三大合成材料的成型过程和原理简介.ppt

5,Chapter 5,第五章 三大合成材料的成型过程和原理简介,The Brief Introduction to the Molding Process and Theory of three synthetic materials,2橡胶的成型过程和原理；,3纤维的成型过程和原理。,1塑料的成型过程和原理；,5.1 塑料的成型过程和原理,基本原料,单体,树脂,塑料,塑料制品,由基本原料到塑料制品的简单生产流程,合成,加工成型,一、热塑性塑料的成型过程与原理,热塑性塑料最常用的成型方式是利用材料的永久变形（一次成型）来完成的。根据塑料成型时的状态不同又可采用不同的成型方法.,热塑性塑料还可利用的成型方式是二次成型，利用材料的推迟高弹形变(塑性变形)来完成的。常见的有热成型、中空吹塑成型、纤维和薄膜的拉伸等.,一次成型,塑料熔体的成型,挤出成型,注射成型,压制成型,压延成型,塑料溶液或悬浮液的成型,铸塑成型,流涎成膜,涂覆成型,其他的成型方法,模压烧结成型,泡沫塑料成型,二、热固性塑料的成型过程与原理,压制成型,压制成型可分为模压成型和层压成型.，模压成型多用于热固性塑料、橡胶模压和复合材料的成型.而层压成型则主要用于复合材料的成型（不用模具）.,模压成型又称压缩模塑，这种方法是将粉状、粒状、碎屑状或纤维状的塑料放入加热的阴模中，合上阳模后加热使其熔化，并在压力的作用下，使物料充满模腔，形成与模腔形状一样的模制品，再经加热或冷却，脱模后即得制品。,模压成型的设备与模具,上动式液压机,四柱上移式液压机,溢式塑模示意图,不溢式塑模示意图,半溢式塑模示意图,模压成型的工艺,安放嵌件预热、预压加料 合模 排气 加压充模 固化 退模 后处理,模压成型的控制因素,温度 T，交联反应速度，固化时间，模压周期。温度过高的缺点：a.固化太快易充模不足；b.易引起物料分解变色；c.外层固化较内层快，内层挥发份难以排除。,模压压力 P，物料流动性，制品密度，收缩率，性能。但压力过大，则模具寿命，设备功耗,模压时间 模压时间短，则物料固化不完全(欠熟)，制品物理机械性能差，外观无光泽，脱模后易变形；模压时间过长，则会使塑料“过熟”，成型周期，生产率，功耗，制品收缩率，性能,通常，模压压力、温度和时间三者并不是独立的,不溢式塑模压力与体积随时间变化,阳模触塑，压力上升到规定值，体积缩小、密实。保持压力，体积受热膨胀。松模排气：数秒保持压力，固化反应，体积收缩。压力解除，得制品，体积弹性恢复。常压、体积冷却收缩,带有支撑面半溢式塑模,阳模触料，压力升，溢料下降。密实，缩小。体积不变，热涨增压化学收缩，体积不变，压力降低。有可能因收缩卸压（图虚线）压力解除，弹性回复。如果化学收缩过大，则体积维持不变。常压冷却，体积下降,其他成型方式,传递模塑,挤出成型,注射成型,5.2 橡胶的成型过程和原理,橡胶成型是将从橡胶及其各种配合剂混合开始到制成橡胶制品的过程.,典型的橡胶成型含混合混炼、成型和交联三工序.混合混炼是指将胶料和各种配合剂制成适合成型和使用的混合胶；成型指的是通过压延或压出等手段将橡胶制成未硫化的半成品；交联则是一个硫化定型的步骤.,由于橡胶种类和制品不同，成型工艺有较大差异，一般都需要经历三个过程，但PU类铸塑型弹性体无单独成型过程；合成的热塑性弹性体无交联过程；模压和注压过程中交联和成型则实际上是同时完成的.,一、生胶的塑炼,塑炼的目的,1、降低弹性，增加可塑性，获得流动性；,2、混炼时易于和配合剂分散均匀，便于操作；,3、使得生胶分子量分布变窄，胶料质量均匀一致.,塑炼原理,塑炼的实质是使得橡胶分子链断链，分子量降低.,生胶塑炼的方法：机械塑炼、物理塑炼和化学塑炼.,低温塑炼,1、此时机械作用力是使得橡胶分子断裂.的主要原因；,2、主链断链可能性大于侧链；,3、分子链中部断链可能性大于两端；,4、弱键断链可能性大于强健；,5、分子量大的分子链断链可能性大于分子量小的，分子量分布变窄；,6、低温塑炼时氧气的作用是促进塑炼作用；氧气与力降解产生的自由基反应，防止偶合终止；氧化反应生成的过氧化物和环氧化物不稳定，会进一步降解；过氧化后自由基活性很大，会引发其他橡胶大分子产生自由基.,7、低温塑炼时温度的作用 此时温度升高，粘度下降，剪切力下降，不利于塑炼.,高温塑炼,1、主要以氧化裂解反应为主，T，塑炼效果；,2、由于以氧化反应为主，所有分子链均能发生化学作用，并未出现分子量分布变窄的情况，分布曲线整体向低分子量部分移动；,3、此时机械力起到增强混合的作用.,高、低温交界处塑炼效果最差.,软化剂和塑解剂作用,1、主要通过物理或化学作用来提高塑炼效果；,2、塑解剂可分为三类：引发型、塑炼时自身能产生自由基，引发大分子链断链，如BPO、AIBN，多用于高温塑炼；接受型、塑炼时可稳定自由基，如苯醌等，多用于低温塑炼；混合型（链转移型）、如硫醇类化合物.,静电的作用,橡胶塑炼过程中分子反复摩擦，引起表面带电，高压放电，导致周围空气中的氧气活化为原子态氧或臭氧，促使橡胶大分子进一步氧化降解.,塑炼工艺,生胶塑炼前，需经过烘胶、切胶、选胶和破胶等准备工序。烘胶是为了降低生胶的硬度，便于切割，同时还能解除生胶结晶。切胶是把从烘房内取出的生胶用切胶机切成小块，便于塑炼。破胶是在辊筒粗而短的破胶机中进行，以提高塑炼效率。,在橡胶工业中，应用最广泛的塑炼方法是机械塑炼法，通常用于塑炼的机械有开炼机、密炼机、螺杆塑炼机等。,二、生胶的混炼,混炼的目的 通过机械作用使得橡胶、配合剂混合均匀，提高使用性能，工艺性能，降低成本.,配合剂的性质与混炼工艺关系1、分散性软化剂、促进剂、硫磺等能溶解于橡胶中，易混合均匀；填充剂、补强剂往往与橡胶不相容，难以混合均匀。,2、结合橡胶混炼时，橡胶分子能与活性填料（主要是炭黑）的粒子结合生成不溶性的炭黑橡胶凝胶，即结合橡胶。结合橡胶的生成有利于配合剂粒子的分散，对改善橡胶的性能有利。,3、生成结合橡胶数量的多少，与下列因素有关：a.填料的颗粒大小、结构性、表面活性及用量：配合剂粒度小，结构性高，表面活性大，易生成结合橡胶；b.橡胶的活性：橡胶的不饱和度高，活性大，易生成结合橡胶；c.混炼条件（混炼时间、温度等）：混炼温度越高，易生成结合橡胶。,密炼机混炼的功率曲线 以炭黑与橡胶的混炼为例，混炼过程包括：破碎和粉碎；混合和混入；分散；单纯混合；粘度降低或塑化,炭黑补强机理 橡胶大分子滑动学说,理论的核心是橡胶大分子能在炭黑表面上滑动，由此解释了补强现象。炭黑粒子表面的活性不均一，有少量强的活性点以及一系列的能量不同的吸附点。吸附在炭黑表面上的橡胶链可以有各种不同的结合能量，有多数弱的范德华力的吸附以及少量的化学吸附。吸附的橡胶链段在应力作用下会滑动伸长。,1、表示胶料原始状态，长短不等的橡胶分子链被吸附在炭黑粒子表面上。,2、当伸长时，这条最短的链不是断裂而是沿炭黑表面滑动，这时应力由多数伸直的链承担，起应力均匀作用，缓解应力集中为补强的第一个重要因素。,3、当伸长再增大，链再滑动，使橡胶链高度取向，承担大的应力，有高的模量，为补强的第二个重要因素。由于滑动的摩擦使胶料有滞后损失。滞后损失会消耗一部分外力功，化为热量，使橡胶不受破坏，为补强的第三个因素。,4、是收缩后胶料的状况，表明再伸长时的应力软化效应，胶料回缩后炭黑粒子间橡胶链的长度差不多一样，再伸长就不需要再滑动一次，所需应力下降。,三、橡胶的硫化,硫化的作用1、交联度，定伸强度和硬度；2、交联度，断裂强度；3、交联度，弹性；4、交联度，气密性、耐热性和耐溶剂性能。,硫化四阶段诱导期 欠硫期 正硫期 过硫期,5.2 纤维的成型过程和原理,将成纤聚合物的熔体或浓溶液，用纺丝泵(或称计量泵)连续、定量而均匀地从喷丝头(或喷丝板)的毛细孔中挤出，而成为液体细流，再在空气、水或特定的凝固浴中固化成为初生纤维的过程称为纺丝。这是化学纤维生产过程中的核心工序，调节纺丝工艺条件，可改变纤维结构和物理机械性能。,化学纤维的纺丝主要分为 熔体纺丝和溶液纺丝，后者又分为湿法纺丝和干法纺丝。其中以熔体纺丝最为重要。,一、熔体纺丝,整个熔体纺丝过程包括纺丝熔体的制备、熔体自喷丝孔挤出、熔体细流拉长变细、冷却固化、丝条的上油和卷绕。1、属于一元体系，纺丝过程中无传质过程。2、熔体纺丝的冷却过程在空气介质中进行，传热，固化速率大，液流阻力小，纺丝速度较湿法快.,二、湿法纺丝,湿法纺丝适于不能熔融，且仅能溶于非挥发性和对热不稳定溶剂的聚合物。属于三元体系。湿法纺丝可分为相分离法、液晶法和冻胶法三种方法.,三、干法纺丝,纺丝细流经喷丝头后进入纺丝甬道，通过热空气使得溶剂挥发，发生浓缩和固化，在卷取作用下伸长变细成为纤维.属于二元体系。1、聚合物的TfTD，且在挥发性溶剂中可形成浓溶液时，可用此法；2、固化速度慢，喷丝孔数较湿法少；3、纺丝速度较湿法快；4、较湿法纺丝可得更细的纤维.,问题,1、在选择塑料制品的成型方式时应考虑哪些问题？2、简述生胶塑炼时氧气、温度、剪切力和静电的作用。3、试比较天然橡胶、丁腈橡胶和顺丁橡胶经过塑炼后极限分子量大小的比较.4、以炭黑与橡胶混炼为例说明橡胶混炼的过程.5、简述炭黑补强机理.,