塑料成型工艺与模具设计 教学课件 作者 杨永顺 第2章.ppt

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1、普通高等教育“十二五”规划教材杨永顺主编塑料成型工艺与模具设计12.2聚合物在成型过程中的物理化学变化2.1聚合物大分子结构及加工性能第二章塑料成型理论基础2基本概念：高聚物：作为塑料主要成分的合成树脂，是按照天然树脂的分子结构和特性，用人工方法合成制造的。由于其是由相对分子质量小的物质经聚合反应而制得的相对分子质量大的物质，因此称之为高分子聚合物，简称高聚物。3根据单个大分子的组成（链结构）以及大分子间的排列状态，各种聚合物材料可以形成不同的结构（聚集态结构）；同一种聚合物，由于不同的分子排列，又会形成具有不同性能的聚合物材料，如有时是高度结晶的，有时却是无定形的。正是聚合物的大

2、分子结构赋予了塑料优良的性能。基本概念：452.1聚合物大分子结构及加工性能2.1.1聚合物结构特征1）聚合反应：将低分子化合物单体转变成大分子物质的过程。2）聚合物：聚合反应的产物。3）聚合度：聚合物分子中单体单元或由多种单体生成的聚合物中的结构单元数目（链节数）称为聚合度，是衡量高分子大小的一个重要指标。6基本概念4）低聚物：聚合度很低的（1～100）的聚合物。5）高聚物：当聚合度较高使其分子量高达104～106（如塑料、橡胶、纤维等）的聚合物。2.1.1聚合物结构特征7基本概念几种常见聚合物的聚合度：PC80～160；PA6100～300；S-PVC800；PS1500～40

3、00；PP3500～35000；UHMW-PE2×105。2.1.1聚合物结构特征8基本概念图2-1聚乙烯分子模型92.1.1聚合物结构特征1）线型结构：聚合物由一根根不规则的线状（或者团状）分子链组成，由于大分子间相互独立，故在溶剂中或在加热熔融状态下，可以彼此分离开来。10聚合物大分子链的形态：2）支链型结构：在线型主链的旁边带有一些小支链，整个分子链呈枝状。2.1.1聚合物结构特征11聚合物大分子链的形态：特点：聚合物由于有独立的大分子存在，故具有弹性、可塑性，在溶剂中能溶解，加热能熔融，可反复多次成型而具有热塑性。属于这类结构的聚合物有聚乙烯、聚氯乙烯、聚苯乙烯。3）体型结

4、构：聚合物在大分子的链之间还有一些短链把它们连接起来，成为立体结构，由于没有独立的大分子，因而也没有相对分子质量的意义，只有交联度的意义。2.1.1聚合物结构特征12聚合物大分子链的形态：体型结构聚合物由于没有独立大分子存在，故脆性大、塑性很低，成型前是可溶和可熔的，而一经硬化成型（化学交联反应）后，就成为既不溶又不熔的固体，即使在高温下（甚至被烧焦碳化）也不会软化，这样的聚合物称为热固性聚合物。属于这类结构的聚合物有酚醛树脂、脲醛树脂、三聚氰胺树脂、不饱和聚酯树脂、环氧树脂等。2.1.1聚合物结构特征13聚集态结构指具有一定构象的大分子链通过范德华力或氢键的作用聚集在一起表现出来

5、的结构，其表征的是聚合物材料整体的内部状态。聚合物由于分子特别大且分子间引力也较大，容易聚集为液态或固体，不存在气态，因而基本上无挥发性。2.1.1聚合物结构特征14固体聚合物的结构：按照分子排列的几何特征分:1）结晶型聚合物：分子链按照三维有序的方式聚集在一起，一般可形成晶态结构；以晶态结构为主的聚合物，称结晶型聚合物，如高密度聚乙烯、全同聚丙烯和聚酰胺等。结晶型聚合物内部分子排列很有规律，分子间作用力较大，故其耐热性和机械强度比非结晶型聚合物高。2.1.1聚合物结构特征15图2-3结晶型聚合物的晶区和非晶区示意图162）非结晶型聚合物：分子链取无规线团构象，杂乱无序地交叠在一起

6、，则易形成非晶态（或无定型态）结构；非晶态或以非晶态结构占绝对优势的聚合物称非结晶型（或无定型）聚合物，如聚氯乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯等。由于聚合物大分子的分子链很长，很难使分子链间每一部分都作有序排列，因此，聚合物中晶态与非晶态结构通常是共存的，也就是说，结晶型聚合物中总会存在一定的无定型区。2.1.1聚合物结构特征17性能名称定义备注可挤压性指聚合物通过挤压作用形变时获得形状和保持形状的能力一般条件下，聚合物在固体状态下不能通过挤压而成型，只有当聚合物处于粘流态时才能通过挤压获得宏观而有用的形变可模塑性指材料在温度和压力作用下形变和在模具中模制成型的能力具有可模塑性的材料可通过注

7、射、模压和挤出等成型方法制成各种形状的模塑制品。模塑条件不仅影响聚合物的可模塑性，对制品的力学性能、外观、收缩以及制品中的结晶和取向等都有广泛影响。可纺性指聚合物通过加工形成连续的固态纤维的能力增大纺丝速度(相应于熔体细流直径减小)有利于提高细流的稳定性。可延性表示无定型或半结晶固体聚合物在一个方向或二个方向上受到压延或拉伸时变形的能力聚合物固体材料在Tg～Tf(或Tm)温度区间受到大于屈服强度的拉力作用时，将产生宏观的塑性延伸形变，其结构单元(链段、大分子和微晶)因