高分子材料成型工艺学
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spContent=儿童玩具、汽车配件、医疗器械等等日常生活中丰富多彩的塑料制品是如何制备的,你想知道吗?跟我们一起走进高分子材料成型工艺学课程吧,课程将讲授材料、成型方法以及工艺它们三者对制品性能的影响。通过本课程的学习,学习者将初步掌握常用的高分子材料的特性以及它们的成型方法,成型工艺的调控等。
—— 课程团队
课程概述

高分子材料成型工艺学是高分子材料与工程本科专业的专业核心课程,讲授内容主要包括高分子材料成型的理论基础、常用高分子材料及其配制、压制成型、挤出成型、注射成型和中空吹塑成型。通过本课程的学习,学习者将初步掌握常用的高分子材料的特性以及它们的成型方法,成型工艺的调控等。

授课目标
本课程的授课内容主要有两块,一个是高分子材料加工的基础知识,另一块是高分子材料成型加工方法及工艺,可分为高分子材料成型的理论基础、高分子材料成型物料及其配制、模压成型、挤出成型、注射成型和中空吹塑。通过本课程的学习,学习者将掌握常见的高分子材料的特性以及常见的塑料成型工艺控制。
课程大纲

第一章 绪论

塑料加工工程概况,成型加工的分类,塑料的分类,成型加工的三个发展时期及目前成型加工研究进展

要求学生:掌握高分子材料成型加工领域的基本概念;

第二章 塑料成型的理论基础

1、评价高分子熔体流动性的两种方法,熔体流动速率(MRF)与表观粘度的关系;流体的流动行为的分类方法及特点,聚合物熔体或是溶液的流变特征及其原因;

2、聚合物熔体挤出过程中的两种常见现象,即挤出胀大和熔体破裂;导致挤出胀大和熔体破裂的原因,以及影响挤出胀大程度的因素;

3、聚合物加工、存贮和使用过程中的各种降解及其本质。

4、聚合物成型加工过程中的结晶与取向;影响结晶与取向的因素;结晶与取向对最终制品性能的影响;

5、高分子制品的应力开裂现象,影响内应力大小的因素,消除内应力的常用方法。

要求学生:掌握熔体流动速率(MRF)与表观粘度的关系,理解剪切稀化的原因;了解挤出胀大和熔体破裂现象;理解导致挤出胀大和熔体破裂的原因,能通过工艺的设计来控制挤出胀大程度; 掌握聚合物加工、存贮和使用过程中的各种降解及其本质。

了解聚合物成型加工过程中的结晶与取向;理解外界因素如何影响聚合物的结晶与取向;理解结晶与取向如何最终制品性能的影响;了解高分子制品的应力开裂现象,理解内应力是如何产生的,能通过优化工艺来减弱或消除内应力。

第三章 成型用的物料及其配制

1、五种常用的通用塑料(PEPPPVCPSABS)的基本特性,

2、五种常用的工程塑料(PAPCPET/PBTPOMPPO)的基本特性;

3、其它常用高分子材料的基本特性,如热固性塑料、橡胶和热塑性弹性体等;

4、塑料成型过程中所需加入的各种助剂,如增塑剂、稳定剂、阻燃剂、润滑剂和抗静电剂等;5、配方的设计步骤,各种助剂的作用,物料混合的原理及混合设备。

要求学生:掌握五种常用的通用塑料和五种常用工程塑料的基本特性,在设计高分子材料产品时能根据这十种塑料的性能差异提出基础原料的方案;能掌握热塑性塑料与热固性塑料之间的异同点,热固性塑料中要能清楚知道酚醛树脂、环氧树脂和氨基树脂的性能特点及主要应用;掌握塑料、橡胶和热塑性弹性体三者之间的区别,重点掌握SBSEVA以及共混型热塑性弹性体(PP/EPDM)的性能特点。

清楚高分子助剂在材料配方体系中的重要性,能根据制品的最终要求提出不同的助剂体系,提出基础配方并具备改进配方的初步能力。

第四章 模压成型

1、热固性塑料的模压成型,主要介绍模压成型的设备和工艺过程以及工艺参数对成型过程的影响。

2、复合材料的层压成型材;橡胶成型过程和工艺。要求一般了解模压成型的定义、一般工艺,掌握层压成型的控制因素。

要求学生:掌握模压成型的原理,具备分析模压参数对制品性能影响的能力,并能根据模压制品的要求来改进模压成型工艺;具备分析成型过程对层压制品性能影响的能力

第五章 挤出成型

1、挤出成型过程和挤出成型原理,实现挤出过程所需的设备,包括挤出机、口模和各种辅机设备;

2、挤出理论和螺杆特性等基础知识,包括挤出过程中按三段的原理分解成的固体输送理论、熔融理论和熔融输送理论;

3、各工艺参数对挤出制品性能的影响。主要参数包括料筒温度、机头温度、螺杆转速以及辅机的牵引速度等;

4、三种典型挤出制品(管材、板材和薄膜)的挤出成型工艺,以及导致常见挤出挤出制品缺陷的原因和解决办法。

要求学生:掌握挤出成型原理,能指出挤出生产线中各种设备在挤出成型中的作用与功能,并具备维护挤出生产生的基本能力;理解并掌握塑料挤出理论,具备分析挤出过程对塑料状态的影响的能力,能计算挤出机的螺杆特性,为将来挤出机的选型打下基础;理解挤出机各段温度设备的基本依据,具备分析挤出工艺参数对制品性能影响的能力,能根据生产的要求优化挤出温度和螺杆转速;掌握三种典型挤出制品(管材、板材和薄膜)的挤出成型工艺,结合以前的高分子材料知识与本章的挤出成型知识来理解不同材料在不同挤出制品(管、材、膜)时的工艺要求,能发现挤出制品的缺陷,并能通过调整工艺来解决问题。

第六章 注射成型

1、讲授注射成型原理和注塑机的结构,注塑机的主要参数,并分别介绍注射系统和锁模系统,以及各种常见的喷嘴;

2、讲授塑料注射成型过程中常用模具的结构及其工作原理,重点是常用的开模机构和锁模机构的区别;

3、讲授注射工艺对制品性能的影响。如温度参数包括料筒温度、喷嘴温度和模具温度;压力参数包括注射压力、保压压力和背压;

4、讲解注射制品的常见缺陷形成的原因及其处理方法,主要缺陷包括欠注、凹陷及缩痕、熔接线和熔合痕、射流痕、表面斑痕和表面流痕等;

5、讲授常用塑料的注射成型工艺。结合第三章的内容,根据常见的各个塑料的特点,分析不同的塑料所用的注射工艺特点;

6、讲授热固性塑料的注射成型原理和注射成型工艺,重点讲授热固性塑料的注射成型过程与热塑性塑料的注射成型过程的区别,以及热固性塑料成型过的控制要素;

7、气体辅助成型(GIM)的概念及优点,成型设备及工艺过程。解反应注射成型的定义,成型工艺及特点,RIM技术适用的材料及制品,RIM制品及模具设计应注意的问题。

要求学生:掌握注射成型原理,具备选用合适的注塑机的能力;掌握模具的基本结构,能根据样品结构,选用适当的模具结构;理解注射成型工艺对制品性能的影响,能通过优化注射工艺来改善制品的性能;能分析导致制品缺陷的原因,并具备通过调整工艺解决注塑过程中常见缺陷的能力;掌握常用塑料的成型特点,具备为不同的塑料设定不同的工艺参数的能力;掌握热固性塑料的注射成型过程与热塑性塑料的注射成型过程的区别,并具备分析热固性塑料注塑成型过程的能力;了解GIMRIM技术的特性以及它们的优缺点,理解GIMRIM的基本原理。

第七章 中空吹塑成型

讲授中空吹塑的设备和原理,重点说明挤出-吹塑和注塑-吹塑的区别,以及吹塑工艺对吹塑过程的影响。

要求学生:理解中空吹塑的原理,具备分析吹塑参数对制品性能影响的能力。


预备知识

在学习本课程前,学习者应该掌握高分子化学和高分子物理知识,特别与流变行为、结晶行为和取向行为相关的高分子物理知识。如果学习者有较好的高分子助剂或是配方设计方面的知识,学习效果会更好。

证书要求

暂时无证书

参考资料

《高分子物理》,何曼君, 复旦大学出版社, 2007年,第三版

《塑料成型工艺学》,杨鸣波,中国轻工业出版社,2014年,第三版

《高分子材料成型加工》,周达飞,中国轻工业出版社,2006年,第一版

常见问题

课程相关知识有较强的实践性,学习者需要具备一定高分子材料理论知识或是较强的工程背景。