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1、 塑料成型加工基础塑料成型加工基础材料加工材料加工3121班班2013年上期年上期教师：杨中文教师：杨中文 3/12/20231教材：教材：高分子物理（化工版高分子物理（化工版 侯文顺、侯文顺、杨宗伟主编）杨宗伟主编）高分子材料加工基本工艺（化高分子材料加工基本工艺（化工版工版 王加龙主编）王加龙主编）参考书：参考书：塑料成型工艺塑料成型工艺（化学工业（化学工业出版社，杨中文主编）出版社，杨中文主编）3/12/20232学习方式采用项目教学法：通过布置“工作任务、问题咨询、计划决策、实施指导、检查与评价、项目总结”进行实施1、分小组接受工作任务，成立项目组，组长及组员；2、教师解读任务书，教师
2、与组长签订完成任务合同书；3、制订完成项目任务计划及学习相关知识4、项目计划实施5、项目任务完成检查与评价6、项目完成情况总结3/12/20233课程主要内容：课程主要内容：三个模块三个模块1 1、膜片类塑料的制作、膜片类塑料的制作 2 2、管与型材类塑料的制作、管与型材类塑料的制作 3 3、单个塑料件制作、单个塑料件制作八个项目八个项目1 1、塑料疏菜大棚膜的制作（、塑料疏菜大棚膜的制作（1616学时）学时）2 2、服装面料塑料膜的制作（、服装面料塑料膜的制作（1616学时）学时）3 3、塑料管材的制作（、塑料管材的制作（1616学时）学时）4 4、塑料门窗型材的制作（、塑料门窗型材的制作（
3、1616学时）学时）5 5、塑料打包带的制作、塑料打包带的制作(16(16学时学时)6 6、塑料饭盒的制作、塑料饭盒的制作(16(16学时学时)7 7、塑料果盘的制作、塑料果盘的制作(16(16学时学时)8 8、塑料搪塑件的制作、塑料搪塑件的制作(16(16学时学时)3/12/20234项目一、塑料疏菜大棚膜的制作项目一、塑料疏菜大棚膜的制作教学任务教学任务1 1、塑料膜类型及常用原料、塑料膜类型及常用原料2 2、蔬菜大棚膜的性能要求分析及标准、蔬菜大棚膜的性能要求分析及标准3 3、蔬菜大棚膜的原料选择及配方、蔬菜大棚膜的原料选择及配方4 4、蔬菜大棚膜制作方案、蔬菜大棚膜制作方案5 5、蔬菜
4、大棚膜生产经济与环保评估、蔬菜大棚膜生产经济与环保评估3/12/202351 1、塑料膜类型及常用原料、塑料膜类型及常用原料一、塑料膜的类型一、塑料膜的类型 1 1、按用途分：农用膜、包装膜、功能膜；、按用途分：农用膜、包装膜、功能膜；2 2、按生产方法分：挤出吹塑膜、平挤膜、压延、按生产方法分：挤出吹塑膜、平挤膜、压延膜、流涎膜；膜、流涎膜；3 3、按材料分：聚乙烯膜、聚丙烯膜、聚氯乙烯、按材料分：聚乙烯膜、聚丙烯膜、聚氯乙烯膜、聚酯膜、聚酰胺膜。膜、聚酯膜、聚酰胺膜。二、塑料膜生产常用原料二、塑料膜生产常用原料 用于塑料膜生产的常用原料：用于塑料膜生产的常用原料：PEPE、PPPP、PVC
5、PVC、PETPET、PAPA等等3/12/20236二、塑料膜生产常用原料二、塑料膜生产常用原料用于塑料膜生产的常用原料：用于塑料膜生产的常用原料：PEPE、PPPP、PVCPVC、PETPET、PAPA等等1 1、聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯的分子结构、聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯的分子结构3/12/202372 2、高分子链结构、高分子链结构 高分子链的近程结构和远程结构。高分子链的近程结构和远程结构。近程结构介绍高分子链结构单元的化学组近程结构介绍高分子链结构单元的化学组成、键接方式、立体构型、支化与交联和端成、键接方式、立体构型、支化与交联和端基等内容；基等内容；远程结构包括单个高分子的大小
6、和柔顺性。远程结构包括单个高分子的大小和柔顺性。3/12/20238大分子链都是由数目很大的结构单元通过共价键连结而成大分子链都是由数目很大的结构单元通过共价键连结而成大分子链的几何形状分为线形、支链、网状结构大分子大分子链的几何形状分为线形、支链、网状结构大分子大分子链的单键若无空间阻碍时，由内旋转呈现无数构象，大分子链的单键若无空间阻碍时，由内旋转呈现无数构象，从而使高分子链具有柔性。（高分子材料具有高弹性）从而使高分子链具有柔性。（高分子材料具有高弹性）大分子链之间靠范德华力作用结合（静电力、诱导力、氢大分子链之间靠范德华力作用结合（静电力、诱导力、氢键等），从而形成晶态、非晶态、取向态
7、、织态结构的聚键等），从而形成晶态、非晶态、取向态、织态结构的聚合物。合物。高分子链结构具有不均一性（聚合度及分子量大小不一样）高分子链结构具有不均一性（聚合度及分子量大小不一样）高分子结构的主要特征高分子结构的主要特征3/12/20239（1）高分子结构的分类）高分子结构的分类 高分子结构：指组成高分子的不同尺度的结构单高分子结构：指组成高分子的不同尺度的结构单元在空间的相对排列元在空间的相对排列.包括：包括：链的结构（近程结构和远程结构）链的结构（近程结构和远程结构）凝聚态结构凝聚态结构3/12/202310高高分分子子结结构构(microstructure)链结构链结构（chain）单个
8、分子的单个分子的结结构构和和形态形态(morphology)近程结构近程结构（一级结构）：是构成聚合物（一级结构）：是构成聚合物最基本的微观结构，包括高分子基本的最基本的微观结构，包括高分子基本的结构单元的化学结构和立体化学结构结构单元的化学结构和立体化学结构.其其中前者包括高分子中前者包括高分子链的原子种类、排列、链的原子种类、排列、取代基和端基的种类、单体单元的链接取代基和端基的种类、单体单元的链接方式、支链的类型和长度方式、支链的类型和长度等等。构型：构型：是指原子的取代基在空间的排列：是指原子的取代基在空间的排列：包括几何异构和立体异构。包括几何异构和立体异构。远程结构远程结构（二级结
9、构）：指单个大分（二级结构）：指单个大分子的大小和在空间的存在的各种形状子的大小和在空间的存在的各种形状（形态、构象）例如：伸直链、无规（形态、构象）例如：伸直链、无规线团、折叠链。线团、折叠链。凝聚态结构凝聚态结构：是指大分子之间的几何排列（如何堆砌的）包括是指大分子之间的几何排列（如何堆砌的）包括晶态结构，非晶态，取向态，液晶态，织态等结构。是在加工晶态结构，非晶态，取向态，液晶态，织态等结构。是在加工过程中形成的，是由微观结构向宏观结构过渡的状态。过程中形成的，是由微观结构向宏观结构过渡的状态。3/12/202311近程结构近程结构：直接影响直接影响Tm、溶解性、粘度、粘附性。、溶解性、
10、粘度、粘附性。凝聚凝聚态结构态结构：决定决定Polymer制品使用性能的主要因素制品使用性能的主要因素。远程结构远程结构:（小分子没有，大分子独有）：（小分子没有，大分子独有）：赋予高赋予高 分子链柔性，致使聚合物有高弹性。分子链柔性，致使聚合物有高弹性。聚合物结构决定其性能：聚合物结构决定其性能：3/12/202312 高分子的原子种类和排列高分子的原子种类和排列高分子结构单元键接方式高分子结构单元键接方式支化与交联支化与交联共聚物的序列结构共聚物的序列结构构型构型(Configuration)（2）高分子链近程结构）高分子链近程结构3/12/202313A、链的原子种类和排列、链的原子种类
11、和排列 Composition of Polymer Chain.碳链高分子碳链高分子杂链高分子杂链高分子元素有机高分子元素有机高分子 梯形和双螺旋形高分子梯形和双螺旋形高分子端基端基3/12/202314 碳链高分子：碳链高分子：主链全部由碳原子组成（有共价键连接而成）主链全部由碳原子组成（有共价键连接而成）由加成反应得到：例如：由加成反应得到：例如：PE、PP、PVC、PS、MMA。特点：不溶于水，可塑性（可加工性）但耐热性差。特点：不溶于水，可塑性（可加工性）但耐热性差。杂链高分子：杂链高分子：主链中有两种或两种以上的原子组成，主链中有两种或两种以上的原子组成，e.g:O、S、N.由缩聚
12、或开环反应得到：由缩聚或开环反应得到：e.g:PA（尼龙）、尼龙）、PET（涤纶）、涤纶）、PPO（聚苯醚）、聚苯醚）、PSU（聚砜）、聚砜）、POM（聚甲醛）、聚甲醛）、PPS（聚聚苯硫醚）。苯硫醚）。特点：具有极性，易水解、醇解，耐热性比较好，强度高。特点：具有极性，易水解、醇解，耐热性比较好，强度高。可用作工程塑料。可用作工程塑料。3/12/202315元素有机高分子：元素有机高分子：主链中不含碳，含有主链中不含碳，含有Si、P、Ti、Al等元素，等元素，特点：具有无机物的热稳定性，有机物的弹性和塑性。特点：具有无机物的热稳定性，有机物的弹性和塑性。e.g:硅橡胶硅橡胶 -123 使用，
13、耐低温性好使用，耐低温性好3/12/202316梯形和双螺旋形高分子梯形和双螺旋形高分子：e.g:PI 聚酰亚胺聚酰亚胺 可耐高温可耐高温 320 模量都非常高模量都非常高 耐热性非常好耐热性非常好 3/12/202317端基端基End Group：端基对端基对polymer的力学性能没有影响，但对热稳定性影响的力学性能没有影响，但对热稳定性影响最大，要提高耐热性，一般要对高分子链进行封端。最大，要提高耐热性，一般要对高分子链进行封端。e.g:加入加入封端，以提高封端，以提高PET耐热性和控制分子量，以排除小分子耐热性和控制分子量，以排除小分子来调节分子量。来调节分子量。3/12/202318
14、取代基对聚合物的性能有重要影响主链相同（如，碳链），取代基不同，聚合物的化学和物理性质主链相同（如，碳链），取代基不同，聚合物的化学和物理性质不同，取代基不同，形成了一系列聚合物品种不同，取代基不同，形成了一系列聚合物品种 。取代基的电子效应和立体效应对主链有影响，对主链之间的排列取代基的电子效应和立体效应对主链有影响，对主链之间的排列有影响，同时，取代基可赋予聚合物相应化学与物理特性。有影响，同时，取代基可赋予聚合物相应化学与物理特性。如：如：PEPE：CHCH2 2CHCH2 2、PTFEPTFE：CFCF2 2CFCF2 2、PPPP：CHCH2 2CHCH（CHCH3 3）、）、PSP
15、S：CHCH2 2CHCH（C C6 6H H5 5）（有苄基氢）、）（有苄基氢）、PVCPVC：CHCH2 2CHClCHCl、取代基对取代基对HH有重要影响有重要影响3/12/202319PTFE：CF2CF2Molecular models of polytetraethylene3/12/202320有机氟高分子的结构特点有机氟高分子的结构特点有机氟高分子的主链上带有大量的氟原子，有机氟高分子的主链上带有大量的氟原子，氟原子吸引电子和束缚电子云的能力最强，氟原子吸引电子和束缚电子云的能力最强，而且氟原子的原子半径小、电子云密度大、电子云流动性而且氟原子的原子半径小、电子云密度大、电子云
16、流动性小，难极化，与碳原子形成的小，难极化，与碳原子形成的C CF F键的键能比键的键能比C CH H键大，键大，C CF F键稳定，不易被破坏。有机氟高分子特有的键稳定，不易被破坏。有机氟高分子特有的“氟氟代效应代效应”，使与，使与C CF F键相邻的化学建均得到加强；键相邻的化学建均得到加强；同时，氟原子的电子云对高分子主链（碳链）有强的屏蔽同时，氟原子的电子云对高分子主链（碳链）有强的屏蔽作用，这种强屏蔽作用对有机氟高分子（如，聚四氟乙烯作用，这种强屏蔽作用对有机氟高分子（如，聚四氟乙烯等）主链起到了保护作用，这种特殊的高分子结构可赋予等）主链起到了保护作用，这种特殊的高分子结构可赋予有
17、机氟高分子及其制品诸多优异性能。有机氟高分子及其制品诸多优异性能。3/12/202321有机氟高分子的特殊结构可赋予有机氟高分子及其制品诸多优异性能如如高高耐耐候候性性、高高抗抗紫紫外外线线性性和和高高耐耐化化学学性性、高高耐腐蚀性等化学特性。耐腐蚀性等化学特性。同同时时，C CF F键键又又有有难难极极化化的的特特点点，这这使使有有机机氟氟高分子材料的表面能最低，高分子材料的表面能最低，表表面面能能低低使使氟氟材材料料表表面面有有很很好好的的拒拒水水性性、拒拒油油性、耐沾污性和理想的生物稳定性及相容性。性、耐沾污性和理想的生物稳定性及相容性。3/12/202322有机氟高分子的化学特性：有机
18、氟高分子的化学特性：最好的化学稳定性：最好的化学稳定性：高抗紫外线性、高耐候性、高耐化学性、高耐老化性高抗紫外线性、高耐候性、高耐化学性、高耐老化性特异的表面性能特异的表面性能表面能最低：表面能最低：拒水性好、拒油性好、耐沾污性好拒水性好、拒油性好、耐沾污性好理想的生物稳定性和生物相容性：理想的生物稳定性和生物相容性：优异的光学性能：优异的光学性能：可有低折射率、高透明性可有低折射率、高透明性优异的电学性能：优异的电学性能：低介电常数、高绝缘性低介电常数、高绝缘性 有机氟高分子材料被誉为有机氟高分子材料被誉为“有机材料之王有机材料之王”。3/12/202323氟原子可赋予有机氟材料制品多种特性
19、：3/12/202324有机氟材料是高性能材料，是极端恶劣环境条件下有机氟材料是高性能材料，是极端恶劣环境条件下工程技术的首选材料，如：工程技术的首选材料，如：氟塑料（塑料王）：聚四氟乙烯可在氟塑料（塑料王）：聚四氟乙烯可在250250的温度下长期的温度下长期使用，做化学反应时，使用的搅拌片，搅拌塞多时用聚四使用，做化学反应时，使用的搅拌片，搅拌塞多时用聚四氟乙烯制的；氟乙烯制的；氟涂料（如，不粘锅涂料）可在有盐、油、醋和高温条氟涂料（如，不粘锅涂料）可在有盐、油、醋和高温条件下长期使用；件下长期使用；室温固化建筑氟涂料有超耐候和超耐久性室温固化建筑氟涂料有超耐候和超耐久性 ，其使用寿命，其使
20、用寿命可达可达2020年以上，被称为涂料王；年以上，被称为涂料王；全氟聚醚硅橡胶的使用温度范围为全氟聚醚硅橡胶的使用温度范围为-50200-50200，且高，且高耐油、耐胺，是航空、航天和汽车中的理想的耐油密封材耐油、耐胺，是航空、航天和汽车中的理想的耐油密封材料；料；全氟离子交换膜可在强碱和较高温度工况下长期使用。全氟离子交换膜可在强碱和较高温度工况下长期使用。有机氟材料在功能材料领域也占有重要地位。有机氟材料在功能材料领域也占有重要地位。3/12/202325B 高分子结构单元键接方式高分子结构单元键接方式头头尾尾 头头头头 尾尾尾尾受紫外线照射易断裂受紫外线照射易断裂(PVC老化的原因老
21、化的原因)头头-尾连接尾连接键接结构：键接结构：是指结构单元在高分子链中的联结方式（是指结构单元在高分子链中的联结方式（顺序）顺序）顺序）顺序）例如例如:而而3/12/202326聚乙烯醇聚乙烯醇(醇解度醇解度95%以上以上)维尼纶：维尼纶：PVA+HCHO聚醋酸乙烯酯水解得到聚醋酸乙烯酯水解得到否则，纤维易吸水，性能变差否则，纤维易吸水，性能变差实际要求实际要求Head-to-tail缩醛反应缩醛反应3/12/202327C 支化与交联支化与交联图图1 高分子链的几种模型高分子链的几种模型3/12/202328线形高分子（线形高分子（linear polymer）：分子长链可以蜷曲成团。线形
22、的分子间没有化学建键分子长链可以蜷曲成团。线形的分子间没有化学建键结合，在受热或者受力的情况下分子间可以相互移动，结合，在受热或者受力的情况下分子间可以相互移动，因此因此线型高聚物可以在适当的溶剂中溶解，加热时可线型高聚物可以在适当的溶剂中溶解，加热时可以熔融，易于加工成型。以熔融，易于加工成型。支化高分子（支化高分子（branching polymer）：）：与线形高分子的化学性质相似，但物理机械性能不同，与线形高分子的化学性质相似，但物理机械性能不同，线形分子易于结晶，故密度，熔点，结晶度和硬度方面都线形分子易于结晶，故密度，熔点，结晶度和硬度方面都高于前者。高于前者。支化破坏了分子的规整
23、性，故结晶度大大降低。支化破坏了分子的规整性，故结晶度大大降低。3/12/202329支化与交联的性能差异支化与交联的性能差异:支化的高分子可以溶解支化的高分子可以溶解;交联的高分子不溶解交联的高分子不溶解,在交联度不大在交联度不大的情况下溶胀的情况下溶胀,不熔融的不熔融的热固性塑料和硫化橡胶都是交联高分子热固性塑料和硫化橡胶都是交联高分子交联结构的形成条件：若在缩聚反应过程中有三个以上的交联结构的形成条件：若在缩聚反应过程中有三个以上的官能度的单体存在；或在加聚过程中有自由基的链转移反官能度的单体存在；或在加聚过程中有自由基的链转移反应；或双烯类单体中第二键的活化等都能生成的高分子。应；或双
24、烯类单体中第二键的活化等都能生成的高分子。交联（交联（network polymer）:高分子链之间通过支链连接成一个空间三维网状结构高分子链之间通过支链连接成一个空间三维网状结构3/12/202330PE种类种类链的几何形链的几何形状状 (%)拉伸强度拉伸强度t(kg/cm2)Tm最高使用最高使用温度温度LDPE支化结构支化结构0.910.94607070150105 80100HDPE线形结构线形结构0.950.9795210370135 120交联交联PE交联结构交联结构0.951.40-100210-135用途用途：1.LDPE：薄膜材料、软制品：薄膜材料、软制品2.HDPE：硬制品、
25、管材：硬制品、管材3.交联聚乙烯：海底电缆、电工器材交联聚乙烯：海底电缆、电工器材表表1 PE链几何形状对其性能的影响链几何形状对其性能的影响3/12/202331eg:橡胶硫化橡胶硫化未硫化未硫化:分子间容易滑动分子间容易滑动,受力后不能恢复原状受力后不能恢复原状硫化后硫化后:不易滑动不易滑动,有可逆的弹性形变有可逆的弹性形变注意注意:交联度不同交联度不同,性能也不相同性能也不相同;如交联度小的橡胶如交联度小的橡胶(含硫量含硫量5%),弹性好弹性好,交联度大（交联度大（2030）的橡）的橡胶胶,弹性差弹性差,随着交联度的增加随着交联度的增加,机械强度和硬度都将增机械强度和硬度都将增加加,最后
26、失去弹性而变脆最后失去弹性而变脆.3/12/202332交联的作用交联的作用:1.使分子在使用时克服分子间的流动使分子在使用时克服分子间的流动,即提高强度即提高强度2.提高耐热性提高耐热性3.提高抗溶剂性提高抗溶剂性,即不容易溶解于有机溶剂即不容易溶解于有机溶剂3/12/202333D、共聚物的序列结构、共聚物的序列结构共聚物：由两种以上的单体键合而成的聚合物共聚物：由两种以上的单体键合而成的聚合物以以A、B两种单体单元所构成的共聚物为例，按连接方式可分为：两种单体单元所构成的共聚物为例，按连接方式可分为：交替共聚物交替共聚物(alternating copolymer)ABABABABABA
27、BABA无规共聚物无规共聚物(random copolymer)AABABBAA嵌段共聚物嵌段共聚物(block copolymer)AAAAAABBBBBAAAAAA接枝共聚物接枝共聚物(graft copolymer)AAAAAAAAAAAAABBBB3/12/202334不同类型的共聚物，它们的性能也不相同，因此常用不同类型的共聚物，它们的性能也不相同，因此常用该法来对某种材料改性该法来对某种材料改性举例：苯乙烯举例：苯乙烯St+丁二烯丁二烯Ba.工程塑料工程塑料ABS：丙稀腈，丁二烯和苯乙烯的三元接枝共聚物，因此兼具三种组分的特性：丙稀腈，丁二烯和苯乙烯的三元接枝共聚物，因此兼具三种组
28、分的特性：质硬、耐腐蚀、提高制品的拉伸强度和硬度。质硬、耐腐蚀、提高制品的拉伸强度和硬度。3/12/202335a.聚四氟乙烯六氟丙烯共聚聚四氟乙烯六氟丙烯共聚,形成形成F-46热塑性氟塑料热塑性氟塑料b.PMMA是很好的一种塑料，性能与是很好的一种塑料，性能与PS相似，但由于存在相似，但由于存在极性的酯基，分子间作用力比极性的酯基，分子间作用力比PS大，所以流动性差，不大，所以流动性差，不宜采用注塑成型。但是如果与少量宜采用注塑成型。但是如果与少量St共聚，可以改善树共聚，可以改善树脂的流动性，能采用注塑成型。脂的流动性，能采用注塑成型。c.St与少量丙烯腈共聚，其冲击强度，耐热性，耐化学腐
29、与少量丙烯腈共聚，其冲击强度，耐热性，耐化学腐蚀都有所提高，可以制作耐油机件。蚀都有所提高，可以制作耐油机件。其他应用其他应用3/12/202336E 构型构型(Configuration)构型构型：指分子中由化学键所固定的原子在空间的几：指分子中由化学键所固定的原子在空间的几何排列。这种排列是稳定的，要改变构型必须经何排列。这种排列是稳定的，要改变构型必须经过过化学键的断裂和重组化学键的断裂和重组。3/12/202337全同立构全同立构：高分子全部由一种旋光异构单元键控而成高分子全部由一种旋光异构单元键控而成取代基全在平面的一侧取代基全在平面的一侧全同立构全同立构的聚苯乙烯结构比较规整，能结
30、晶，熔点为的聚苯乙烯结构比较规整，能结晶，熔点为240。不易溶解。不易溶解全同立构聚丙烯（全同立构聚丙烯（i-PP），），坚韧可纺丝，也可作，坚韧可纺丝，也可作高结晶性工程塑料高结晶性工程塑料实实例例3/12/202338间同立构间同立构：由两种族光异构单元交替键接由两种族光异构单元交替键接取代基间接分布在平面两侧取代基间接分布在平面两侧 间同间同l立构立构s-PP正在工业化正在工业化间同立构间同立构PS（s-PS）为工程塑料）为工程塑料实实例例3/12/202339无规立构无规立构：两种旋光异构单元完全无规键接两种旋光异构单元完全无规键接取取代基无规则分布在平面两侧代基无规则分布在平面两侧无规立构无规立构的聚苯乙烯结构不规整不能结晶，软化温度为的聚苯乙烯结构不规整不能结晶，软化温度为80 。溶于苯溶于苯实实例例3/12/202340注意：高分子链虽然含有许多不对称注意：高分子链虽然含有许多不对称碳原子，但由于内消旋或外消旋作用，碳原子，但由于内消旋或外消旋作用，即使空间规整性很好的高聚物，也没即使空间规整性很好的高聚物，也没有旋光性。有旋光性。3/12/202341