《高分子材料成型加工 第3版》唐颂超主编；唐颂超，潘泳康，董擎之编|(epub+azw3+mobi+pdf)电子书下载

图书名称：《高分子材料成型加工 第3版》

【作　者】唐颂超主编；唐颂超，潘泳康，董擎之编

【丛书名】普通高等教育“十二五”规划教材；高分子材料与工程专业系列教材

【页 数】 343

【出版社】 北京：中国轻工业出版社 , 2020.12

【ISBN号】978-7-5019-9174-7

【价 格】50.00

【分 类】高分子材料-成型-工艺-高等学校-教材

【参考文献】 唐颂超主编；唐颂超，潘泳康，董擎之编. 高分子材料成型加工 第3版. 北京：中国轻工业出版社, 2020.12.

图书封面：

图书目录：

《高分子材料成型加工 第3版》内容提要：

《普通高等教育“十二五”规划教材·高分子材料与工程专业系列教材：高分子材料成型加工（第3版）》是根据国家教育改革的精神，结合“十一五”期间院校教育教学改革的实践和“十二五”期间院校高分子材料与工程专业建设规划，根据院校课程设置的需求，编写的高分子材料与工程专业系列教材，旨在培养具备材料科学与工程基础知识和高分子材料与工程专业知识，能在高分子材料的合成、改性、加工成型和应用等领域从事科学研究、技术和产品开发、工艺和设备设计、材料选用、生产及经营管理等方面工作的工程技术型人才。《普通高等教育“十二五”规划教材·高分子材料与工程专业系列教材：高分子材料成型加工（第3版）》架构清晰、特色鲜明、开拓创新，能够体现广大工程技术型高校高分子材料工程教育的特点和特色。

《高分子材料成型加工 第3版》内容试读

第1章绪论

1.1高分子材料及成型加工

材料是人类赖以生存和发展的物质基础，是工业革命的先导。进入21世纪，新材料、生物技术和信息技术被认为是构成现代文明的三大支柱，而新材料又是高新技术发展的重要基础平台。

材料是具有一定性能，可用于制作有用物品的

使用效能

物质。材料的成分/结构、制备/合成/加工、性质和使用效能是材料科学与工程的四个基本要素。这

四个要素是相互关联、相互制约的，如图1-1所

(工程)

性质

示。根据材料的组成结构，可分为金属材料、无机合成加工非金属材料、有机高分子材料和复合材料；根据材

(化学)

(物理)

料的性能特征，又可分为以力学性能为其应用基础

结构成分

的结构材料和以物理及化学性能为其应用基础的功能材料两大类。

图1-1材料四要素的关系

不管是何种材料，在材料的制备（加工）方法上、在材料的结构与性能关系的研究上、在材料的使用上，都具有通性，是可以相互借鉴、相互渗透、相互补充的。即各种材料，都具备如下特点：

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。

1.1.1高分子材料

高分子材料是以高分子化合物为主要组分的材料。高分子化合物系指分子量很高的物质，有时简称高分子、大分子或聚合物。高分子(Macromolecule,Polymer)是指以化学键相连接的大量有机小分子的聚集体，.常用高分子的相对分子质量高达10~10°，而一般有机化合物相对分子质量都在500以内，少数高于500，但也在1000以下。因此，相对分子质量高是高分子化合物的基本特征，也正是由于其相对分子质量高，它才具有许多与低分子化合物截然不同的性质和性能。通常所说的高分子材料是从应用的角度对高分子进行归类，如分类为塑料、橡胶、纤维、涂料、黏合剂、功能高分子、聚合物基复合材料等。而所谓的三大合成材料则是指合成塑料、合成橡胶、合成纤维。

高分子材料学科的内涵是，以材料的共性为基础，研究高分子材料的基本特性，研究高分子材料制备、加工、应用中的科学问题和工程问题，及与其他材料的复合问题。因此，当今高分子科学与工程学科呈现出在化学和材料科学与工程两个学科中并肩发展的新局面，显示出朝气蓬勃的青春活力。

高分子材料一般具有以下五个条件：

(1)高分子材料是以聚合物为主体，即高分子材料的性质主要由聚合物来决定。

(2)高分子材料属多相复合体系，即是由两种或两种以上组分组成，形成宏观均相、

高分子材料成型加工（第三版）

微观或亚微观分相的形态结构。

(3)高分子材料必须具有可加工性。

(4)具有良好的使用性能和适当的使用寿命。

(5)具有工业化生产规模，自从1869年第一个人工半合成的高分子材料一赛璐珞问世以来，100多年来，高分子材料已发展到成百上千个品种，但最常用的、具有工业化生产规模的品种仅数十种，却占到总产量的95%以上。

1.1.2高分子材料成型加工

高分子材料及其制品的最初原料来自于天然的石油、煤、天然气等，经过一系列的原料加工、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1-2为高分子材料学科在化学工业学科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

石油

加工

C3、C4

基本有机合成

乙烯、苯乙烯

煤

C5等碳氢

单体

丙烯、氯乙烯

天然气

化合物

丁二烯等

聚合反应

成型加工

高聚物

高分子材料制品

高分子化学

加工工艺

高分子合成工艺

成型模具

生产过程及设备反应机理

高分子物理

成型机械

应用开发

聚合反应工程

共混改性

高分子化工

高分子材料

图l-2高分子材料科学与工程体系(Polymer Material Science&Engineering)

高分子材料成型加工定义为：高分子材料（由高分子化合物和添加剂组成)是通过成型加工工艺得到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、注射成型、压缩模塑、吹塑成型，以及混合和分散等过程被当作聚合物加工的“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、反应及分子组装等聚合物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”所组成，而是聚合物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、力学、·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1-3。

第1章绪论

3

聚合物

控制外形与内部结构的最终产品

固体粒子输送

熔融

口模成型

模塑成型

加工单元

熔体压力输送

混合

成型方法

二次成型

后加工

化学反应

压延成型

涂层

脱挥与汽提

在加工中聚合物内部结构发生演变（结构化）

传质

混合

固体

聚合物

高分子

高分子

原理

原理

力学

流变学

物理

化学

聚合物工程原理

聚合物科学

图1-3高分子材料成型加工概念

1.2高分子材料工程特征

1.2.1高分子材料特征

表1-1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，韧性较优良，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；①着色性良好；①可赋予成品各种特殊的功能；②长期使用性能较差；③热膨胀系数大；④耐热性较差；⑤易燃烧。

高分子材料的这些特性主要是由聚合物的结构决定的，同时也与高分子材料成型加工工艺有关。

表1-1

各种材料的主要物性金属

塑料

无机非金属材料

性质

钢铁

铝

PP

玻纤增强PA-6

陶瓷

玻璃

熔点/℃

1535

660

175

215

2050

相对密度

7.8

2.7

0.9

1.4

4.0

2.6

拉伸强度/MPa

460

80-280

35

150

120

90

拉伸模量/×10-4MPa

21

7

0.13

1

39

7

热变形温度/℃

-

-

60

210

线膨胀系数/×105(1/K)

1.3

2.4

8-10

2-3

0.85

0.9

传热系数/×10[W/(m2·K)]

4019.3

20096.6

11.7

24.3

175.8

83.7

韧性

☆

女

0

☆

+

×

体积电阻率/D·cm

10-5

3×10-6

>1016

5×104

7×104

102

燃烧性

不燃

不燃

燃烧

难燃

不燃

不燃

耐药品性

△

△

0

0

0

注：☆-优，O-良，△-可，X-差。

高分子材料成型加工（第三版）

1.2.2高分子材料的工程特征

由于高分子材料结构上的特殊性，使得其性能是可变的，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。也正是由于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。

高分子材料的性能决定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-材料和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-材料制品性能”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，这就是本课程的主题思想-高分子材料的工程特征。

1.2.3高分子材料及制品性能

高分子材料制品性质包括外观性质、使用性质和耐久性质，其决定于材料的内在性质和成型加工中产生的附加性质。材料的内在性质与选择的材料有关，而成型加工往往使材料发生实质性变化，对制品性能的影响极为重要。

高分子材料成型加工是一个复杂的物理-化学变化过程，成型加工中产生的附加性质引起形状、结构和性质等多方面的变化。形状的变化主要是指粒状、粉状或溶液状的物料经成型加工过程而制成各种型材和制品，这是使用上的要求；结构的变化包括分子结构上的变化(如交联、硫化)和聚集态结构上的变化（如微观结晶、取向等）；性质的变化反映出制品宏观性能的改变，涉及物理机械性能、热性能、电性能、耐腐蚀性能、耐候性，等等，如：结晶使材料刚性提高，取向使材料各向异性，交联使材料弹性、强度提高。

影响高分子材料及制品性能的因素包括高分子化合物的性质（化学结构、物理结构)》和成型加工过程（添加剂的作用、混合过程、成型工艺及工艺条件），相关内容将在后面各章节介绍。

1.3高分子材料制造及成型加工程序

1.3.1高分子材料的制造

高分子材料的主要原材料来自石油、煤、天然气、矿物和农副产品等。高分子材料的生

第1章绪论

5

产由高分子化合物的制造和高分子化合物与配合剂的混合配制两大部分组成，图1-4所示为高分子材料的制造框图。

聚合

原料（单体或

高分子反应

高分子化合物

(粉、粒料)

混合

·高分子材料

高分子化合物)

复合化

添加剂

高分子化合物的制造

高分子材料混合

图1-4高分子材料的制造框图

1.3.1.1高分子化合物的制造

获取高分子化合物的方法大致可分为三种：聚合反应、高分子反应和复合化。

(1)聚合反应聚合反应是制造高分子化合物的主要手段。迄今为止，聚合技术已进入成熟期，催化剂的改进（如茂金属催化剂等）和更节约成本的聚合方法（如本体聚合、气相聚合等)是发展方向。表1-2所示为主要的聚合反应方法及其应用实例。

(2)高分子反应利用高分子化合物的化学反应性使之改性也是一种获取预期性能高分子化合物的方法，见表1-3。其中羟基化、氯化、酯化、硝化等可引入功能性官能基，加氢可制得耐候性和耐热性优良的热塑性弹性体。这种方法也已进入成熟期。今后的工作重点是功能性高分子的开发。

表1-2聚合反应的方法及其应用实例

表1-3

高分子反应及其实例

分

类

实例

分类

实

例

加成聚合

交联

橡胶、热固性树脂、离聚物

(1)自由基聚合

LDPE、PS、PVC、SBR

皂化

EVOH

(2)阳离子聚合

IIR

氯化

PE-C、PVC-C

(3)阴离子聚合

POM、SBS

氯磺化

CSM

(4)络合配位聚合

HDPE、PP、PER

酯化

CA

PA-66、PET、PLA、PC、

硝化

CN

缩聚

UP、PF、UF

加氢

加氢NBR、SEBS

逐步加成聚合

PU

醚化

甲基纤维素

开环聚合

PA-6、POM共聚、PLA

聚乙烯醇缩甲醛、聚乙烯醇缩

其他

氧化耦合

PPO

丁醛、羧甲基纤维素

(3)复合化复合化是制造高分子化合物的又一种方法。近年来有了显著的发展。采用接枝反应、反应性增容等技术制备的高分子合金，可以获得均聚物无法具备的性能，并具有功能性；高分子化合物/无机物填充中偶联剂和浸润剂的使用改善了两组分间界面的亲和能力，提高了材料的力学性能。如何使超细填充剂聚集体分散成初级粒子，并均匀分散在聚合物中是一个重要的课题，采用原位混合聚合技术是解决分散问题的有效方法，超细颗粒的填充将有可能带来材料性能突破性的发现，引发材料革命。外增塑技术亦已基本成熟。表1-4是复合化及其应用实例。

6

高分子材料成型加工（第三版)

1.3.1.2高分子化合物与配合剂的混合配制

高分子材料是由高分子化合物与配合剂所组

表1-4复合化及其应用实例

成的，生产高分子材料制品时，先要按配方把高

分类

实例

分子化合物和配合剂混合均匀。不同成型工艺对

高分子合金

ABS、PPO/PS

高分子材料形态（状态）有不同的要求，成型加

高分子化合物/无

PA-6/玻璃纤维、

工前，要将高分子材料制成粉料、粒料、溶液、

机物填充

PP/滑石粉

分散体或胶料。这就是高分子材料的配制工艺过

超细颗粒填充

PA-6/蒙脱土混合物

程，其关键是靠混合来形成均匀的混合物，把高

外增塑

软质PVC、赛璐珞

分子材料各组分相互混在一起成为均匀的体系，

生产出各种形态的高分子材料。相关内容将在第6章介绍。

1.3.2成型加工

通常是使固体状态（粉状或粒状）、糊状或溶液状态的高分子材料熔融或变形，获得流动性，通过模具形成所需的形状，并以相应的方法保持其已经取得的形状，最终得到制品的工艺过程。其制造过程见图1-5。

单体

高分子化合物

[聚合]

[配料、混合炼]

预聚物

[配料、

高分子材料

(混合料)

D

混合（炼）

B

[成型

【一次成型]

[一次成型]

二次成型到

制品

图1-5高分子材料的成型加工过程

高分子材料成型加工是一个复杂的物理-化学变化过程，其中，流动性是必要条件。成型加工技术从高分子化合物（高聚物）形变性质出发包括以下几种：

(1)高聚物熔体成型是利用高聚物的塑性形变，成型加工温度为高聚物的T)~T,

多数属于一次成型，如图1-5中流程A;

(2)高聚物类橡胶态成型是利用高聚物的弹性形变（残余形变），成型加工温度为高

聚物的T。~T,多用于在一次成型基础上进行的二次成型，如图1-5中流程B;

(3)高聚物溶液态成型将高聚物溶解于溶剂获得流动性，主要有浸渍、湿法或干法

纺丝等，属于图1-5中流程A;

(4)高聚物分散体（悬浮体、溶胶、胶乳）成型固体高聚物稳定地悬浮在液体介质

中形成分散体而获得流动性，如糊状PVC的搪塑成型等，也属于图1-5中流程A;

(5)高聚物单体或预聚体直接成型利用单体或预聚体的相对分子质量低而获得流动

···试读结束···