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2019/11/7,1,塑料成型加工基礎(chǔ) 材料加工3121班 2013年上期,教師：楊中文,2019/11/7,2,教材： 高分子物理（化工版 侯文順、楊宗偉主編） 高分子材料加工基本工藝（化工版 王加龍主編） 參考書：《塑料成型工藝》（化學(xué)工業(yè)出版社，楊中文主編）,2019/11/7,3,學(xué)習(xí)方式,采用項(xiàng)目教學(xué)法：通過布置“工作任務(wù)、問題咨詢、計(jì)劃決策、實(shí)施指導(dǎo)、檢查與評(píng)價(jià)、項(xiàng)目總結(jié)”進(jìn)行實(shí)施 1、分小組接受工作任務(wù)，成立項(xiàng)目組，組長(zhǎng)及組員； 2、教師解讀任務(wù)書，教師與組長(zhǎng)簽訂完成任務(wù)合同書； 3、制訂完成項(xiàng)目任務(wù)計(jì)劃及學(xué)習(xí)相關(guān)知識(shí) 4、項(xiàng)目計(jì)劃實(shí)施 5、項(xiàng)目任務(wù)完成檢查與評(píng)價(jià) 6、項(xiàng)目完成情況總結(jié),,2019/11/7,4,課程主要內(nèi)容： 三個(gè)模塊 1、膜片類塑料的制作 2、管與型材類塑料的制作 3、單個(gè)塑料件制作 八個(gè)項(xiàng)目 1、塑料疏菜大棚膜的制作（16學(xué)時(shí)） 2、服裝面料塑料膜的制作（16學(xué)時(shí)） 3、塑料管材的制作（16學(xué)時(shí)） 4、塑料門窗型材的制作（16學(xué)時(shí)） 5、塑料打包帶的制作(16學(xué)時(shí)) 6、塑料飯盒的制作(16學(xué)時(shí)) 7、塑料果盤的制作(16學(xué)時(shí)) 8、塑料搪塑件的制作(16學(xué)時(shí)),,2019/11/7,5,,項(xiàng)目一、塑料疏菜大棚膜的制作,教學(xué)任務(wù) 1、塑料膜類型及常用原料 2、蔬菜大棚膜的性能要求分析及標(biāo)準(zhǔn) 3、蔬菜大棚膜的原料選擇及配方 4、蔬菜大棚膜制作方案 5、蔬菜大棚膜生產(chǎn)經(jīng)濟(jì)與環(huán)保評(píng)估,2019/11/7,6,1、塑料膜類型及常用原料,一、塑料膜的類型 1、按用途分：農(nóng)用膜、包裝膜、功能膜； 2、按生產(chǎn)方法分：擠出吹塑膜、平擠膜、壓延膜、流涎膜； 3、按材料分：聚乙烯膜、聚丙烯膜、聚氯乙烯膜、聚酯膜、聚酰胺膜。 二、塑料膜生產(chǎn)常用原料 用于塑料膜生產(chǎn)的常用原料：PE、PP、PVC、PET、PA等,2019/11/7,7,二、塑料膜生產(chǎn)常用原料 用于塑料膜生產(chǎn)的常用原料：PE、PP、PVC、PET、PA等 1、聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯的分子結(jié)構(gòu),2019/11/7,8,,2、高分子鏈結(jié)構(gòu),高分子鏈的近程結(jié)構(gòu)和遠(yuǎn)程結(jié)構(gòu)。 近程結(jié)構(gòu)介紹高分子鏈結(jié)構(gòu)單元的化學(xué)組成、鍵接方式、立體構(gòu)型、支化與交聯(lián)和端基等內(nèi)容； 遠(yuǎn)程結(jié)構(gòu)包括單個(gè)高分子的大小和柔順性。,2019/11/7,9,,大分子鏈都是由數(shù)目很大的結(jié)構(gòu)單元通過共價(jià)鍵連結(jié)而成 大分子鏈的幾何形狀分為線形、支鏈、網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)大分子 大分子鏈的單鍵若無空間阻礙時(shí)，由內(nèi)旋轉(zhuǎn)呈現(xiàn)無數(shù)構(gòu)象，從而使高分子鏈具有柔性。（高分子材料具有高彈性） 大分子鏈之間靠范德華力作用結(jié)合（靜電力、誘導(dǎo)力、氫鍵等），從而形成晶態(tài)、非晶態(tài)、取向態(tài)、織態(tài)結(jié)構(gòu)的聚合物。 高分子鏈結(jié)構(gòu)具有不均一性（聚合度及分子量大小不一樣）,高分子結(jié)構(gòu)的主要特征,2019/11/7,10,（1）高分子結(jié)構(gòu)的分類,高分子結(jié)構(gòu)：指組成高分子的不同尺度的結(jié)構(gòu)單元在空間的相對(duì)排列. 包括：①鏈的結(jié)構(gòu)（近程結(jié)構(gòu)和遠(yuǎn)程結(jié)構(gòu)） ②凝聚態(tài)結(jié)構(gòu),2019/11/7,11,2019/11/7,12,近程結(jié)構(gòu)：直接影響Tm、ρ、溶解性、粘度、粘附性。,凝聚態(tài)結(jié)構(gòu)： 決定Polymer制品使用性能的主要因素。,遠(yuǎn)程結(jié)構(gòu):（小分子沒有，大分子獨(dú)有）： 賦予高 分子鏈柔性，致使聚合物有高彈性。,聚合物結(jié)構(gòu)決定其性能：,2019/11/7,13,高分子的原子種類和排列 高分子結(jié)構(gòu)單元鍵接方式 支化與交聯(lián) 共聚物的序列結(jié)構(gòu) 構(gòu)型(Configuration),（2）高分子鏈近程結(jié)構(gòu),2019/11/7,14,A、鏈的原子種類和排列 Composition of Polymer Chain,,,,,,. 碳鏈高分子,雜鏈高分子,元素有機(jī)高分子,梯形和雙螺旋形高分子,端基,2019/11/7,15,碳鏈高分子： 主鏈全部由碳原子組成（有共價(jià)鍵連接而成） 由加成反應(yīng)得到：例如：PE、PP、PVC、PS、MMA。 特點(diǎn)：不溶于水，可塑性（可加工性）但耐熱性差。,雜鏈高分子： 主鏈中有兩種或兩種以上的原子組成，e.g:O、S、N. 由縮聚或開環(huán)反應(yīng)得到：e.g: PA（尼龍）、PET（滌綸）、PPO（聚苯醚）、PSU（聚砜）、POM（聚甲醛）、PPS（聚苯硫醚）。 特點(diǎn)：具有極性，易水解、醇解，耐熱性比較好，強(qiáng)度高。 可用作工程塑料。,2019/11/7,16,元素有機(jī)高分子： 主鏈中不含碳，含有Si、P、Ti、Al等元素， 特點(diǎn)：具有無機(jī)物的熱穩(wěn)定性，有機(jī)物的彈性和塑性。,e.g:,硅橡膠 -123 ℃使用，耐低溫性好,2019/11/7,17,梯形和雙螺旋形高分子：,e.g: PI 聚酰亞胺 可耐高溫 320 ℃ 模量都非常高 耐熱性非常好,2019/11/7,18,端基End Group ： 端基對(duì)polymer的力學(xué)性能沒有影響，但對(duì)熱穩(wěn)定性影響最大，要提高耐熱性，一般要對(duì)高分子鏈進(jìn)行封端。,e.g:,加入,封端，以提高PET耐熱性和控制分子量，以排除小分子 來調(diào)節(jié)分子量。,2019/11/7,19,取代基對(duì)聚合物的性能有重要影響,主鏈相同（如，碳鏈），取代基不同，聚合物的化學(xué)和物理性質(zhì)不同，取代基不同，形成了一系列聚合物品種 。 取代基的電子效應(yīng)和立體效應(yīng)對(duì)主鏈有影響，對(duì)主鏈之間的排列有影響，同時(shí)，取代基可賦予聚合物相應(yīng)化學(xué)與物理特性。 如：PE： －CH2－CH2－、 PTFE：－CF2－CF2－、 PP： －CH2－CH（CH3）－、 PS： －CH2－CH（C6H5）－（有芐基氫）、 PVC： －CH2－CHCl－、取代基對(duì)α—H有重要影響,2019/11/7,20,PTFE：－CF2－CF2－,,Molecular models of polytetraethylene,2019/11/7,21,有機(jī)氟高分子的結(jié)構(gòu)特點(diǎn),有機(jī)氟高分子的主鏈上帶有大量的氟原子， 氟原子吸引電子和束縛電子云的能力最強(qiáng)， 而且氟原子的原子半徑小、電子云密度大、電子云流動(dòng)性小，難極化，與碳原子形成的C—F鍵的鍵能比C—H鍵大， C—F鍵穩(wěn)定，不易被破壞。有機(jī)氟高分子特有的“α—氟代效應(yīng)”，使與C—F鍵相鄰的化學(xué)建均得到加強(qiáng)； 同時(shí)，氟原子的電子云對(duì)高分子主鏈（碳鏈）有強(qiáng)的屏蔽作用，這種強(qiáng)屏蔽作用對(duì)有機(jī)氟高分子（如，聚四氟乙烯等）主鏈起到了保護(hù)作用，這種特殊的高分子結(jié)構(gòu)可賦予有機(jī)氟高分子及其制品諸多優(yōu)異性能。,2019/11/7,22,有機(jī)氟高分子的特殊結(jié)構(gòu)可賦予有機(jī)氟高分子 及其制品諸多優(yōu)異性能,如高耐候性、高抗紫外線性和高耐化學(xué)性、高耐腐蝕性等化學(xué)特性。 同時(shí)，C—F鍵又有難極化的特點(diǎn)，這使有機(jī)氟高分子材料的表面能最低， 表面能低使氟材料表面有很好的拒水性、拒油性、耐沾污性和理想的生物穩(wěn)定性及相容性。,2019/11/7,23,有機(jī)氟高分子的化學(xué)特性：,最好的化學(xué)穩(wěn)定性： 高抗紫外線性、高耐候性、高耐化學(xué)性、高耐老化性 特異的表面性能—表面能最低： 拒水性好、拒油性好、耐沾污性好 理想的生物穩(wěn)定性和生物相容性： 優(yōu)異的光學(xué)性能： 可有低折射率、高透明性 優(yōu)異的電學(xué)性能： 低介電常數(shù)、高絕緣性 有機(jī)氟高分子材料被譽(yù)為“有機(jī)材料之王”。,2019/11/7,24,氟原子可賦予有機(jī)氟材料制品多種特性：,2019/11/7,25,有機(jī)氟材料是高性能材料，是極端惡劣環(huán)境條件下工程技術(shù)的首選材料，如：,氟塑料（塑料王）：聚四氟乙烯可在250℃的溫度下長(zhǎng)期使用，做化學(xué)反應(yīng)時(shí)，使用的攪拌片，攪拌塞多時(shí)用聚四氟乙烯制的； 氟涂料（如，不粘鍋涂料）可在有鹽、油、醋和高溫條件下長(zhǎng)期使用； 室溫固化建筑氟涂料有超耐候和超耐久性 ，其使用壽命可達(dá)20年以上，被稱為涂料王； 全氟聚醚硅橡膠的使用溫度范圍為-50℃—200℃，且高耐油、耐胺，是航空、航天和汽車中的理想的耐油密封材料； 全氟離子交換膜可在強(qiáng)堿和較高溫度工況下長(zhǎng)期使用。 有機(jī)氟材料在功能材料領(lǐng)域也占有重要地位。,2019/11/7,26,B 高分子結(jié)構(gòu)單元鍵接方式,頭—尾 頭—頭 尾—尾,,受紫外線照射易斷裂(PVC老化的原因),頭-尾連接,鍵接結(jié)構(gòu)：是指結(jié)構(gòu)單元在高分子鏈中的聯(lián)結(jié)方式（順序）,例如:,而,2019/11/7,27,聚乙烯醇(醇解度95%以上) 維尼綸：PVA + HCHO,聚醋酸乙烯酯水解得到,否則，纖維易吸水，性能變差,,實(shí)際要求Head-to-tail,,縮醛反應(yīng),2019/11/7,28,,C 支化與交聯(lián),圖1 高分子鏈的幾種模型,2019/11/7,29,線形高分子（linear polymer） ： 分子長(zhǎng)鏈可以蜷曲成團(tuán)。線形的分子間沒有化學(xué)建鍵結(jié)合，在受熱或者受力的情況下分子間可以相互移動(dòng)，因此線型高聚物可以在適當(dāng)?shù)娜軇┲腥芙?，加熱時(shí)可以熔融，易于加工成型。,,支化高分子（branching polymer）： 與線形高分子的化學(xué)性質(zhì)相似，但物理機(jī)械性能不同，線形分子易于結(jié)晶，故密度，熔點(diǎn)，結(jié)晶度和硬度方面都高于前者。 支化破壞了分子的規(guī)整性，故結(jié)晶度大大降低。,,2019/11/7,30,支化與交聯(lián)的性能差異: 支化的高分子可以溶解;交聯(lián)的高分子不溶解,在交聯(lián)度不大的情況下溶脹,不熔融的 熱固性塑料和硫化橡膠都是交聯(lián)高分子,交聯(lián)結(jié)構(gòu)的形成條件：若在縮聚反應(yīng)過程中有三個(gè)以上的官能度的單體存在；或在加聚過程中有自由基的鏈轉(zhuǎn)移反應(yīng)；或雙烯類單體中第二鍵的活化等都能生成的高分子。,交聯(lián)（ network polymer）: 高分子鏈之間通過支鏈連接成一個(gè)空間三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu),2019/11/7,31,用途：,1. LDPE ：薄膜材料、軟制品,2. HDPE ：硬制品、管材,3.交聯(lián)聚乙烯：海底電纜、電工器材,表1 PE鏈幾何形狀對(duì)其性能的影響,2019/11/7,32,eg: 橡膠硫化,未硫化:分子間容易滑動(dòng),受力后不能恢復(fù)原狀,硫化后: 不易滑動(dòng), 有可逆的彈性形變,注意:交聯(lián)度不同,性能也不相同; 如交聯(lián)度小的橡膠(含硫量5%),彈性好,交聯(lián)度大（20％～30％）的橡膠,彈性差,隨著交聯(lián)度的增加,機(jī)械強(qiáng)度和硬度都將增加,最后失去彈性而變脆.,2019/11/7,33,交聯(lián)的作用:,1.使分子在使用時(shí)克服分子間的流動(dòng),即提高強(qiáng)度,2.提高耐熱性,3. 提高抗溶劑性,即不容易溶解于有機(jī)溶劑,2019/11/7,34,D、共聚物的序列結(jié)構(gòu),共聚物：由兩種以上的單體鍵合而成的聚合物,以A、B兩種單體單元所構(gòu)成的共聚物為例，按連接方式可分為：,交替共聚物(alternating copolymer) ABABABABABABABA,無規(guī)共聚物(random copolymer) AABABBAA,嵌段共聚物(block copolymer) AAAAAABBBBBAAAAAA,接枝共聚物(graft copolymer) AAAAAAAAAAAAA,BBBB,,,2019/11/7,35,不同類型的共聚物，它們的性能也不相同，因此常用該法來對(duì)某種材料改性,舉例：苯乙烯St + 丁二烯B,a. 工程塑料ABS： 丙稀腈，丁二烯和苯乙烯的三元接枝共聚物，因此兼具三種組分的特性：質(zhì)硬、耐腐蝕、提高制品的拉伸強(qiáng)度和硬度。,,2019/11/7,36,a. 聚四氟乙烯＋六氟丙烯共聚,形成F-46－－熱塑性氟塑料,b. PMMA是很好的一種塑料，性能與PS相似，但由于存在極性的酯基，分子間作用力比PS大，所以流動(dòng)性差，不宜采用注塑成型。但是如果與少量St共聚，可以改善樹脂的流動(dòng)性，能采用注塑成型。 St與少量丙烯腈共聚，其沖擊強(qiáng)度，耐熱性，耐化學(xué)腐蝕都有所提高，可以制作耐油機(jī)件。,其他應(yīng)用,2019/11/7,37,E 構(gòu)型(Configuration),構(gòu)型：指分子中由化學(xué)鍵所固定的原子在空間的幾何排列。這種排列是穩(wěn)定的，要改變構(gòu)型必須經(jīng)過化學(xué)鍵的斷裂和重組。,2019/11/7,38,全同立構(gòu)：,高分子全部由一種旋光異構(gòu)單元鍵控而成 ——取代基全在平面的一側(cè),,全同立構(gòu)的聚苯乙烯結(jié)構(gòu)比較規(guī)整，能結(jié)晶，熔點(diǎn)為240℃。不易溶解,全同立構(gòu)聚丙烯（i-PP）， ，堅(jiān)韌可紡絲，也可作高結(jié)晶性工程塑料,,實(shí)例,2019/11/7,39,,間同立構(gòu)：,由兩種族光異構(gòu)單元交替鍵接 ——取代基間接分布在平面兩側(cè),間同l立構(gòu)s-PP正在工業(yè)化 間同立構(gòu)PS（s-PS）為工程塑料,,實(shí)例,2019/11/7,40,,無規(guī)立構(gòu)：,兩種旋光異構(gòu)單元完全無規(guī)鍵接——取代基無規(guī)則分布在平面兩側(cè),無規(guī)立構(gòu)的聚苯乙烯結(jié)構(gòu)不規(guī)整不能結(jié)晶，軟化溫度為80 ℃ 。溶于苯,,實(shí)例,2019/11/7,41,注意：高分子鏈雖然含有許多不對(duì)稱碳原子，但由于內(nèi)消旋或外消旋作用，即使空間規(guī)整性很好的高聚物，也沒有旋光性。,