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| 內容簡介： |
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《高分子成型加工理论》是***一流本科课程“高分子成型加工理论”的配套教材，系统介绍高分子材料成型加工基本原理和技术，旨在使学生掌握扎实的理论基础和实践技能，以便在今后的工作和研究中能够熟练应用高分子成型加工技术。《高分子成型加工理论》主要包括高分子材料基础、高分子材料的成型加工性质及加工过程、高分子材料的加工流动与流变行为、高分子材料成型配方设计与组分、模压成型工艺、挤出成型工艺、注塑成型工艺、压延成型工艺等内容，以及各种成型机械的结构、成型设备工作原理、物料的混合与分散、成型方法和工艺、成型产品后处理等内容。
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目录前言第1章 绪论 11.1 高分子材料的性质与分类 11.2 高分子材料成型加工特点及工程应用 41.2.1 高分子材料成型加工定义 41.2.2 高分子材料特征 51.2.3 高分子材料的工程特征 61.2.4 高分子材料及制品性能 71.3 高分子材料成型加工的发展 71.3.1 高分子材料成型加工的过程和主要方法 71.3.2 高分子材料成型加工的发展概况 81.4 高分子材料成型制品在交通领域中的应用 91.4.1 塑料及其复合材料制品在交通领域中的应用 91.4.2 橡胶制品在交通领域中的应用 14第2章 高分子材料的成型加工性质及加工过程 172.1 高分子材料的成型加工性质 172.1.1 高分子材料的可挤压性 172.1.2 高分子材料的可模塑性 192.1.3 高分子材料的可纺性 202.1.4 高分子材料的可延性 212.2 高分子材料成型加工方法与聚集态关系 222.2.1 高分子材料的聚集态及其转变过程 222.2.2 高分子材料在加工过程中的黏弹行为 242.3 高分子制品的力学性质 272.3.1 分子量及其分布 272.3.2 分子量及其分布对成型加工的影响 282.4 高分子制品的热性质 312.5 高分子制品的结晶性能 332.5.1 聚合物的结晶及其影响因素 332.5.2 成型过程中影响结晶的因素 342.6 高分子制品加工流动缺陷 352.6.1 高分子流体的弹性原理 352.6.2 包轴效应 352.6.3 端口效应 362.6.4 离模膨胀 382.6.5 熔体破裂 412.6.6 鲨鱼皮症 44第3章 高分子材料的加工流动与流变行为 463.1 聚合物熔体流动的基本概念 463.1.1 高分子流体的流动类型 463.1.2 剪切速率和速度梯度 483.2 聚合物熔体的流变行为 503.2.1 牛顿流体及其流变行为 503.2.2 非牛顿流体及其流变行为 513.2.3 热塑性和热固性高分子流体的流变行为的不同 593.3 聚合物熔体的主要影响因素 603.3.1 剪切的影响 603.3.2 温度的影响 623.3.3 压力的影响 643.3.4 高分子结构因素和组成的影响 653.4 聚合物熔体在圆管和狭缝中的流动 713.4.1 牛顿流体在圆管中的压力流动 713.4.2 非牛顿流体在圆管中的压力流动 743.4.3 圆管中的非等温流动 783.4.4 高分子流体在狭缝通道内的等温流动 793.4.5 高分子流体在环隙通道内的轴向拖曳流动 80第4章 高分子材料成型配方设计与组分 824.1 高分子材料成型加工配方设计原则 824.1.1 配方设计的依据 824.1.2 配方设计的原则和步骤 834.1.3 配方的设计方法 834.2 物料的混合与分散 874.2.1 混合设备 874.2.2 混合机理 974.2.3 混合的分类 1024.2.4 混合状态（或效果）的表征 104第5章 模压成型工艺 1095.1 热固性塑料的模压成型 1095.1.1 概述 1095.1.2 热固性模塑料的成型工艺性能 1095.2 模压成型设备及基本结构 1115.2.1 压机 1115.2.2 模具 1125.3 模压成型工艺特点及流程 1145.4 模压成型工艺及控制 1165.4.1 模压压力 1175.4.2 模压温度 1185.4.3 模压时间 1185.5 模压成型工艺设计及实例 1205.5.1 橡胶制品的模型硫化 1205.5.2 模压成型实例 127第６章 挤出成型工艺 1316.1 挤出成型设备及基本结构 1316.1.1 单螺杆挤出机 1316.1.2 双螺杆挤出机 1366.1.3 挤出成型原理 1396.2 挤出成型特点及流程 1486.2.1 挤出成型特点 1486.2.2 典型塑料制品的挤出成型 1486.2.3 其他类型的挤出 1546.2.4 挤出成型的工艺流程 1556.3 挤出成型工艺及控制 1566.3.1 挤管工艺 1566.3.2 挤出成型过程的主要工艺参数控制 1576.3.3 化学纤维的熔体纺丝 1586.3.4 橡胶挤出 1606.4 挤出成型工艺设计及实例 162第7章 注塑成型工艺 1647.1 注塑成型设备及基本结构 1647.1.1 注射机的分类 1647.1.2 注射机的基本结构 1657.1.3 注射机的规格型号及基本参数 1707.2 注塑成型特点及流程 1737.2.1 塑化过程 1737.2.2 注射充模过程 1787.3 注塑成型工艺及控制 1787.3.1 注塑成型工艺过程 1787.3.2 注塑成型工艺条件的控制 1817.4 注塑成型工艺设计及实例 1847.4.1 热塑性塑料的注塑成型工艺过程 1857.4.2 橡胶的注塑成型工艺过程 190第8章 压延成型工艺 1968.1 压延成型设备及基本结构 1968.2 压延成型特点及流程 1988.2.1 压延成型的特点 1988.2.2 压延成型流程 1988.3 压延成型工艺及控制 1998.3.1 制品厚度调整机构 1998.3.2 传动机构与辅助装置 2008.3.3 压延成型原理 2008.3.4 物料在压延过程中压缩和延伸变形 2038.3.5 物料在压延辊筒间隙的流速分布 2048.3.6 压延工艺的控制 2068.4 压延成型工艺设计及实例 207参考文献 210
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第1章绪论 1.1 高分子材料的性质与分类 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，其发展史也是一部材料的发展史，材料与人类的发展与进步息息相关，材料的每一次重大发现及其大规模制造和使用，都推动着人类社会向更新更高的阶段发展。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，以及以水泥、玻璃、塑料、橡胶等为代表的非金属材料时代，21世纪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。 图1-1 材料四要素关系 习惯上将材料分为金属材料、无机非金属材料和有机高分子材料（通常称为高分子材料）三大类。但从本质上看，无论哪一种材料都包含四个要素，即材料的合成（加工）、材料的结构（成分）、材料的性质和材料的使用性能。这四个要素是相互关联、相互制约的，如图1-1所示。 （1）材料的性质是新材料创造、发展及生产过程中研究者*关注的中心问题。 （2）材料的结构决定了它的性质和使用性能，也影响着它的加工性能。而为了实现某种性质和使用性能，又提出了材料结构与成分的可设计性。 （3）材料的结构受材料合成和加工制约。 （4）为完成某一特定的使用目的制造的材料（制品），必须是*经济的，且符合社会的规范，具有可持续发展性。 在材料的制备方法、结构与性能的关系、材料的使用方面，各种材料都是相互借鉴、相互渗透、相互补充的。作为材料，必须具备如下特点：①一定的组成；②可加工性；③形状保持性；④使用性能；⑤经济性；⑥再生性。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；年轻，指的是从科学和工程的意义上研究高分子材料，从半合成和合成高分子材料出现至今，还不到一个半世纪。 高分子材料是一定配比的高分子化合物（由主要成分树脂或橡胶和次要成分添加剂组成）在成型设备中，受一定温度和压力的作用熔融塑化，然后通过模塑制成一定形状，冷却后在常温下能保持既定形状的材料制品。因此，适宜的材料组成、正确的成型加工方法和合理的成型机械与模具是制备性能良好的高分子材料的三个关键因素，它们的关系如图?1-2所示。 图1-2 制造高分子材料的三个关键因素 材料的组成及各成分之间的配比从根本上保证了制品的性能，而作为主要成分的高分子化合物则对制品性能起主要的作用。高分子材料通常指塑料、橡胶、化学纤维、涂料、黏合剂等。 本书着重讨论塑料和橡胶制品。它们是分子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转变温度，塑料的玻璃化转变温度高于室温，在室温下通常处于玻璃态，呈现塑性；橡胶的玻璃化转变温度低于室温，在室温下通常处于高弹态，呈现弹性。 塑料的分类方法有很多，如按来源分，可将其分为改性天然材料和合成塑料，合成塑料又可按聚合方法分为缩聚物、加聚物、逐步加成物；按化学结构和是否具有多次重复加工性，塑料可以分为热固性塑料和热塑性塑料，如图1-3所示。 图1-3 按生产方式、反应和结构对塑料的分类 必须指出：热塑性塑料成型加工中产生的边角料、次品经过一定的处理后，可掺入原料中重复使用，其回收的废弃物也可再利用。而热固性塑料没有反复加工性，不能重复塑制，*多粉碎后作填料。热塑性塑料和热固性塑料比较见表1-1。 按用途和性能，塑料又可分为通用塑料和工程塑料。工程塑料是指拉伸强度大于50MPa，冲击强度大于6kJ/m2，具有长期耐热温度超过100℃、刚性好、蠕变小、自润滑、电绝缘、耐腐蚀性优良等特点，可替代金属用作结构件的塑料，见表1-2。但这种分类并不十分严格，随着通用塑料工程化（也称优质化）技术的发展，经过改性或合金化的通用塑料可在某些应用领域替代工程塑料。 橡胶是室温下具有黏弹性的高分子化合物，在适当配位剂存在下，一定温度和压力下硫化（适度交联）而制得的弹性体材料。橡胶制品按用途和性能也可分为通用橡胶和特种橡胶，见表1-3。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，可广泛用于轮胎和其他一般橡胶制品的橡胶。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、耐辐射等特殊使用要求的用于橡胶制品的橡胶。同样，这种分类并不严格。 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，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。冷却时这种网状结构又复原。由于热塑性弹性体具有塑料和橡胶的加工性和使用性，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-苯乙烯（SBS）、苯乙烯-异戊二烯-苯乙烯（SIS）、氢化SBS（SEBS）等苯乙烯嵌段共聚物，聚烯烃共混物，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，如黏胶纤维、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合物经纺丝而成，常见的有聚酯纤维（涤纶）、聚酰胺纤维（锦纶或尼龙）、聚乙烯醇缩醛纤维（维纶）、聚丙烯腈纤维（腈纶）、聚丙烯纤维（丙纶）、聚氯乙烯纤维（氯纶）等。 随着使用性能和加工性能要求的提高以及应用领域的拓展，高分子合金（也称塑料合金）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。 1.2 高分子材料成型加工特点及工程应用 1.2.1 高分子材料成型加工定义 高分子材料及其制品的*初原料来自天然的石油、煤、天然气等，经过一系列原料加工、化学合成和聚合反应得到聚合物，再通过成型加工制得高分子材料制品。图1-4展示了高分子材料学科在化学工业中的位置以及高分子材料成型加工在高分子材料科学与工程体系中的位置。 图1-4 高分子材料科学与工程体系 高分子材料成型加工的定义为：高分子材料（由高分子化合物和添加剂组成）通过成型加工工艺变为具有实用性的材料或制品过程的工程技术。研究内容包括：高分子材料如何通过成型加工制成具有一定性能的制品；材料的不同品种与成型加工方法的关系；同样的材料用不同的加工工艺方法或加工工艺条件，所得制品的性能为何不同；制品的性能与材料本身的性质有何关系等。 传统的、狭义的高分子材料成型加工工艺过程，如挤出成型、注塑成型、模压成型、吹塑成型，以及混合和分散等过程被当作高分子材料加工的“单元操作”。而广义的成型加工工艺组成中，在考虑加工操作的范畴时，熔融、成型、固化以及加工阶段的化学变化、物理变化都是加工工艺的组成要素。因此，高分子材料成型加工进一步定义为，要求通过共混、反应及分子组装等高分子材料加工方法获得新的性能及功能，要求利用外场、温度、时间等组合控制材料非平衡态结构以获得特殊性能及功能。 因此，高分子材料成型加工并不是简单的工艺操作过程或由各个单元操作组成，而是高分子材料的外形控制与内部结构演变（结构化）的过程。其与传质、混合、固体力学、聚合物流变学、高分子化学、高分子物理等工程原理和科学基础密切相关，见图1-5。 图1-5 高分子材料成型加工概念 1.2.2 高分子材料特征 表1-4列出了具有代表性的金属材料、无机非金属材料、高分子材料（塑料）的主要物性。 与其他材料相比，高分子材料（以塑料为例）具有以下特性：①质轻，密度低；②拉伸强度和拉伸模量较低，韧性优良，但有些塑料的比强度（强度与密度之比）接近或超过金属材料；③传热系数小；④电气绝缘性优良；⑤成型加工性优良；⑥减震、消音性能良好；⑦具有优良的减磨、耐磨和自润滑性能；⑧耐腐蚀性能优良，有较好的化学稳定性；⑨透光性良好；⑩着色性良好；可赋予成品各种特殊的功能；长期使用性能较差；热膨胀系数大；耐热性较差；可燃烧。 高分子材料的这些特性主要由它的结构决定，也与高分子材料成型加工工艺有关。 1.2.3 高分子材料的工程特征 由于高分子材料结构上的特殊性，其性能是可变的，因此高分子材料成型加工方法具有多样性，即同样的高分子材料，通过不同的成型加工过程（包括加工工艺条件），制得高分子材料制品的性能是不一样的。例如，塑料薄膜可以由吹塑、压延、挤出拉幅、流延四种成型加工方法生产，不同成型加工工艺生产的薄膜具有不同的特性，因此应用于不同的场合。也正是四种工艺生产的塑料薄膜具有不同的性能，才使薄膜四种成型加工方法的同时存在具有可能。 高分子材料的性能取决于材料本身及成型加工过程中产生的附加性质，而成型加工过程中产生的附加性质有些是有目的产生的（如橡胶交联等），有些是自发产生的，自发产生的附加性质有些对制品是有利的（如结晶、取向、交联等），有些是不利的（如降解等）。对有利的附加性质要加以利用，不利的要限制、减缓。 高分子材料不同，应选用不同的加工方法、工艺条件，而同样的高分子材料，若对其制品性能要求不同，也应选用不同的加工方法、工艺条件。由此可见，高分子材料成型加工不仅仅是简单的工艺操作，高分子材料-成型加工工艺-材料及制品性能是相互关联的，高分子材料及制品的性能很大程度上随加工工艺过程和条件而变。 高分子材料成型加工课程将依“高分子材料—成型加工工艺—材料及制品性能”这条主线展开教学内容，重点介绍高分子材料、成型加工工艺、材料及制品性能三者的关系，强调成型加工对制品性能的重要性，即高分子材料制品的性能既与材料本身的性质有关，又在很大程度上受成型加工过程所产生的附加性质的影响，这就是高分子材料的工程特征，也是本课程的主体思想。
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