湖大材料工程基础课件第九章高分子成型.ppt

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1、第九章高分子材料成型高分子材料属于材料的一大类别，具有品种多样，性能各具特色、适应性广等特点。与金属材料和无机非金属材料相比，高分子材料成形工艺简单，材料损耗少，能耗低，生产效率高，并且可以方便地通过切削加工、焊接、胶接等方法进行二次加工。本章主要介绍塑料、橡胶以及塑料基复合材料成形的基本原理和技术。本章内容1高分子材料成形的基本原理2高分子材料的成形方法及设备3高分子材料制品的结构工艺性4高分子材料成形新技术5复合材料成形6工程实例—汽车轮胎的制造1高分子材料成形的基本原理高分子材料又称聚合物（polymers）。与金属材料及无机非金属材料相比，高分子材料呈现出良好的可塑性，因此，高分

2、子材料的成形技术和方法较多，这也是高分子材料能够广泛应用的重要原因。在不同的温度条件下，聚合物在外力作用下，表现出不同的形变特性。根据聚合物所表现的力学性质，可以将聚合物的力学状态划分为三种：玻璃态、高弹态和粘流态，如图5-1所示。1．聚合物的力学状态与流变行为（1）玻璃态（glassy）在玻璃化温度Tg以下的聚合物处于玻璃态，为坚硬固体。此时，聚合物主价键和次价键所形成的内聚力，使材料具有相当大的力学强度。在外力作用下，玻璃态聚合物具有一定变形能力，形变具有可塑性。由于弹性模量大，形变量小，如图5-2（a）所示。（2）高弹态（elastic）当温度在Tg~Tf范围时，大分子链可获得足够

3、的热运动能量，此时聚合物的弹性模量迅速降低，变形能力显著增强，变形可逆。当受到外力作用时，处于卷曲状态的大分子链舒展拉直，当外力去除后又可以恢复到卷曲状态，如图5-2（b）所示。（3）粘流态（viscous）当温度在Tf以上时，能量增大到可以使整个分子链开始运动，分子间的结合力大为减弱。通常又将这种状态的聚合物称为熔体，如图5-2（c）所示。2.高分子材料成形性能可模塑性可挤压性可挤压性可纺性可模塑性可模塑性(mouldability)是指材料在温度和压力作用下变形和在模具中成形的能力。具有可模塑性的材料可以通过注塑、模压和挤出等成形方法制成各种形状的模塑制品。图5-4是测定聚合物可模塑

4、性的实验模具。模具是一个阿基米德螺旋形槽，螺线的长度反映了不同种类或不同级别聚合物流动性的差异。可挤压性可挤压性指聚合物通过挤压作用变形时获得形状和保持现状的能力。通常条件下，聚合物在固体状态下不能通过挤压而成形，只有当聚合物处于粘流时才能通过挤压获得有用的变形。材料的挤压性能与聚合物的流变性、熔融指数和流动速率密切相关。可延性可延性表示无定形或半结晶聚合物在一个方向或两个方向受到压延或拉伸时变形的能力。利用聚合物的可延性，可以通过压延或拉伸工艺生产薄膜、片材和纤维。可纺性可纺性指聚合物通过成形过程形成连续固态纤维的能力。可纺性主要取决于材料的流变性质、熔体粘度、熔体强度以及熔体的热稳定

5、性和化学稳定性等。作为纺丝材料，要求熔体从喷丝板毛细孔流出后能形成稳定的细流，还要求聚合物有较高的熔体强度，以防止细流断裂。3.聚合物在成形过程中的粘弹行为(viscoelasticity)聚合物在成形过程中通常是从固体变为液体，再从液体变为固体，表现出弹性和粘性。聚合物的形变是粘弹性的。变形主要有高弹变形和粘性变形所组成。从变形性质来看包括可逆变形和不可逆变形两种成分。当成形温度高于Tf时，聚合物处于粘流态。当成形温度低于Tf时，聚合物处于高弹态。在Tg~Tf范围内，聚合物主要表现为弹性变形，但也表现出粘性性质。2高分子材料的成形方法及设备1.塑料成形方法2.橡胶成形方法1.塑料成形的

6、方法塑料制品的制造过程主要包括：物料配制，塑料成形和二次加工等工序，如图5-6所示。塑料成形是将原料在一定温度和压力下塑制成具有一定形状制品的工艺过程。塑料的成形方法很多，主要有注塑成形、挤出成形、压制成形、压延成形、吹塑成形等，如图5-6所示。注塑成形技术是所有塑料成形方法中最普遍、最重要的一种成形方法。本章主要介绍注塑成形方法。注塑成形的原理、特点和应用注塑成形又称注射成形(injectionmolding)。其原理如图5-7所示。注塑成形是热塑性塑料的主要成形方法之一，适用于几乎所有品种的热塑性塑料(thermoplastics)和部分热固性塑料(thermosets)。其主要特点

7、如下：（1）生产效率高，可以实现高度机械化。自动化生产，适于大批量生产。（2）制品尺寸精确，精度较高。（3）可以生产形状复杂、薄壁和带有金属嵌件的塑料制品。（4）可生产几克到数千克的塑料。注塑成形的工艺过程注塑成形工艺过程包括：成形前准备、成形过程、塑件后处理三个主要部分，如图5-8所示。注塑成形的工艺过程（1）成形前准备。主要有：原料的检查、原料的干燥、料筒清洗。（2）成形过程。一般有：加料、塑化、注射、保压、冷却和脱模几个步骤。