10塑料加工原理plastics..ppt

1、1,塑料、橡胶加工原理,塑料部分,青岛大学化学化工与环境学院： 杨淑静 E-mail: ,2,学习重点及要求,1、掌握塑料制品配方的组分、各组分的作用及其作用机理。 2、掌握常见塑料制品加工方法的加工原理、适用树脂及制品形式。 3、熟悉常见的物料配置方法以及典型制品的成型加工过程 4、了解当前塑料加工中的热点问题以及新的加工方法、加工技术。,3,第三篇：塑料加工成型原理,第一章 绪论 本章主要介绍塑料的基本概念、分类、常用的树脂品种及其特点、塑料的品质指标。 要求： 1、掌握塑料按照结构与热行为不同进行的分类以及结构与热行为的不同对加工过程的影响。 2、掌握影响塑料加工性能的指标：MFR的测定

2、及其影响因素。 3、了解典型塑料制品加工过程的塑料制品的应用。,4,1-1 塑料的基本概念,1、塑料（plastic） 以合成或天然高分子化合物为基本成分，在其制造加工过程中的某一阶段能流动成型或原位聚合而成型，产品最后能固化成保持形状不变的材料。 2、塑料的分类 （1）根据原料来源分 合成塑料由低分子化合物经化学反应制得； 半合成塑料用天然高分子材料制造的塑料 。 （2）根据塑料的热行为分 热塑性塑料受热时塑化和软化，冷却时凝固成型，变化温度可反复变形。 a.结晶性塑料分子结构规整有序。 b.非结晶性塑料分子排列近程有序，远程无序。 热固性塑料受热时塑化和软化，发生化学交联反应并固化定型，冷

3、却后再次受热时，不再发生塑化变形。,5,分类,（3）根据使用领域分类 通用塑料生产日用品或一般工农业用材的塑料。 特点：生产成本低，产量大，性能多样化 工程塑料主要用于生产工程用材。 特点：成本较高，产量不大，但性能特殊。 3、塑料的主要品种 （1）聚乙烯，PE （2）聚丙烯 PP （3）聚苯乙烯 PS （4）丙稀腈丁二烯苯乙烯共聚物 ABS （5）聚氯乙稀 PVC （6）聚甲基丙稀酸甲酯 （7）聚酰胺 （8）聚氨酯 其它：聚苯醚砜，聚甲醛，聚苯醚，聚砜，聚碳酸酯，含氟材料，纤维素塑料，聚酯，环氧树脂，有机硅，氨基树脂，呋喃树脂等。,6,4、塑料在包装领域的应用 小专题,包装是塑料行业的一个重

4、要的市场。 据统计，美国用于包装的塑料占整个塑料消耗量的1/4。 塑料包装在包装领域占有极其重要的地位。 塑料优点：质轻、耐用、易成型、形状多变、经济性好。,7,塑料在包装领域的应用,8,塑料在包装领域的应用,表面喷涂氟塑料涂层的换热器管束,物流货架：钢合金与高分子塑料的复合管组成，其外层与内层均为复合塑料涂层。,9,塑料在包装领域的应用,对于包装用塑料要求：满足包装要求、安全性要求。 作长久保存食品的包装需要消毒。 传统包装工艺： 加工过程中加压水煮，使塑料罐、袋变形降至最低。 无菌包装工艺： 先将产品和包装分别进行消毒，然后在无菌环境下填封包装。 优点：产品和包装的消毒可采用不同方式。 如

5、：包装可用双氧水。 塑料被广泛应用于无菌包装中。,10,塑料在包装领域的应用,医疗器械的塑料包装消毒方法: 射线、环氧乙烷。 环氧乙烷消毒： 先将气体导入包装物中，灭菌后再排出气体少用； 射线法： 已进入商业应用阶段，适合以交联为主的聚合物。 如PE、PET、PS等。,包装材料的残留物的问题,PVC保鲜膜事件 一次性餐盒事件,11,医药用塑料包装材料的主要形式及特点,美国软包装协会报道：在未来的5年内，药品包装将成为软包装的第二大经济增长点。 一、塑料医药包装的主要形式 塑料瓶、铝塑泡罩包装、条包装、袋包装。占片剂总包装量95%以上。 二、药品包装塑胶材料种类: PVC、PE、PP、PS、PE

6、T、尼龙等。 三、塑料医药包装的主要特点 1、聚酯塑料瓶是当前最重要的药品包装材料之一。 优点： （1）轻且牢固； （2）具良好的气体阻隔性； （3）具优良的耐化学药品性能； （4）回收再利用率高，废弃物燃烧处理易，且不产生有害气体。,12,医药用塑料包装材料的主要形式及特点,2、大输液药品包装：塑料包装正在大输液药品上取得突破性进展。国外的代表产品：聚烯烃塑料袋和 BOPP瓶 3、口服液包装：PET、PEN， 优点：具较宽的瓶颈，易灌装，不易破碎；标签面积大。 4、丸剂、胶囊、散剂包装：HDPE、PP、PET、PEN 等，注射吹塑、注拉吹成型。 5、静脉注射袋 PVC-目前最常见。 非 PV

7、C 的输液软包装袋-三层共挤出复合材料。 四、塑料瓶发展劣势： （1）渗移成分可能会污染产品； （2）药品的保质期会缩短 （3）单层塑料容器的阻隔性能有限，而复合塑料容器又成本高。,13,12塑料的生产方法,一、塑料制品成型物料的准备与配制 原材料：聚合物、添加剂。 添加剂作用： 改善制品的使用性能和工艺性能，降低制品的成本。 成型物料四种状态： 粉状：经原料处理称样输送初混合粉料 粒状：粉料（初混物）塑炼塑炼物的粉碎和粒化 溶液状 糊状,14,塑料的生产方法,二、塑料的成型加工 （一）挤出成型 1、定义：借助螺杆或柱塞的挤压作用，使受热熔化的塑料在压力推动下强行通过口模而成为具有恒定截面的连

8、续型材的一种成型方法。 2、适用：几乎所有的热塑性塑料，某些热固性塑料。 主要制品：管材，板材，薄膜，线缆包覆物及一些复合材料。 用挤出成型生产的制品占塑料制品的4050 3、特点：生产效率高，用途广泛，适用性较广。,15,4、分类,按塑化方式分： 干法挤出、湿法挤出。 按加压方式分： 连续螺杆式挤出机、间歇柱塞式挤出机 螺杆式挤出借助于螺杆旋转产生的压力和剪切力，使物料充分塑化和均匀混合，通过口模而成型连续生产。 柱塞式挤出借助柱塞压力，将事先塑化好的物料挤出口模而成型，料筒内物料挤出后，柱塞退后，加入新的塑化物料，进行下一次操作，生产不连续。,16,5、挤出成型工艺与过程,原料干燥：除去水

9、分，最终控制水分0.5% 挤出成型： 制品的定型与冷却：制品离开机头口模后，要冷却定型。 方法： a.对于板材和片材，要用一对压辊压平； b.对于管材可以用定径套和定径板定径。 牵引和热处理 设备：滚轮式、履带式。 热处理目的：制品的尺寸稳定性，使用过程中的热收缩率。 处理温度：TgTf之间。,17,管材、片材、板材、纸张涂覆和吹塑薄膜挤出工艺过程,18,（二）、注射成型,1、定义 将塑料在注射成型机料筒内加热熔化，呈流动状态，在柱塞或螺杆加压下熔融塑料被压缩并向前移动，通过料筒前端的喷嘴快速注入低温闭合模具内，经一定时间冷却定型后，开模，得制品。 2、适用 热塑性塑料、某些热固性塑料； 除长

10、管、板、棒外的所有形状； 注塑成型制品占塑料制品产量的2030。 3、特点：生产周期短，适应性强，生产率高，易于自动化。,19,注射成型,4、注射工艺过程 成型前准备 原料检验，原料的染色及造粒，预热及干燥，嵌件的预热和安放，试模，清洗料筒及试车等。 注射过程：加料，塑化，注射，冷却和脱模。,制品的后处理 目的： 改善制品的性能， 制品尺寸稳定性。 方法：调湿处理和退火处理。,20,注射过程的三个阶段,充模,保压,冷却,21,（三）、压制成型,1、适用：热固性塑料制品的成型 2、分类：模压成型、层压成型 3、工艺过程 模压成型将成型物料放入热的阴模模槽中，合上阳模后加热使其熔化，并在压力作用下

11、使物料充满模腔，再经加热或冷却，脱模后即可得到与模腔一样形状的制品。 层压成型以片状材料作原料，通过压制成型获得层压材料的成型方法。 (1)、模压过程 加料 闭模 加压、加热 排气 固化 脱模 模具吹洗 后处理 (2)、层压过程：浸胶、浸胶材料的干燥、压制。,22,压制成型,4、特点： 工艺、设备简易，能生产大型制品； 产品耐热性好，使用温度宽，变形小。 生产周期长，效率低，难实现自动化，人工劳动强度大； 不能生产形状复杂制品。,23,（四）、压延成型,1、定义：将已塑化的接近Tf的热塑性塑料通过一系列相向旋转的水平辊筒间隙，使物料承受挤压和延展作用具一定厚度，宽度的表面光洁的薄片制品。 2、

12、适用：热塑性塑料，多为非晶态塑料-PVC最多。 3、特点： 生产能力大，可连续生产，易于自动化， 产品质量较好。 加工设备庞大，精度要求高； 制品宽度受辊筒长度限制。,24,4、压延工艺过程,a.供料阶段各组分的捏合、塑化、供料等 b.压延阶段压延、牵引、刻花、冷却定型、输送、切割、卷取等 压延软质塑料薄膜时，若将布（纸）随同塑料一起通过压延机的最后一道辊筒，则膜会复压在布（纸）上，可生产人造革、塑料粘合纸等压延涂层法。,25,（五）、铸塑成型类似于金属的浇铸,1、分类： 静态铸塑，嵌塑，离心铸塑，流涎成膜，搪瓷，滚塑等。 2、适用： 工艺品、管状物、空心制品、齿轮、轴承、 薄膜、玩具、大型容

13、器等。 3、特点： 设备简单，成型时不加压，模具强度要求低，成品内应力小； 成型周期长，制品尺寸准确性差。,26,铸塑成型,4、成型过程： 浇铸液配制过滤和除泡浇铸聚合后处理和加工 静态铸塑液态单体、部分聚合浆状物、聚合物的单体溶液+催化剂、促进剂或固化剂模腔聚合模制品。 嵌铸模内放样品浇铸原料硬化。 离心浇铸塑料原料高速旋转的模具充满回转体形模具固化成型制品。 流涎成膜热塑性塑料+溶剂胶液连续回转基材加热除溶剂薄膜。,27,（六）、模压烧结成型,定义： 将粉状聚四氟乙烯冷压成密实的各种形状的预成型品，然后把它加热到结晶熔点以上，使树脂颗粒相互烧结，形成密实连续整体，再冷至室温，得产品。 成形

14、过程： 树脂的选择，捣碎过筛，加料预成型，烧结，冷却，成品检验与后加工。,28,（七）、传递模塑传递成型，注压成型,定义：将热固性塑料在加料室内加热熔化，然后借助于压力，使塑料熔融物通过铸口进入模型而成型的一种成型方法。 （八）、泡沫塑料的成型 泡沫塑料以气体物质为分散相，以固体树脂为分散介质组成的分散体。,机械法 物理法 化学法,如何获得发泡体,原理：利用机械、物理和化学的作用，产生的气体分散在树脂中形成空隙，同时树脂受热熔化或聚合物链段逐渐增长而使聚合体达适当粘度或树脂交联到某一适当程度，使气体不能逸出，形成多孔结构，然后树脂固化，使多孔结构固定下来。,29,（九）、中空吹塑成型,1、定义

15、： 将挤出或注射成型的塑料管坯趁热于半熔融、类似橡胶状时，置于各种形状的模具中，并及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，经冷却脱模即形成中空制品。 2、适用： 各种瓶，壶，桶，玩具等。 塑料：PE、PS、PP、PA、纤维素塑料、PC等。 3、成型工艺 挤出吹塑 注射吹塑,30,（十）、热成型,1、定义： 利用热塑性塑料的片材作为原料，将其裁成一定尺寸和形状，夹在模具的框架上，让其在TgTf间适宜温度加热软化，片材一边受热，一边延伸，然后施加压力，使其紧贴模具的型面，取得与型面相仿的形状，冷却定型，修整制品。 2、特点： 生产效率高，方法简单，设备投资少， 制造表面积较大的制

16、品； 但片材成本高，后加工工序多。 3、热成型方法：最常用的为差压成型。,31,（十一）、拉幅薄膜的成型,1、定义： 将挤出的厚度为13mm的厚片或管坯，重新加热到TgTm(Tf)温度范围，进行大幅度拉伸而成型。,32,拉幅薄膜的成型,平膜法：挤出机挤出厚片冷却辊上硬化并冷却到加工温度下预热辊加热到拉伸温度 纵向拉伸机的拉伸辊群拉伸 冷却或直接进入拉幅机进行横向拉伸。,33,管膜法：以泡管法为例 管坯成型冷却夹套冷却一对夹辊折叠拉伸区管型薄膜经第二对夹辊再次折叠热处理区空气冷却、折叠、切边卷取。,（十二）、冷成型（固相成型） 使塑料在常温（Tg以下）成型。 分类：锻造、橡皮垫成型、液压成型、冲

17、压成型、滚轧成型。,34,13塑料的主要品质指标,一、熔融指数（MI） 反映热塑性流动的好坏。 一定温度和压力下，热塑性塑料熔体在10min内通过毛细管的重量值。 单位：g/10min,35,塑料的主要品质指标,二、硬度表示塑料抵抗其它较硬物体压入的能力。 1、洛氏硬度HR（Rockwell） 用规定的压头，先施加初实验力，再施加主实验力作用于试样，然后再返回到初实验力，用前后两次初实验力作用下的压头压入试样的深度差求得的值即HR HR=H2-H1 H1和H2分别为第一次和第二次压头压入试样的深度。 2、布氏硬度HB(Brinell),D钢球直径 d压痕直径 h压痕深度,3、邵氏硬度用邵氏硬度

18、计测得。,36,三、拉伸强度，断裂伸长和拉伸弹性模数,在规定温度，湿度和拉伸速度下，沿试样纵轴方向拉伸实验。 拉伸强度：,P试样破坏时的最大负荷； b、d试样的初始宽度和厚度。,断裂伸长：,L0、L试样初始和断裂前的长度。,拉伸弹性模数：塑料屈服前，单位应变所需的应力。,37,四、压缩强度和压缩弹性模数,压缩强度：在试样上施加压缩负荷至破坏或产生屈服现象时，材料单位面积上所承受的负荷。,P试样压缩破坏（或屈服）时的负荷，N S0试样初始横截面积，mm2,压缩弹性模数： 材料未屈服以前，在比例极限范围内的应力与应变之比。,压缩应力应变曲线上比例极限范围内某一点的应力与应变,38,五、弯曲强度，弯

19、曲屈服强度和弯曲弹性模数,弯曲强度：将试样放在两个支点上，施加集中负荷，试样变形，甚至完全破坏时，材料单位面积上所承受的力。 弯曲屈服强度：对非脆性材料屈服时，试样单位面积上所承受的负荷。 弯曲弹性模数：材料屈服前的比例极限内弯曲应力与应变之比。 六、剪切强度 剪切应力作用于试样面上的平行方向的单位面积的力。 剪切强度：试样在剪切应力作用下破坏时，单位面积上所能承受的负荷值。 单面剪切强度：,双面剪切强度：,39,七、冲击强度,反映材料在高速冲击状态下的韧性，对断裂应力的抵抗能力。 1、摆锤式冲击实验摆锤做自由落体落下，冲击试样。 2、高速拉伸试验-高速拉伸试样。,40,八、蠕变性能,-反映塑

20、料尺寸的稳定性 蠕变恒温，恒湿下，塑料在固定外力持续作用下，形变随时间逐渐发展到平衡的现象。 蠕变恢复在一定时间后去除外力，形变逐渐恢复。 蠕变应变,L任何给定时刻试样的标距； L0加应力前试样的原始标距。,Ect蠕变模量,t时的蠕变应变。,r恢复应变,完全卸载后任何给定时刻标距的减小； 除去应力瞬间试样的标长。,41,九、电性能,塑料电性能：体积电阻，表面电阻，介电强度，介电常数和损耗角正切。 十、光学性能 透光率：光透射时无偏离的百分数。 雾度：入射光由于向前散射以大于某一规定角度偏离的透射光的百分数。 其它：热性能，抗老化性能，稳定性能等指标。,42,14高分子材料的识别 小专题,一、经

21、验识别： 有符号标识的高分子材料可直接识别，无标识时可根据经验识别。 经验法： 1、根据接触表面，表观，透光性，硬度。 外观特征分别： 透明硬质塑料PMMA、PS、PC、PVC； 真空模压容器PS、PVC； 模糊，不透明，着色的食品包装PE塑料。,43,2、应用场合及形式,一般透明性好的硬质塑料有机玻璃，PS或PC； 灰色的塑料管与板材硬PVC 塑料雨衣、电线套管、吹气玩具、部分塑料凉鞋、鞋底、拖鞋软质PVC 塑料桶、杯子、碗盖、食品袋、微波炉用碗、药品包装瓶及塞PE或PP。 塑料地板、塑料门窗PVC 牙刷柄、茶盘、糖盒、酒杯、衣夹、自行车和汽车的灯罩、硬质玩具PS 包装用的充气鼓泡塑料PP,

22、44,应用场合及形式,机械零件尼龙或ABS； 眼镜框有机玻璃，醋酸纤维素； 自来水笔杆有机玻玻璃或ABS； 半导体、电视机、计算机、洗衣机、仪表等的壳体ABS。 汽车方向盘、电器开关、插座、锅把柄、仪表壳酚醛塑料； 输油管、冷却塔、氧气瓶、贮罐、小渔船等环氧树脂或由不饱和聚酯树脂制成的玻璃钢； 人造革软质PVC；合成革聚氨酯； 泡沫塑料PS、PVC、聚氨酯、聚烯烃等。 汽车保险杠ABS或纤维增强PP塑料； 蓄电池PP。 市场上的饮料瓶PET；牛奶壶HDPE；酱油瓶PVC。,45,二、燃烧的识别,取一块试样，用镊子夹住，慢慢伸向火焰，观察其可燃性，火焰色泽，烟的浓度，自熄性情况，闻其气味，据所获

23、信息判断是何种高分子材料。 根据燃烧的难易程度。 不燃烧的为氟塑料和硅塑料。 很难燃烧，试样形状不变或慢慢变焦： 有甲醛气味脲醛树脂（无其它气味）； 带有鱼的焦糊气味三聚氰胺甲醛树脂； 有苯酚味酚醛树脂；,46,燃烧的识别,能燃，但离火自熄的情况： a、绿色火焰带，有糊橡皮味和HCl味，火焰内绿外黄氯丁橡胶； 只有HCl的辣味PVC及其共聚物； 味甜而辣，有黑色灰烬聚偏氯乙烯。 b、有苯酚和烧焦木材或纸张味填料酚醛树脂。 c、有焦糊蛋白味酪素塑料。 d、在火焰中喷火花，有醋酸味醋酸纤维素。,47,样品离开火焰后继续燃烧： a、缓慢燃烧并冒黑烟，有刺鼻酚味环氧树脂。 b、蓝色火焰，尖端为黄白色。

24、 、有浓重的水果气味有机玻璃。 、有烧芹菜味，熔化并可抽丝尼龙。 、火焰较黄，气味微甜，有甲醛味聚乙烯醇缩甲醛。 、有甲醛气味聚甲醛。 、有腐臭的奶油味，无火花聚乙烯缩丁醛。 、有燃烧着的蜡烛气味，熔化成滴状燃烧PP或PE。,48,c、火焰周围有紫晕，喷出火花，并有醋酸气味聚醋酸乙烯酯。 d、火焰亮黄，且有氰化物和烧木材气味PAN。 火焰暗，有烟，微甜气味PET。 火焰带黑烟有甜的花香味PS。 e、火焰略带兰黄色，熔化的塑料滴入水中发暗乙基纤维素。 样品破裂聚酯树脂。 极易燃烧，且火焰亮黄硝化纤维素。 同类的材料，须再借助Tm，等区别。,49,三、溶解识别 四、仪器识别 红外光谱，核磁共振，热

25、分析，热化学分析等。 五、其它 1、高分子材料的漂浮 2、聚合物熔化测软化点或Tm。,50,第二章 塑料的成型加工原理,本章主要介绍成型物料配置原理及几种典型塑料成型方法的成型原理。 要求： 1、掌握各种助剂的作用及作用机理。 2、掌握各种成型方式的加工过程及其加工机理。 3、熟悉各种加工方法的设备特点及其各部分的作用、结构参数对于加工过程的影响。 4、了解各种典型制品的加工过程及设备特点,51,第二章 塑料的成型加工原理,树脂：在塑料工业领域，习惯上把成型加工前的聚合物原料称为树脂。 塑料：经配制及成型加工后的产品称塑料。 塑料的成型加工： 根据塑料的性能，利用各种成型加工手段，使其成为具有

26、一定形状和使用价值的定型材料。 塑料的生产：低分子化合物聚合物 塑料制品的生产： 聚合物有用的塑料制品塑料成型加工,52,塑料加工成型最重要的是混合造粒和成型两大部分。,53,21塑料的成型物料及其配制,一、物料的组成及各组分的作用 （一）物料组成分类 简单组成主要是聚合物 复杂组成多种组分组成： 聚合物树脂、添加剂 把多种组分按一定比例进行组合称为配制。 把多种组分组合好以后称为配方。 添加剂：增塑剂，防老剂，填料，润滑剂，着色剂，固化剂等。 添加剂的作用： 改善制品的物理机械性能； 改善制品的加工工艺性能； 降低制品成本。 原则：据制品性能和加工性能确定，要相互发挥，不能彼此抑制。,54,

27、（二）各种组分的作用,1、聚合物 要求：在制品中呈均一的，连续的，且能将各种添加剂粘在一起，同时还需必要的物理机械性能；在一定条件下，要具有流动性和可塑性。 聚合物影响制品的物理机械性能和加工工艺性能。 （1）分子量分子量增大，力学性能提高，加工性能变差。 （2）分子量分布高聚物分子量的不均一性程度。 分子量分布不能太宽。 要求：d=MW/Mn5。 （3）颗粒结构对需要增塑的制品影响很大根据聚合物特点选择。 （4）颗粒粒径的影响主要影响混合。 过大：比表面积较小，混合不均匀。 较小：表面积较大，混合均匀。 过小：加工过程中尘粒飞扬、容积计算困难。,55,2、增塑剂,要求： 对化学试剂和热都稳定

28、的有机物。 -与聚合物树脂具有较好相容性的液体。 作用： a、提高物料的流动性； b、降低聚合物分子间作用力； c、提高塑料的柔韧性，耐寒性。,56,增塑剂,增塑机理： a、非极性增塑剂非极性聚合物 主要是溶剂化作用:,B比例常数， V增塑剂体积分数。,增塑剂分子把聚合物分子隔离开，增加分子间的距离，使分子间作用力下降。,增塑结果：使Tg下降-Tg。,57,增塑剂,b、极性增塑剂极性聚合物 二者的极性基团发生相互作用：,k比例常数；nc克分子数,、增塑剂极性基团与聚合物极性基团之间的作用力，代替了原来聚合物分子间的作用，-削弱了分子间作用力。 、增塑剂的非极性部分将聚合物屏蔽起来，聚合物之间不

29、接触-作用力下降。 Tg下降。,58,增塑剂,选择原则：相似相容 a、相容性好 b、小迁移率； c、耐光，耐热，不燃，无毒。 增塑剂使用量： 在混合和使用的温度范围内能与聚合物形成真溶液。 加入方法 ： 在一定温度下强制性的机械混合分散于聚合物中。,59,3、防老剂,定义：为了防止或抑制塑料制品性能变坏而不能使用，需加入的一类物质。 分类：稳定剂，抗氧剂，光稳定剂等。 以PVC为例： （1）可抑制塑料的降解作用稳定剂。 机理：防老剂可去除聚合物降解产生的活性中心，阻止进一步降解。,60,防老剂,（2）抑制塑料的氧化作用抗氧剂 机理：防老剂替代易氧化分解的聚合物与氧反应，延缓了氧对聚合物的影响。

30、 例：a、抗氧剂可以成为游离基或增长链的终止剂。 如：苯酚、芳基仲胺类,b、抗氧剂可与氢过氧化物结合产生稳定的非游离基。 如：正硫酸酯PD： ROOHPD稳定的非游离基。,61,(3)、抑制聚合物的光降解作用光稳定剂。 机理：吸收光和射线或移出聚合物吸收的光能放出没有破坏性的光能或热能，从而防止了聚合物的老化降解。 a、紫外线吸收剂有分子内氢键，吸收光能后，氢键破坏，吸收的能量可以热能形式放出，使氢键恢复，继续发挥作用。 b、先驱型紫外线吸收剂本身能吸收紫外线，光照射后分子发生重排，结构改变成为紫外线吸收剂发挥作用。 c、淬火剂可通过转移聚合物分子吸收紫外光而产生“激发态能”而避免由此产生游离

31、基导致聚合物降解。 d、光屏蔽剂颜料。 用于厚制品和不透明制品，对聚合物起屏蔽作用。 用量：0.3-0.5%聚合物,62,4、填充剂,（1）作用： 提高塑料制品的某些性能。 降低塑料制品的成本。 （2）分类：无机填料，有机填料。 （3）形状：粉状，纤维状，片状。 （4）机理： 粉状填料与聚合物存在次价力，具加合性，且聚合物分子量很大，总力很大聚合物分子的构象平衡和松弛时间发生变化降低聚合物结晶倾向和溶解度，同时使熔体粘度降低Tg下降，硬度变化。 （5）用量 填料40。 （6）常用填充剂： 碳酸钙（CaCO3）,粘土，滑石粉，碳黑，轻质二氧化硅（白碳黑），硫酸钙，金属粉，石墨，聚四氟乙烯粉或纤维

32、。,63,5、润滑剂,（1）作用： 增加熔体的流动性，减少对设备的粘附。 增加塑料制品的光洁度。 （2）分类：内润滑剂和外润滑剂。 （3）作用机理： 内润滑剂与聚合物有一定的相容性，可减少聚合物分子间的内聚力，降低熔体的粘度，降低聚合物间的内摩擦。,64,润滑剂,外润滑剂与聚合物的相容性很小，在配料时加入，在成型过程中，从内部析出至表面上，粘附在设备表面，形成润滑层，减少聚合物树脂与设备的粘附。 内外摩擦降低，使物料受剪切均匀，流动平稳，提高制品表面的质量。 “内润滑剂”“外润滑剂” 取决于其与聚合物的相容性。 （4）常用润滑剂 内润滑剂：硬脂酸及其盐类 ； 外润滑剂：硬脂酸、石蜡、矿物油。

33、（5）用量：整个物料的1。 用量，从成型表面析出“起霜” ； 用量，不足以起润滑作用。,65,6、增强剂,（1）作用：补强。 （2）常用增强剂：玻璃纤维、碳纤维、硼纤维等。 （3）用量 越多，效果越大，但塑料流动性下降，加工性能下降，设备磨损严重。 7、着色剂 定义：为使制品获得各种鲜艳夺目的颜色，增进美观而加入的一种物质。 着色剂：有机染料和无机颜料。 染料大多可溶，不但使被染物表面着色，且能侵入内部，含带色基团和助色基团，适于透明制品。 颜料通常既不溶于水，也不溶于展色剂，使物体表面着色，很少深入物体内部，分散性较差。制品着色后不透明。,66,8、固化剂 定义：热固性塑料成型时，外加的可使

34、树脂完成交联或加快交联反应的物质。 其它：发泡剂、阻燃剂、抗静电剂、驱避剂等。 制定设计配方时应根据制品的用途、性能和成型要求来制定。,67,二、物料的配制(混配),（一）、物料的混合和分散机理 混合将二个或二个以上组分相互分布在各自所占的空间中，使其最初分布情况发生变化。 分散混合中一种或多种组分的物理特性发生了某些内部变化的过程。如颗粒粒径的减小或溶于某一组分中去。,塑料配料和混合过程中有三种形式： （1）不同组分的粉状物料的混合； （2）粒状(或纤维状)的固体物料与液体物料混合； （3）塑性物料的混合。,68,1、混合的基本原理,混合-粒状固态物料之间的混合。 捏合-粒状或纤维状固态物料

35、液态物料。 塑炼-粒状或纤维状固态物料塑性物料。 混合、捏合条件：低于聚合物流动温度、较缓和的剪切作用； 塑炼条件：高于聚合物流动温度、较强的剪切作用。 混合目的：使组分的分布均匀。 混合过程的三种作用： 扩散有液体的体系 对流任何体系 剪切粘性物料,实际混合为扩散、对流、剪切的共同作用。 一定条件下，其中一种占优势。,69,2、混合效果的评定,(1)液体之间混合效果的评定 不同位置取样，分析样品组成，与体系平均组成相比较： 若相差很大，则混合效果差；若相差不大，则混合效果好。,(2)粒状或塑性物料混合效果的评定 分散程度：用相邻同一组分之间平均距离(r)来衡量：,混合过程，不断粒子体积，接触

36、面积，分散程度。 组成均匀程度：混入物所占物料比率与理论比率间的差别。 不同位置取样，分析样品各组分的比率，与总体比率进行比较，与总体比例相近时，均匀程度就高。 要求：不同位置取很多个试样。 不均匀系数：,3、主要的混合设备 捏合机、高速混合机、管道式捏合机、双辊塑炼机、密炼机、挤出机。,70,（二）、配料工艺简介,1、粉料和粒料的配制 （1）原料的准备：原料的预处理、称量、输送等。 预处理： 过筛-去除颗粒状杂质，使树脂颗粒均匀化； 吸磁处理-去除物料中的金属杂质。 （2）初混合 目的：使每个组分微小颗粒在空间的无规则排列程度提高。 次序：树脂，增塑剂，由稳定剂、着色剂和增塑剂配制成的物料，

37、其它固体料。 （3）初混物的塑炼 a、目的： 改变物料性状，使物料热熔混合，达一定的柔软度和可塑性，分散均匀。 驱赶物料中的挥发性物质，弥补树脂合成中带来的缺陷。 b、工艺条件：温度、时间和剪切力。 c、塑炼终点的确定： 测试样的均匀性和分散程度； 测塑炼后试样的撕裂强度。 （4）塑炼物的粉碎和粒化,71,2、溶液的配制,主要成分：溶质、溶剂 （1）溶液来源：合成树脂时特意制成；临用时配制。 （2）溶剂：具较高的溶解能力；无色、无臭、无毒、低成本、易挥发。 （3）常用溶剂：醇类、酮类、烷烃、氯代烃等。 （4）配制设备：溶解釜。 （5）配料方法： a、慢加快搅法 溶剂溶解釜加热升温缓慢加入聚合物

38、，同时快拌并保持恒温，直至加完。 慢加：以不出现结块现象为宜。 目的：使聚合物完全分散之前不致结块。 快搅： 促进分散和扩散； 借剪切应力撕裂可能产生的团块。 b、低温分散法 溶剂溶解釜降温至对聚合物失活一次性投入聚合物逐渐升温，搅拌溶剂升温到恢复活性温度聚合物溶解。,72,3、糊的配制,以PVC糊为例 （1）原料：PVC树脂、增塑剂、稳定剂、填料、胶凝剂、稀释剂、挥发性溶剂。 树脂：乳液聚合PVC 树脂:增塑剂=1:11.4 填料：粉状无机填料 要求均匀且不带水分 胶凝剂：金属皂类，用量23%树脂 稀释剂：烃类 溶剂：易挥发，一般用酮类。,73,糊的配制,（2）PVC糊的配制工艺 将各种添加

39、剂与增塑剂(少量)混合，在三辊磨上研细作为“小料”备用。 将PVC树脂与剩余增塑剂于室温混合，混合过程中逐渐加入小料，直到成为均匀的糊状聚合物。 PVC糊经塑形和熔融，可制成各种塑料制品。,74,降解塑料 小专题,一、发展史 1、概念 降解塑料：指一类其制品的各项性能可满足使用要求，在保存期内性能不变，而使用后在自然环境条件下能降解成对环境无害的物质的塑料。 2、发展史 20世纪60年代末，国外开始开发解决一次性塑料包装造成的环境污染问题。 80年代，开发研制转向以生物降解为主。 我国20世纪70年代开始解决农用塑料地膜对土壤的污染问题，研制出添加型光降解塑料地膜。 1990年以后，研制开发了

40、同时具有生物降解功能的塑料地膜。 近年，在积极开发用于包装，特别是一次性包装的降解塑料制品。 3、用途： （1）原来使用普通塑料的领域。 （2）以塑料代替其它材料的领域,75,4、种类,塑料降解：因化学和（或）物理因素和（或）微生物作用引起的构成塑料分子的分子链断裂的过程。 其降解包括生物降解、光降解和化学降解，三者具有增效、协同和连贯作用。,76,二、生物降解塑料,生物降解塑料一类在自然环境条件下可被微生物作用而引起降解的塑料。 1、原理微生物分泌酶作用的结果 酶的催化作用具有专一性合成聚合物难于被微生物降解的根本原因。 酯键、苷键和肽键可为酶切断的化学键。 脂肪族聚酯具可生物降解的酯键-最

41、具前途合成降解塑料。 塑料生物降解过程： 微生物分泌酶附于塑料表面酶作用，顺序切断塑料大分子中的某些化学键，降解，分子链变短低分子化合物，塑料被破坏酶继续作用，低分子化合物分解成有机酸微生物体内代谢CO2，水。,77,生物降解塑料,2、品种： （1）生物塑料：一类由微生物合成的生物降解塑料。 包括：生物聚酯、生物纤维素、多糖类和聚氨基酸等。 （2）聚乳酸类（PLA）聚内交酯，以乳酸为单体化学合成。,稍高于熔点易分解，合适环境下易水解，经微生物降解水，CO2。 生物体内可在酸碱催化下水解成乳酸和己酸，经酶代谢水，CO2。,78,（3）脂肪族聚二元酸二元醇酯(PBS)类 其性能界于PP和PE 之间

42、，加工性能类似于PE，溶解性类似于PET，Tm114，相对分子量达50000时，几乎不能被脂肪酶降解，与已二酸共聚可大幅提高其生物降解性。 （4）PVA（聚乙烯醇） 两种细菌共同作用一种氧化反应酶催化氧化PVA，然后，水解酶切断被氧化的PVA的主链，进一步降解生成CO2、H2O。 （5）纤维素制备的生物降解塑料 （6）利用微生物合成的生物降解塑料 共聚聚酯（生物聚酯）很有希望的材料。 英ICI综合化学公司，利用名为 Alcaligences eutrophus 的一种微生物，由葡萄糖和丙酸发酵生产共聚聚酯(Biopol)，年产量600t左右，价格30美元/kg，价昂。 价格有望降至10美元/k

43、g。,79,三、光降解塑料,一类因曝露于自然阳光或其它光源下会引起降解的塑料。 1、原理： 光量子理论：1mol波长的光量子能量：E1.1962105/ 紫外线波长290nm：光子能量412.5kJ/mol；400nm：光子能量299.2kJ/mol。 聚合物自氧化反应活化能：41.8167kJ/mol。 化学键离解能：167.2418.4kJ/mol。 波长为290400nm的紫外光足以使聚合物发生氧化反应和光降解反应。 聚合物光降解性的影响因素： 不同结构的同一类光敏添加剂对光降解塑料的降解性的作用不同； 同一种添加剂对不同聚合物的降解性的影响也不同； 添加剂的浓度影响塑料的降解性； 添加

44、剂间的相互作用会影响降解性； 加工过程中的氧、热、湿会加速光降解过程。,80,2、品种,（1）合成型光降解塑料（光敏基团导入型） 在原有非降解聚合物的高分子链中加入光敏性基团。 乙烯/一氧化碳共聚物 （E/CO）,乙烯基类/乙烯基酮类共聚物,酮基含量增加，降解速度加快，降解程度提高。,其光降解性优于前者，但价格较高。,（2）添加型光降解塑料 通用塑料光敏性添加剂光降解性母料按比例加到通用塑料。 通用塑料都可用该法制成光降解塑料。 四、降解塑料地膜 主要为以通用塑料为基础的品种。 我国：添加型光降解塑料、添加型生物光降解塑料及添加型光/生物光降解塑料，基础塑料：PE。,81,塑料的成型物料及其配

45、制作业,1、塑料根据热行为不同可以分为哪两类？其结构与热行为的特点分别是什么？ 2、具有不同热行为的两类塑料制品的生产过程的主要区别是什么？ 3、塑料制品中加入添加剂的目的是什么？ 4、塑料制品中加入的增塑剂的作用是什么？请说明其作用机理及选择原则。 5、塑料制品中加入的防老剂的作用是什么？有哪几类防老剂，说明其防老机理。 6、塑料制品中加入的润滑剂的作用是什么？请说明其作用机理,82,21 口模成型,1、定义： 物料在挤出机中通过加热、混合、加压，使物料以流动状态连续通过口模成型的方法。 2、适用： 管材、薄膜、板材、片材、棒材、异型材、单丝、撕裂膜、打包带、网、电线电缆包皮等。 3、特点：

46、 生产过程可连续的，产品可连续 生产效率高,应用范围广 4、设备：挤出机,83,口模成型,一、挤出机 螺杆式挤出机用一台螺杆挤出机完成混合、塑化、成型连续生产。 柱塞式挤出机需先加塑化好的料，用完后要退回重新加料间歇生产。 单螺杆挤出机的基本结构： 1、传动装置：由电动机、减速箱和轴承组成。 作用：使螺杆按一定的转速转动。 2、加料装置最少能容纳一小时的料。 3、料筒高强度、耐磨及耐腐蚀的合金钢制成。 直径：50150mm。长度是直径的1530倍。 外有加热器、温度自控装置和冷却系统。,84,4、螺杆,最主要部件， 高强度、耐热、耐腐蚀合金钢制成。,螺杆的结构特征： (1)、螺杆直径D：451

47、50。生产率与D2成正比； (2)、长径比 L/D：螺杆工作部分有效长度与直径之比。 L/D增加可改善物料的温度分布，有利于塑料的混合和塑化； 太大物料受热时间太长，物料热机械降解 一般：L/D=1825。,85,螺杆,(3)、螺旋角螺纹与螺杆横断面之间的夹角。 随着螺旋角的增加，生产能力提高，但剪切力下降。 一般：=1030 t螺距；h螺槽深度；w螺槽宽度；D螺杆外径； d螺杆根径；螺旋角；L螺杆长度；间隙。,86,(4)、压缩比 根据物料特性发生变化的不同将螺杆分为不同的阶段：,(5)料筒与螺杆之间的空隙()螺杆料筒内径与螺杆直径之差的一半。 过大，生产能力下降。 小，物料受剪切作用较大，

48、有利于塑化。 过小，剪切力过大，摩擦增加，易降解，且影响熔体的混合。 要求：在保证物料不降解的条件下，尽量小。 =0.10.6mm 其它结构形式的螺杆,加料段 压缩段 均化段,87,5、机头和口模,机头的作用： 将旋转运动的塑料熔体变成平行直线运动，同时进一步塑化均匀； 将熔体均匀平稳地导入口模中； 赋予物料必要的成型压力，物料易成型，且制品密实。 口模：具一定截面形状的通道。 圆管挤出机头,双螺杆挤出机 6、辅助设备 预处理设备； 自控装置和冷却系统； 切断装置和辊卷装置。,88,二、挤出成型原理,(一)固体输送 1、建立固体塞摩擦模型,料筒与螺杆间的固体粒子是连续的； 螺槽是被塞满的，形成

49、 “弹性固体” 。 固体摩擦模型：认为粒料之间无碰撞和摩擦，外力作用下，固体塞整体运动。,89,挤出成型原理,2、受力分析及运动状态分析,固体塞在螺槽中移动矩形通道中的运动。 矩形通道：三个面运动螺杆两个斜棱和螺杆内表面，另一个面不动料筒壁面。 -视：螺杆静止不动，料筒以vb速度对螺杆作相反切向运动。 固体塞实际运动方向z轴方向。,90,受力分析：,FS螺杆对固体塞的摩擦力； Fb料筒对固体塞的摩擦力； P斜棱面对固体塞的推力； P螺槽中体系的压力； Fbz Fb在z轴方向的分力。,Ab-料筒与物料接触面积； fb-料筒与物料的摩擦因子。,As-螺杆与物料的接触面积； fs-螺杆与物料的摩擦因

50、子 。,91,受力分析：,初始阶段：,物料不移动。,不移动,物料沿螺杆向前移动。,(2)运动状态分析,稳态流动体系：,92,(3)固体输送能力Q,提高固体输送能力的措施： 增加螺槽深度h； 提高螺杆表面的光洁度降低fs； 在机筒内开纵向沟槽提高fb； 取最佳值；（一般17.41） 合理控制温度 ：螺杆水冷。,93,固体输送能力Q,定量分析 Q-单位时间中的输送量,设A点的物料在螺杆方向旋转一周后到B点 AB与轴向垂直方向的夹角前进角 螺杆展开：,影响Q的因素： 前进角； 几何尺寸、 h； 转速N。,螺槽的容积,94,(二)熔化相迁移过程,1、物料状态随时间的变化 物料在料筒温度和摩擦热作用下，