò)程。主要包括生膠的塑煉、塑煉膠與各種配合劑的混煉及成型、膠料的硫化等幾個(gè)加工工序。橡膠制品的成型加工作為橡膠制品的原材料主要是

19、：生膠、補(bǔ)強(qiáng)劑、硫化劑、防老劑等各類添加劑和骨架材料。生膠通常是指市售的固體橡膠，它是制造橡膠制品的最根本原料，也稱為原料橡膠，包括天然橡膠、合成橡膠和再生橡膠。這些配合劑主要包括：硫化劑、硫化促進(jìn)劑、防老劑、防焦劑、軟化劑、補(bǔ)強(qiáng)劑及填充劑。此外，添加一些骨架和增強(qiáng)材料，如纖維、織物和金屬材料。橡膠制品的成型加工生膠的預(yù)處理作為原料的生膠及各類添加劑在成型加工為所需要求的各種橡膠制品之前，必須進(jìn)展預(yù)處理，主要是生膠的塑煉和膠料的混煉 。由于橡膠具有高彈性，這種性能使得加工成型難以進(jìn)展，為此，需把生膠經(jīng)過(guò)機(jī)械加工、熱、氧作用或參加某些化學(xué)助劑，使生膠的分子量降低，由高彈性狀態(tài)轉(zhuǎn)為可塑性狀態(tài)，這一

20、工藝過(guò)程稱為塑煉。生膠塑煉的目的在于獲得可塑性，以滿足各個(gè)加工過(guò)程的要求。橡膠制品的成型加工 按塑煉所使用的設(shè)備類型，塑煉可分為三種工藝方法。開(kāi)煉機(jī)塑煉密煉機(jī)塑煉螺桿機(jī)塑煉橡膠制品的成型加工為了進(jìn)步橡膠制品使用性能，改進(jìn)橡膠加工性能和降低本錢，要在生膠中參加各種配合劑。欲使各種配合劑完全均勻地分散于生膠中頗為不易，必須借助于強(qiáng)烈的機(jī)械作用迫使配合劑分散。將各種配合劑混入生膠中，制成質(zhì)量均勻的混煉膠的工藝過(guò)程稱為混煉。橡膠制品的成型加工 混煉分間隙式和連續(xù)式兩種方法，開(kāi)煉機(jī)和密煉機(jī)均屬于間隙式混煉。開(kāi)煉機(jī)混煉 生膠(塑煉膠、并用膠等)固體軟化劑促進(jìn)劑、活性劑、防老劑補(bǔ)強(qiáng)、填充劑液體熟化劑硫磺超促進(jìn)劑。密煉機(jī)混煉連續(xù)混煉機(jī)混煉橡膠制品的成型加工橡膠的壓延借助于壓延機(jī)輥筒的作用把混煉膠壓成一定厚度的膠片，完成膠料貼合，以及與骨架材料(紡織物)通過(guò)貼膠、擦膠制成片狀半成品的工藝過(guò)程叫壓延。壓延過(guò)程