高分子材料加工工艺1.pdf
高分子材料加工工艺高分子材料加工工艺Polymer Processing Engineering青岛科技大学材料科学与工程学院材料物理教研室青岛科技大学材料科学与工程学院材料物理教研室2课 程 简 介课程名称：课 程 简 介课程名称：Polymer Processing Engineering学 时：课堂授课学 时：课堂授课48学时。授课专业：材料物理学时。授课专业：材料物理&材料化学授课安排：材料化学授课安排：116 周具体时间及地点：周具体时间及地点：3教材教材1、高分子材料成型加工高分子材料成型加工，周达飞，唐颂超主编，中国轻工业出版社，周达飞，唐颂超主编，中国轻工业出版社，2005年第年第2版。版。2、橡胶及塑料加工工艺，张海，赵素合主编，化学工业出版社，、橡胶及塑料加工工艺，张海，赵素合主编，化学工业出版社，1997年第年第1版。版。3、高分子材料成型教工原理，王贵恒主编，化学工业出版社，、高分子材料成型教工原理，王贵恒主编，化学工业出版社，2010年第年第1版。版。4选用的教材封面选用的教材封面5高分子材料加工工艺第一章 绪论高分子材料加工工艺第一章 绪论6引言引言 2W 1H 1R1高分子材料成型加工高分子材料成型加工2高分子材料的工程特征高分子材料的工程特征3高分子材料的加工程序和研究方法高分子材料的加工程序和研究方法4高分子材料工业的历史与未来高分子材料工业的历史与未来5第一章 绪论第一章 绪论7高分子材料成型加工是获取高分子材料制品、体现材料特性和开发新材料的重要手段。以最低的成本、最省的能量消耗、最少地产生废料和环境污染，实现最高的劳动生产率，获得最优质量的高分子材料制品，是人们孜孜以求的目标。高分子材料成型加工是获取高分子材料制品、体现材料特性和开发新材料的重要手段。以最低的成本、最省的能量消耗、最少地产生废料和环境污染，实现最高的劳动生产率，获得最优质量的高分子材料制品，是人们孜孜以求的目标。高分子材料制品的性能受到多方面因素制约：高分子材料制品的性能受到多方面因素制约：高分子材料制品的使用性能主要是由组成此材料的主要成分-高分子化合物决定的，因此，高分子化合物的化学高分子材料制品的使用性能主要是由组成此材料的主要成分-高分子化合物决定的，因此，高分子化合物的化学组成和结构组成和结构(如主链、支链、侧基、端基、结构缺陷、是否交联、相对分子质量及其分布、结晶性能、颗粒形态等等)和聚合方式(如主链、支链、侧基、端基、结构缺陷、是否交联、相对分子质量及其分布、结晶性能、颗粒形态等等)和聚合方式等都将对高分子材料的内在性质产生影响。等都将对高分子材料的内在性质产生影响。8作为次要成分的各种添加剂及其配比，以及组成尚分子材料各组分的混合程度都将对加工性能和使用性能产生不可忽略的影响。成型加工工艺、工艺条件及其控制、成型加工设备都将对高分子材料的混合程度、取向程度、流变性能、结晶性能等产生影响，进而影响高分子材料的使用性能和应用。团此，成型加工工艺和成型加工设备的选择亦很重要。高分子材料制品的性能还受到测试方法和测试条件、使用环境的影响。高分子材料制品的成本作为次要成分的各种添加剂及其配比，以及组成尚分子材料各组分的混合程度都将对加工性能和使用性能产生不可忽略的影响。成型加工工艺、工艺条件及其控制、成型加工设备都将对高分子材料的混合程度、取向程度、流变性能、结晶性能等产生影响，进而影响高分子材料的使用性能和应用。团此，成型加工工艺和成型加工设备的选择亦很重要。高分子材料制品的性能还受到测试方法和测试条件、使用环境的影响。高分子材料制品的成本(经济性经济性)及其对环境的影响也是人们关注的问题。高分子材料成型加工的研究必须从大工程的观点来考虑。高分子材料专业范围已经拓宽，涉及塑料、橡胶、化学纤维等，新的教材从这一大概念出发，有别于以往着重单一材料成型加工的课程内容。及其对环境的影响也是人们关注的问题。高分子材料成型加工的研究必须从大工程的观点来考虑。高分子材料专业范围已经拓宽，涉及塑料、橡胶、化学纤维等，新的教材从这一大概念出发，有别于以往着重单一材料成型加工的课程内容。91.1 引言引言 2W 1H 1RWhy?为什么要学这门课程为什么要学这门课程What?什么是高分子材料成型加工，包含那些内容什么是高分子材料成型加工，包含那些内容How?-如何学习高分子材料成型加工如何学习高分子材料成型加工Requirement?-授课要求授课要求10Why为什么要学这门课程？为什么要学这门课程？1.从社会需求看从社会需求看目前，高分子制品被广泛应用于各行各业：如：建筑、农牧渔业、电信、家电、汽车、电子、食品包装、日用品、光学产品、医疗等行业。目前，高分子制品被广泛应用于各行各业：如：建筑、农牧渔业、电信、家电、汽车、电子、食品包装、日用品、光学产品、医疗等行业。11Automotive-Continued Application Developmentin an Established MarketAuto Electrical Systems(Polyester,PPS,LCP,POM)Under Body Covers(LFRT,Polyester-HI)Airbag(Polyester-HI)Safety Systems(POM,Polyester,LCP,LFRT)Door Lock Systems(POM,Polyester)Window Winders(POM,Polyester,LFRT)Seating Systems(POM,Polyester,LFRT)Under the Hood Applications(PPS,Polyester,LCP,POM,LFRT)Speaker Grilles(POM)Wiper Systems(POM,Polyester,LFRT)Fuel Systems(POM,PPS)Instrument Panel(LFRT)Frontend(LFRT,Polyester-HI)Door Module(POM,LFRT,Polyester)Battery Tray(LFRT,Polyester-HI)Sun Roof Systems(POM,Polyester,PPS,LFRT)Mirrors(POM,Polyester,LFRT)Power Distribution Box(LFRT,Polyester-HI)Example:VW Golf IV12电器工业电器工业13办公设备办公设备14建筑设施建筑设施儿童玩具儿童玩具15农业农业渔业渔业16包装包装17化学工业化学工业18仪表工业仪表工业体育用品体育用品19日用品日用品20医疗卫生建筑行业医疗卫生建筑行业21救生设施救生设施22神州六号飞船神州六号飞船与与高分子材料高分子材料23航空航天航空航天24252627282930纤维素基碳纤维纤维素基碳纤维?高纯度?低密度?高断裂应变?低热导率?耐烧蚀性洲际导弹关键部位唯一性特种耐烧蚀增强材料导弹弹头防热层导弹弹头防热层3132特种服装特种服装33343536荷兰人荷兰人 Willem J.Kolff,M.D.1943年首次将转鼓式再生纤维素透析器应用于临床，开创了用人工装置替代肾脏功能的新时代。年首次将转鼓式再生纤维素透析器应用于临床，开创了用人工装置替代肾脏功能的新时代。高分子材料在生物领域应用高分子材料在生物领域应用37对人工器官的需求现状对人工器官的需求现状:美国和欧洲每年用于人体自然缺陷和损伤的美国和欧洲每年用于人体自然缺陷和损伤的修复植入材料修复植入材料有有四五百万四五百万件。美国和德国件。美国和德国每百万居民中有超过每百万居民中有超过500 人人的心脏病患者要植入的心脏病患者要植入心脏起搏器心脏起搏器，全球有大约全球有大约60万人未来三年需要更换心脏瓣膜。万人未来三年需要更换心脏瓣膜。美国每年有美国每年有18 万万人植入人植入人工血管人工血管、有、有12 万万人安装人安装人工髋关节人工髋关节、10 万万人注射有机硅人注射有机硅隆胸隆胸美容。世界上每年有美容。世界上每年有100万万病人进行手术时采用体外氧合器。人工脏器的主要问题是材料病人进行手术时采用体外氧合器。人工脏器的主要问题是材料.生物医学高分子材料在人工脏器领域的用途日益扩大。生物医学高分子材料在人工脏器领域的用途日益扩大。38人工膝关节人工膝关节全膝关节置换，人工关节为金属材料，关节面之间为聚乙烯，关节面与骨髓腔之间为全膝关节置换，人工关节为金属材料，关节面之间为聚乙烯，关节面与骨髓腔之间为PMMA。39人工尿道人工尿道人工鼻人工鼻40用于个性化人工器官支架的高分子材料用于个性化人工器官支架的高分子材料生物可吸收性PLGA原料生物可吸收性PLGA骨螺丝成品生物可吸收性PLGA骨板成品生物可吸收性PLGA多孔性基材美国阿特丽克斯公司生产能促进牙龈组织再生的可吸收生物材料（掺有生长激素和疗效药物）4142432.从知识结构的完整性看从知识结构的完整性看44合成/加工性质性质/现象成分/结构使用性能高分子材料科学与工程四要素高分子材料科学与工程四要素高分子材料科学与工程高分子材料科学与工程“关于高分子材料组成、结构、制备工艺与其性能及使用过程间相互关系的知识开发及应用的科学。关于高分子材料组成、结构、制备工艺与其性能及使用过程间相互关系的知识开发及应用的科学。”45高 分 子 化 学高 分 子 化 学有机化学有机化学物理化学物理化学化学工程化学工程.聚合反应工程聚合反应工程高 分 子 物 理高 分 子 物 理小分子化合物小分子化合物高分子化合物高分子化合物制品制品聚合物成型加工聚合物成型加工材料力学流体力学材料力学流体力学.分 子 结 构分 子 结 构形 态 形 状形 态 形 状使用性能使用性能无机化学无机化学分析化学分析化学物 理物 理循环利用循环利用石油天燃气煤其它高分子科学高分子科学高分子工程高分子工程高分子物理及相关学科高分子物理及相关学科46材料科学与工程材料科学与工程材料物理与化学材料物理与化学材料学材料学材料加工工程材料加工工程材料物理材料物理材料化学材料化学无机非金属无机非金属.4748493.从工程能力培养看从工程能力培养看理论与实践紧密结合多学科彼此交叉与渗透知识涵盖面比较宽广理论与实践紧密结合多学科彼此交叉与渗透知识涵盖面比较宽广50What什么是高分子材料成型加工，包含那些内容什么是高分子材料成型加工，包含那些内容51授课内容：绪论 高分子材料学 添加剂 高分子材料的配方设计 高分子材料的混合与设备 压制成型 挤出成型 注射成型 压延成型 其它成型方法授课内容：绪论 高分子材料学 添加剂 高分子材料的配方设计 高分子材料的混合与设备 压制成型 挤出成型 注射成型 压延成型 其它成型方法52How-如何学习高分子材料成型加工课程特点：如何学习高分子材料成型加工课程特点：内容多（多门课程集一体）领域宽（多学科知识基础）实践性强（与生产实际结合紧密）内容多（多门课程集一体）领域宽（多学科知识基础）实践性强（与生产实际结合紧密）教学方法：教学方法：教师讲授与学生自学相结合 理论推导与实际应用相结合 电脑演示与黑板板书相结合（多媒体课件：图片、动画、录象）教师讲授与学生自学相结合 理论推导与实际应用相结合 电脑演示与黑板板书相结合（多媒体课件：图片、动画、录象）53Requirement-授课要求授课要求 课堂纪律 作业要求（按时独立完成）考试要求（严格遵守考场纪律）期末成绩（以闭卷考试为主）课堂纪律 作业要求（按时独立完成）考试要求（严格遵守考场纪律）期末成绩（以闭卷考试为主）541.2 高分子材料成型加工高分子材料成型加工1.2.1 大材料概念大材料概念大材料包括了：金属材料、无机非金属材料、有机高分子材料（通常称为高分子材料）。材料是一个国家科学技术水平、经济发展水平和人民生活水平的重要标志，也是一个时代的重要标志。纵观人类社会，可以毫不夸张地说，人类社会的发展史也是一部材料的发展史，材料与人类的发展和进步息息相关，材料的每一次重大发现及其大量制造和使用，推动着人类社会向更新更高的阶段发展。大材料包括了：金属材料、无机非金属材料、有机高分子材料（通常称为高分子材料）。材料是一个国家科学技术水平、经济发展水平和人民生活水平的重要标志，也是一个时代的重要标志。纵观人类社会，可以毫不夸张地说，人类社会的发展史也是一部材料的发展史，材料与人类的发展和进步息息相关，材料的每一次重大发现及其大量制造和使用，推动着人类社会向更新更高的阶段发展。55几百万年来，人类已经跨越了石器时代，青铜器时代，铁器时代，以水泥、玻璃、塑料、橡胶等为代表的非金属材料时代，几百万年来，人类已经跨越了石器时代，青铜器时代，铁器时代，以水泥、玻璃、塑料、橡胶等为代表的非金属材料时代，2l世纪，将以复合材料和功能材料为特色。新材料的每一次出现，无不推动着人类物质文明和精神文明的新的飞跃。作为材料，必须具备以下特点：世纪，将以复合材料和功能材料为特色。新材料的每一次出现，无不推动着人类物质文明和精神文明的新的飞跃。作为材料，必须具备以下特点：(1)一定的组成；一定的组成；(2)可加工性；可加工性；(3)形状保持性；形状保持性；(4)使用性能；使用性能；(5)经济性；经济性；(6)再生性。再生性。56人类文明发展的三个阶段：黄色文明（农业文明）黑色文明（工业文明）绿色文明（生态生产文明黄色文明（农业文明）黑色文明（工业文明）绿色文明（生态生产文明）57高分子材料是一类古老而年轻的材料。古老，指的是使用方面，从远古时期开始，人类就已经学会使用天然高分子材料，如存在于自然界的树脂、橡胶、皮毛、蚕丝、棉花、纤维素、木材等等；年轻，指的是从科学和工程的意义上研究高分子材料，在半合成和合成高分子材料出现之后，还不过一个半世纪。高分子材料在大材料中的地位：（高分子材料是一类古老而年轻的材料。古老，指的是使用方面，从远古时期开始，人类就已经学会使用天然高分子材料，如存在于自然界的树脂、橡胶、皮毛、蚕丝、棉花、纤维素、木材等等；年轻，指的是从科学和工程的意义上研究高分子材料，在半合成和合成高分子材料出现之后，还不过一个半世纪。高分子材料在大材料中的地位：（1）年轻学科，有生命力；（）年轻学科，有生命力；（2）最有发展前途；（）最有发展前途；（3）应用广泛。）应用广泛。58高分子材料学科在化学工业学科中的位置：高分子材料学科在化学工业学科中的位置：59601.2.2 高分子成型加工定义高分子成型加工定义高分子材料（高分子化合物高分子材料（高分子化合物+添加剂），通过成型加工工艺，得到具有实用性的材料或制品。这一过程的工程技术，称为高分子成型加工。（添加剂），通过成型加工工艺，得到具有实用性的材料或制品。这一过程的工程技术，称为高分子成型加工。（1）如何实现（）如何实现（2）方法不同，产品性能不同（）方法不同，产品性能不同（3）材料不同，方法不同（）材料不同，方法不同（4）方法不同，设备不同）方法不同，设备不同611.2.3 高分子材料的分类高分子材料的分类高分子材料通常指塑料、橡胶、化学纤维、涂料、粘合剂等。本课程着重讨论塑料和橡胶制品，兼及化学纤维。它们是分子很大、相对分子质量很高且具有多分散性的高分子化合物。由于天然高分子化合物生产周期较长、产量有限，目前主要以人工合成为主。塑料和橡胶制品的差别主要在于它们的玻璃化温度，前者的玻璃化温度高于室温，在室温下通常处于玻璃态，呈现塑性（高分子材料通常指塑料、橡胶、化学纤维、涂料、粘合剂等。本课程着重讨论塑料和橡胶制品，兼及化学纤维。它们是分子很大、相对分子质量很高且具有多分散性的高分子化合物。由于天然高分子化合物生产周期较长、产量有限，目前主要以人工合成为主。塑料和橡胶制品的差别主要在于它们的玻璃化温度，前者的玻璃化温度高于室温，在室温下通常处于玻璃态，呈现塑性（仅限于非晶态高分子仅限于非晶态高分子）；后者的玻璃化温度低于室温，在室温下通常处于高弹态，呈现弹性。）；后者的玻璃化温度低于室温，在室温下通常处于高弹态，呈现弹性。62按用途和性能分，又可将塑料分为通用塑料和工程塑料。按用途和性能分，又可将塑料分为通用塑料和工程塑料。工程塑料工程塑料是指拉伸强度大于是指拉伸强度大于50MPa，冲击强度大于，冲击强度大于6kJ/m2，长期耐热温度超过，长期耐热温度超过100的、刚性好、蠕变小、自润滑、电绝缘、耐腐蚀性优良等的、可替代金属用作结构件的塑料。这种分类并不十分严格，随着通用塑料工程化的、刚性好、蠕变小、自润滑、电绝缘、耐腐蚀性优良等的、可替代金属用作结构件的塑料。这种分类并不十分严格，随着通用塑料工程化(亦称优质化亦称优质化)技术的进展，通过改性或合金化的通用塑料，已可在某些应用领域替代工程塑料。技术的进展，通过改性或合金化的通用塑料，已可在某些应用领域替代工程塑料。63橡胶是室温下具有粘弹性的高分子化合物，在适当配合剂存在下，在一定温度和压力下硫化橡胶是室温下具有粘弹性的高分子化合物，在适当配合剂存在下，在一定温度和压力下硫化(适度交联适度交联)而制得的弹性体材料而制得的弹性体材料(橡胶制品橡胶制品)。按用途和性能，可将橡胶分为通用橡胶和特种橡胶。按用途和性能，可将橡胶分为通用橡胶和特种橡胶。通用橡胶通用橡胶：是指性能与天然橡胶相近，物理性能和加工性能较好，可广泛用作轮胎和其他一般橡胶制品的橡胶。：是指性能与天然橡胶相近，物理性能和加工性能较好，可广泛用作轮胎和其他一般橡胶制品的橡胶。特种橡胶：特种橡胶：指具有特殊性能，可满足耐热、耐寒、耐油、耐溶剂、耐化学腐蚀、耐辐射等待殊使用要求的橡胶制品的橡胶。指具有特殊性能，可满足耐热、耐寒、耐油、耐溶剂、耐化学腐蚀、耐辐射等待殊使用要求的橡胶制品的橡胶。热塑性弹性体热塑性弹性体的分子结构中一部分或全部由具有橡胶弹性的链段所组成，大分子链之间存在化学或物理交联而成的网状结构，起补强作用，常温下显示橡胶的弹性。而高温下，受热的作用这种网状结构消失，呈现塑性，可按热塑性塑料的成型方法塑化成型。冷却下这种网状结构又复原。的分子结构中一部分或全部由具有橡胶弹性的链段所组成，大分子链之间存在化学或物理交联而成的网状结构，起补强作用，常温下显示橡胶的弹性。而高温下，受热的作用这种网状结构消失，呈现塑性，可按热塑性塑料的成型方法塑化成型。冷却下这种网状结构又复原。64由于热塑性弹性体具有塑料和橡胶的加工性相使用性，极具特点，在很多场合取代了橡胶的应用。其主要品种有苯乙烯由于热塑性弹性体具有塑料和橡胶的加工性相使用性，极具特点，在很多场合取代了橡胶的应用。其主要品种有苯乙烯-丁二烯丁二烯-苯乙烯（苯乙烯（SBS）、苯乙烯）、苯乙烯-异戊二烯异戊二烯-苯乙烯（苯乙烯（SIS）、氢化）、氢化SBS（SEBS）等的苯乙烯嵌段共聚物，聚烯烃共混物、热塑弹性体、弹性体合金，热塑性聚氨酯，热塑性共聚酯和热塑性聚酰胺弹性体等。）等的苯乙烯嵌段共聚物，聚烯烃共混物、热塑弹性体、弹性体合金，热塑性聚氨酯，热塑性共聚酯和热塑性聚酰胺弹性体等。化学纤维化学纤维是人造纤维和合成纤维的总称，用以替代天然纤维制造各种织物。人造纤维由纤维素和蛋白质等改性而成，如粘胶纤维、铜氨纤维、醋酸纤维、蛋白质纤维等；合成纤维由合成高分子化古物经纺丝而成，常见的有聚对苯二甲酸乙二醇酯纤维是人造纤维和合成纤维的总称，用以替代天然纤维制造各种织物。人造纤维由纤维素和蛋白质等改性而成，如粘胶纤维、铜氨纤维、醋酸纤维、蛋白质纤维等；合成纤维由合成高分子化古物经纺丝而成，常见的有聚对苯二甲酸乙二醇酯纤维(涤纶涤纶)、聚酰胺纤维、聚酰胺纤维(锦纶，亦称尼龙锦纶，亦称尼龙)、聚乙烯醇醛甲醛纤维、聚乙烯醇醛甲醛纤维(维纶维纶)、聚丙烯腈纤维、聚丙烯腈纤维(腈纶腈纶)、65聚乙烯纤维、聚丙烯纤维聚乙烯纤维、聚丙烯纤维(丙纶丙纶)、聚氯乙烯纤维、聚氯乙烯纤维(氯纶氯纶)、聚氨酯弹性体纤维、聚氨酯弹性体纤维(氨纶氨纶)、芳香族聚酰胺纤维、芳香族聚酰胺纤维(Kevlar)等。随着对使用性能要求的提高、应用领域的拓展以及加工性能的要求，高分子合金等。随着对使用性能要求的提高、应用领域的拓展以及加工性能的要求，高分子合金(亦称塑料合金亦称塑料合金)的使用越来越广泛。高分子合金是由塑料与橡胶、塑料与塑料经物理共混合接枝、嵌段共聚或互穿聚合物网络等化学方法制成的宏观上均相、微观上分相的一类材料的总称。的使用越来越广泛。高分子合金是由塑料与橡胶、塑料与塑料经物理共混合接枝、嵌段共聚或互穿聚合物网络等化学方法制成的宏观上均相、微观上分相的一类材料的总称。区分三个概念：区分三个概念：聚合物（树脂、生胶）高分子材料（塑料、胶料）高分子材料制品（塑料制品、橡胶制品）聚合物（树脂、生胶）高分子材料（塑料、胶料）高分子材料制品（塑料制品、橡胶制品）66高分子材料的五个条件：高分子材料的五个条件：（1）以聚合物为主体：主要视材料的性质如何；例如：钙塑材料（）以聚合物为主体：主要视材料的性质如何；例如：钙塑材料（PP 20%，CaCO380%）（）（2）属多相复合体系：两组分以上，宏观均相，亚微观分相；（）属多相复合体系：两组分以上，宏观均相，亚微观分相；（3）具有可加工性：例如，）具有可加工性：例如，PS，PVC；（；（4）良好的使用性能和适当的寿命；（）良好的使用性能和适当的寿命；（5）具有工业化生产规模：聚合物成千上万，）具有工业化生产规模：聚合物成千上万，400-500种可做材料，但工业化规模的不多。种可做材料，但工业化规模的不多。67高分子材料有以下特性高分子材料有以下特性(以塑料为例以塑料为例)：(1)质轻。通常密度在质轻。通常密度在900-2300kg/m3之间。当制成泡沫塑料时，其密度更低，在之间。当制成泡沫塑料时，其密度更低，在10-50kg/m3之间。之间。(2)拉仲强度和拉伸模量较低，韧性较优良。而塑料，尤其是纤维增强的比强度（强度与密度之比）接近或超过金属材料。拉仲强度和拉伸模量较低，韧性较优良。而塑料，尤其是纤维增强的比强度（强度与密度之比）接近或超过金属材料。(3)传热系数小传热系数小(约为金属的约为金属的1/100-1/1000)，可用作优良的绝热材料。泡沫塑料的绝热性能更为优良，被广泛用于冷藏、建筑、节能及其他绝热工程上。，可用作优良的绝热材料。泡沫塑料的绝热性能更为优良，被广泛用于冷藏、建筑、节能及其他绝热工程上。(4)电气绝缘性优良。体积电阻率在电气绝缘性优良。体积电阻率在1013 1018cm ，介电常数一般小于，介电常数一般小于2，介电损耗小于，介电损耗小于l0-4，常用作电气绝缘材料。缺点是易产生并积累静电。，常用作电气绝缘材料。缺点是易产生并积累静电。68(5)成型加工性优良。适应各种成型方法，多数情况下可以一次成型，毋须经过车、铣、刨等加工工序。必要时也可进行二次加工，但难于制得高精度的制品，且成型条件对制品物理性能的影响较大。成型加工性优良。适应各种成型方法，多数情况下可以一次成型，毋须经过车、铣、刨等加工工序。必要时也可进行二次加工，但难于制得高精度的制品，且成型条件对制品物理性能的影响较大。(6)减震、消音性能良好。可作减震、消音材料。减震、消音性能良好。可作减震、消音材料。(7)某些塑料具有优良的减磨、耐磨和自润滑性能。但由于其导热性较差、线膨胀系数大，采取有效的散热措施，防止摩擦过程中热量积聚十分必要。某些塑料具有优良的减磨、耐磨和自润滑性能。但由于其导热性较差、线膨胀系数大，采取有效的散热措施，防止摩擦过程中热量积聚十分必要。(8)耐腐蚀性能优良。有较好的化学稳定性，对酸、碱、盐溶液、蒸汽、水、有机溶剂等的稳定性能也较好耐腐蚀性能优良。有较好的化学稳定性，对酸、碱、盐溶液、蒸汽、水、有机溶剂等的稳定性能也较好(因品种而异因品种而异)，优于金属材料。，优于金属材料。(9)透光性良好可作透明或半透明材料。透光性良好可作透明或半透明材料。69(10)着色性良好。可制成色彩鲜艳的制品。着色性良好。可制成色彩鲜艳的制品。(11)可赋予各种特殊的功能如透气性、难燃性、粘结性、离子交换性、生物降解性以及光、热、电、磁等各种特殊性能。可赋予各种特殊的功能如透气性、难燃性、粘结性、离子交换性、生物降解性以及光、热、电、磁等各种特殊性能。(12)使用过程中易产生蠕变、疲劳、冷流、结晶等现象，长期使用性能较差。使用过程中易产生蠕变、疲劳、冷流、结晶等现象，长期使用性能较差。(13)热膨胀系数大。一般为热膨胀系数大。一般为10-4/K；而金属和玻璃、陶瓷分别为；而金属和玻璃、陶瓷分别为10-4/K和和10-6/K。当与金属、陶瓷等复合时，必须充分考成两者热膨胀系数的差异。当与金属、陶瓷等复合时，必须充分考成两者热膨胀系数的差异。(14)耐热性（熔点、玻璃化转变温度）较低，使用温度不高。耐热性（熔点、玻璃化转变温度）较低，使用温度不高。(15)易燃烧。燃烧时会产生大量黑烟和有毒气体易燃烧。燃烧时会产生大量黑烟和有毒气体。70最近几十年来，塑料工业取得了飞速的发展，从最近几十年来，塑料工业取得了飞速的发展，从1950年到年到1990年年40年间钢铁工业增长了年间钢铁工业增长了3倍，而塑料工业却增长了近倍，而塑料工业却增长了近60倍。至倍。至90年代初，塑料产量已超过了年代初，塑料产量已超过了1亿吨，以体积计算的产量已超过钢铁。之所以如此，主要原因有四个：亿吨，以体积计算的产量已超过钢铁。之所以如此，主要原因有四个：(1)具有可以作为结构材料使用的物性，可替代金属材料和其他材料。而且使用过程中节能显著，如塑钢门窗，在相同的条件下可比铝台金门窗节能具有可以作为结构材料使用的物性，可替代金属材料和其他材料。而且使用过程中节能显著，如塑钢门窗，在相同的条件下可比铝台金门窗节能30。(2)优良的成型加工性。塑料一般在优良的成型加工性。塑料一般在150 300之间即可成型，如以塑料能耗为之间即可成型，如以塑料能耗为1的话，则玻璃为的话，则玻璃为2.6，钢为，钢为4.5，铝要高达，铝要高达24。(3)可赋子各种特殊的功能性；可赋子各种特殊的功能性；(4)制造成本、价格急剧下降。制造成本、价格急剧下降。711.2.4 高分子材料的制造高分子材料的制造高分子材料的主要原材料来自石油、煤、天然气、矿物和农副产品等。高分子材料的生产由高分子化合物的制造和成型加工两大部分组成。高分子化合物的制造：获取高分子化合物的方法大致可分为三种。聚合反应利用高分子反应复合化高分子材料的主要原材料来自石油、煤、天然气、矿物和农副产品等。高分子材料的生产由高分子化合物的制造和成型加工两大部分组成。高分子化合物的制造：获取高分子化合物的方法大致可分为三种。聚合反应利用高分子反应复合化72a)聚合反应。聚合反应。利用聚合反应是制造高分子化古物的主要手段。迄今为止，聚合技术已进入成熟期，今后主要的任务是催化剂的改进利用聚合反应是制造高分子化古物的主要手段。迄今为止，聚合技术已进入成熟期，今后主要的任务是催化剂的改进(如茂金属催化剂等如茂金属催化剂等)和更节约成本的聚合方法和更节约成本的聚合方法(如本体聚合、气相聚合等如本体聚合、气相聚合等)的进一步推广。的进一步推广。b)高分子反应高分子反应。利用高分子化合物的化学反应性使之改性亦是一种获取预期性能高分子化合物的方法，今后的工作是功能性高分子的开发。利用高分子化合物的化学反应性使之改性亦是一种获取预期性能高分子化合物的方法，今后的工作是功能性高分子的开发。c)复合化。复合化。复合化是制造高分子化合物的又一种方法。近年来有了显著的发展，特别是采用接枝反应、相容剂等制备的高分子合金，可以获得均聚物无法具备的性能，并能赋予功能性；高分子化合物复合化是制造高分子化合物的又一种方法。近年来有了显著的发展，特别是采用接枝反应、相容剂等制备的高分子合金，可以获得均聚物无法具备的性能，并能赋予功能性；高分子化合物/无机物填充中偶联剂的使用改善了两组分间界面的亲和能力，提高了材料的力学性能。无机物填充中偶联剂的使用改善了两组分间界面的亲和能力，提高了材料的力学性能。73高分子反应及复合化正处于成长期，对于后者，如何使填充剂聚集体分散成初级粒子，并均匀分散在聚合物中是一个重要的课题。而超细颗粒的填充将有可能带来材料性能突破性的发现，引发材料革命，其关键是分散问题。高分子反应及复合化正处于成长期，对于后者，如何使填充剂聚集体分散成初级粒子，并均匀分散在聚合物中是一个重要的课题。而超细颗粒的填充将有可能带来材料性能突破性的发现，引发材料革命，其关键是分散问题。成型加工：成型加工：通常是使固体状态通常是使固体状态(粉状或粒状粉状或粒状)、糊状或溶液状态的高分子化合物熔融或变形，经过模县形成所需的形状，并保持其已经取得的形状，最终得到制品的工艺过程。、糊状或溶液状态的高分子化合物熔融或变形，经过模县形成所需的形状，并保持其已经取得的形状，最终得到制品的工艺过程。74对一个特定的高分子化合物来说，其成型加工性能是极为重要的特性。高分子化合物在成型加上过程中所表现出来的性质和行为主要是由其本身决定的。对一个特定的高分子化合物来说，其成型加工性能是极为重要的特性。高分子化合物在成型加上过程中所表现出来的性质和行为主要是由其本身决定的。成型加工性能成型加工性能是指可挤压性，可模塑性、可延展性和可纺性等。聚合物成型过程中将发生物理和化学的变化，从而引起形状、结构和性质等多方面的变化。是指可挤压性，可模塑性、可延展性和可纺性等。聚合物成型过程中将发生物理和化学的变化，从而引起形状、结构和性质等多方面的变化。形状的变化形状的变化主要是指粒状、粉状或溶液状的物料经成型加工过程而制成各种型材和制品；主要是指粒状、粉状或溶液状的物料经成型加工过程而制成各种型材和制品；结构的变化结构的变化指组成指组成(配方配方)、材料宏观与微观结构的变化；、材料宏观与微观结构的变化；性质的变化性质的变化涉及物理机械件能、热性能、电性能、耐腐蚀性能、耐候性等。涉及物理机械件能、热性能、电性能、耐腐蚀性能、耐候性等。751.3 高分子材料的工程特征高分子材料的工程特征76771.3.1 高分子的状态变化与成型加工的关系高分子的状态变化与成型加工的关系三种物理状态：玻璃态：三种物理状态：玻璃态：Tf(Tm)在在Tg以下，高分子材料处于普弹性状态以下，高分子材料处于普弹性状态(亦称玻璃态亦称玻璃态)，为坚硬的固体。受外力作用形变，为坚硬的固体。受外力作用形变(普弹形变普弹形变)很小，一旦外力消失，形变可以立即恢复。在很小，一旦外力消失，形变可以立即恢复。在Tg以上，高分子材料处于高弹态以上，高分子材料处于高弹态(亦称橡胶态亦称橡胶态)，与普弹态相比，只要较小的外力就可使其发生较大的形变，与普弹态相比，只要较小的外力就可使其发生较大的形变(高弹形变高弹形变)。但这种形变是可逆的。但这种形变是可逆的。78当达到当达到Tf(Tm)时，高分子材料处于粘流态时，高分子材料处于粘流态(亦称流动态亦称流动态)，此时，只要不太大的外力就可使其发生形变，而且这种形变是不可逆的，外力除去后，仍将继续保持，无法自发恢复。达到，此时，只要不太大的外力就可使其发生形变，而且这种形变是不可逆的，外力除去后，仍将继续保持，无法自发恢复。达到Td，则高分子材料开始分解。，则高分子材料开始分解。综上所述：综上所述：在在Tg以下，对高分子材料不能进行形变较大的成型加工，只能进行机械加工，如车、铣、削、刨等。以下，对高分子材料不能进行形变较大的成型加工，只能进行机械加工，如车、铣、削、刨等。Tg(对无定形聚合物对无定形聚合物)或或Tm(对结晶聚合物对结晶聚合物)是选择和合理使用塑料的重要温度参数，亦是大多数塑料成型的最低温度。是选择和合理使用塑料的重要温度参数，亦是大多数塑料成型的最低温度。79高分子材料热高分子材料热-机械特征及成型加工的关系高分子化合物的成型加工是通过各种成型加工机械实现的。事实上，成型加工工艺包括成型和加工两个组成部分，而加工又包括机械加工、修饰和装配三个步骤。在各种塑料成型方法中多数采用机械特征及成型加工的关系高分子化合物的成型加工是通过各种成型加工机械实现的。事实上，成型加工工艺包括成型和加工两个组成部分，而加工又包括机械加工、修饰和装配三个步骤。在各种塑料成型方法中多数采用挤出成型挤出成型和和注射成型注射成型，前者约占，前者约占40%；后者约为；后者约为30%。80811.3.2 成型加工方法和实质成型加工方法和实质高分子材料成型加工是一个复杂的物理高分子材料成型加工是一个复杂的物理-化学变化过程，其中，流动性是必要条件。加工技术从形变出发：（化学变化过程，其中，流动性是必要条件。加工技术从形变出发：（1）高分子熔体）高分子熔体塑性形变：塑性形变：Tf(m)Td,多用于一次成型（多用于一次成型（2）高分子类橡胶态）高分子类橡胶态弹性形变（残余形变）：弹性形变（残余形变）：Tg Tf，多用于二次成型（，多用于二次成型（3）高分子溶液态：用于浸渍、湿法或干法纺丝（）高分子溶液态：用于浸渍、湿法或干法纺丝（4）高分子分散体（悬浮体、溶液、乳胶）：搪塑（）高分子分散体（悬浮体、溶液、乳胶）：搪塑（5）高分子单体或预聚体直接成型）高分子单体或预聚体直接成型化学加工：浇注（化学加工：浇注（6）高分子机械加工）高分子机械加工-后处理后处理82成型加工中发生的物理-化学变化:成型加工中发生的物理-化学变化:831.3.3 制品的性能制品的性能外观性质材料内在性质制品性能 使用性质外观性质材料内在性质制品性能 使用性质=+耐久性质加工中产生的附加性质耐久性质加工中产生的附加性质内在性质：内在性质：通过选择合适材料，容易解决通过选择合适材料，容易解决附加性质：附加性质：加工中使材料发生实质性变化（对制品性能的影响极为重要）加工中使材料发生实质性变化（对制品性能的影响极为重要）84附加性能对制品性能影响：附加性能对制品性能影响：（1）形状上的变化：使用上的要求（）形状上的变化：使用上的要求（2）结构上的变化：分子结构上的变化：交联、硫化聚集态结构上的变化：微观结晶、取向等（）结构上的变化：分子结构上的变化：交联、硫化聚集态结构上的变化：微观结晶、取向等（3）性质上的变化：反映出制品宏观性能改变如：结晶使刚性提高；取向后出现各向异性，交联提高了弹性和强度。）性质上的变化：反映出制品宏观性能改变如：结晶使刚性提高；取向后出现各向异性，交联提高了弹性和强度。物理变化：物理变化：软化、熔化、溶解、冷却固化、溶剂挥发盐析、结晶、取向（拉伸强度提高）软化、熔化、溶解、冷却固化、溶剂挥发盐析、结晶、取向（拉伸强度提高）化学变化：化学变化：接枝、嵌段、分解、降解、炭化、聚合、交联接枝、嵌段、分解、降解、炭化、聚合、交联851.4 高分子材料的加工程序和研究方法高分子材料的加工程序和研究方法868788891.5 高分子材料工业的历史与未来高分子材料工业的历史与未来从第一个人工半合成的高分子化合物出现算起，高分子材料工业已经经历展，人们习惯将其大致分为三个阶段。从第一个人工半合成的高分子化合物出现算起，高分子材料工业已经经历展，人们习惯将其大致分为三个阶段。1.高分子材料工业的初创时期高分子材料工业的初创时期将高分子材料作为材料来认识是人类认识上的一个飞跃。将高分子材料作为材料来认识是人类认识上的一个飞跃。1826年，年，MFaraday发现天然橡胶的组成是发现天然橡胶的组成是C5H8；1839年，年，E.Simon 成功实现了苯乙烯的聚合；成功实现了苯乙烯的聚合；1839年年,C.Goodyear发现了橡胶的硫化。第一个半合成的高分子材料出现于发现了橡胶的硫化。第一个半合成的高分子材料出现于1869年，年，Hyatt发明了硝酸纤维素用樟脑增塑后的赛路珞，然后实现各种成型制品的工业化，标志着热塑性塑料时代的到来。发明了硝酸纤维素用樟脑增塑后的赛路珞，然后实现各种成型制品的工业化，标志着热塑性塑料时代的到来。1907年间的酚醛树脂是第一个合成的高分子材料，预示
