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绪论1

一、高分子材料1

二、添加剂4

三、高分子材料的制造5

1. 高分子材料的特征及其与其他材料的比较5

2. 高分子材料的制造7

四、高分子材料工业的历史与未来12

1. 高分子材料工业的初创时期12

2. 高分子材料工业的发展期13

3. 高分子材料全面发展的时期13

4. 我国的高分子材料工业14

第一章 高分子材料学16

第一节 影响高分子材料性能的化学因素17

一、构成的元素种类及其连接方式17

二、立体规整性20

三、共聚物组成20

四、交联21

五、端基22

六、结构缺陷24

七、支链26

1. 相对分子质量与玻璃化转变温度(Tg)27

一、相对分子质量及其分布27

第二节 影响高分子材料性能的物理因素27

2. 相对分子质量与成型加工性能28

3. 相对分子质量与成型加工方法29

4. 相对分子质量与制品性能30

5. 相对分子质量分布与成型性和制品性能30

二、结晶性31

1. 高分子化合物链结构与结晶性31

2. 聚合方法与结晶性31

3. 成型方法与结晶性32

4. 成型后后处理方法与结晶性33

6. 结晶性和物性34

5. 成核剂与结晶性34

三、粒径与粒度分布36

四、成型过程中的取向37

五、熔体粘度与成型性40

第三节 制造方法及组成对高分子材料性能的影响42

一、聚合方法的影响42

1. 聚乙烯42

2. 聚氯乙烯44

3. 聚苯乙烯45

4. 聚酰胺-6(尼龙-6)46

5. 聚碳酸酯46

6. 酚醛树脂48

7. 丁苯橡胶49

8. 聚丁二烯橡胶(顺丁橡胶)50

9. 反应挤出法51

二、高分子化合物反应性的影响52

1. 聚烯烃(PE、PP)的反应性52

2. 聚苯乙烯的反应性53

3. SBS和SEBS53

4. 高分子反应的种类及其工业化实例54

三、高分子合金化的影响55

四、高分子化合物/填充剂复合物的影响61

五、低分子化合物的影响63

1. 对高分子材料性能的影响64

2. 物料的干燥65

第二章 添加剂66

第一节 稳定剂66

一、热稳定剂66

1. PVC的稳定性67

2. 热稳定剂的作用67

3. 热稳定剂的分类68

4. 稳定剂的选择69

二、抗氧剂(亦称防老剂)71

1. 自动氧化反应机理71

3. 常见的抗氧剂72

2. 抗氧剂的作用与分类72

4. 抗氧剂的选用原则73

三、光稳定剂74

1. 高分子材料的光降解作用74

2. 聚烯烃的光氧化作用76

3. 光稳定剂的作用和分类77

4. 常用的光稳定剂77

5. 选用光稳定剂的注意事项78

四、生物抑制剂(亦称防霉剂、杀菌剂、抑菌剂)78

一、增塑作用及增塑剂分类80

二、增塑剂的性质80

第二节 增塑剂80

1. 相容性81

2. 加工性81

3. 对材料性能的影响81

三、增塑剂的主要品种82

四、增塑剂的选用原则83

第三节 润滑剂83

一、润滑剂的作用与分类83

二、润滑剂的主要品种85

三、润滑剂的选用原则86

一、交联作用及交联剂87

第四节 交联剂及相关添加剂87

1. 硫化促进剂89

2. 硫化活性剂(亦称活化剂、促进助剂)89

3. 防焦剂(亦称硫化延缓剂)89

二、交联用其他添加剂89

4. 配合剂(助交联剂)90

三、交联剂及其相关添加剂的选用原则90

1. 交联剂及相关添加剂的选择90

2. 其他添加剂的影响90

第五节 填充剂90

一、填充剂的作用90

二、影响补强剂补强作用的因素91

第六节 其他添加剂92

三、常用的填充剂92

附：本章使用的部分添加剂简称与化学名称对照96

第三章 高分子材料的配方设计98

第一节 高分子材料制品设计的一般原则和程序98

第二节 高分子材料配方设计100

一、制品对材料性能的要求100

二、配方设计101

三、配方的表示方法101

1. 以高分子化合物为100份的配方表示法101

2. 以混合料为100份的配方表示法101

一、配方设计时考虑的因素102

第三节 高分子材料配方设计方法102

1. 单因素变量配方设计方法103

二、配方设计方法103

2. 多因素变量配方设计方法104

第四节 高分子材料配方实例105

第五节 高分子材料性能的估算方法110

一、密度110

二、玻璃化温度113

三、熔点116

四、内聚能密度和溶解度参数120

1. 层流和湍流122

3. 等温流动和非等温流动122

2. 稳定流动与不稳定流动122

第一节 聚合物熔体的流动特性122

一、流动类型122

第四章 聚合物加工的流变学基础122

4. 一维流动、二维流动和三维流动123

5. 拉伸流动和剪切流动123

二、非牛顿型流动123

1. 牛顿型流动124

2. 非牛顿型流体的分类124

1. 剪切应力及其分布128

三、流变测定128

2. 牛顿流体的剪切速率129

3. 非牛顿流体的真实剪切速率、表现粘度和真实粘度130

4. 幂律定律的特性参量130

四、影响粘性流动的因素131

1. 剪切速率的影响131

2. 温度的影响132

3. 压力的影响133

4. 分子参数和结构的影响134

第二节 聚合物熔体的弹性行为135

5. 添加剂的影响135

一、入口效应136

1. 人口的压力降136

2. 人口修正137

二、离模膨胀138

1. 离模膨胀机理138

2. 影响离膜膨胀的因素139

三、熔体破裂141

1. 鲨鱼皮141

2. 熔体破裂的影响因素142

第三节 聚合物熔体在管隙中的流动分析144

1. 圆管通道145

一、聚合物熔体在圆形通道中的流动145

2. 圆锥形通道150

二、聚合物熔体在狭缝通道中的流动151

三、计算示例151

第五章 混合155

第一节 混合与分散理论155

一、混合机理155

1. 扩散155

2. 混合过程要素156

1. 按混合形式分类158

二、混合的分类158

2. 按物料状态分类160

三、混合状态的判定161

1. 混合状态的直接描述法161

2. 混合状态的间接判定162

第二节 混合设备163

一、混合设备的分类163

1. 间歇式和连续式163

2. 分布式和分散式163

3. 高强度、中强度和低强度混合设备164

二、间歇式混合设备164

1. Z形捏合机164

2. 高速混合机165

4. 密炼机166

3. 开炼机166

三、连续混合设备167

1. 单螺杆挤出机167

2. 双螺杆挤出机167

3. 行星螺杆挤出机168

一、生胶的塑炼169

2. 塑炼机理169

1. 塑炼的目的169

第三节 橡胶的塑炼与混炼169

4. FCM连续混炼机169

3. 塑炼工艺172

二、胶料的混炼173

1. 混炼理论174

2. 混炼工艺175

第四节 塑料的混合与塑化177

一、原料的准备178

二、混合178

三、塑化178

1. 粉碎179

2. 粒化179

四、粉碎和粒化179

第五节 聚合物溶液、分散体和胶乳的配制180

一、塑料溶液的配制180

1. 组成及选择180

2. 聚合物的溶解180

3. 溶液的制备工艺181

二、溶液塑料的配制181

1. 溶胶塑料概述181

2. 溶胶塑料分类182

3. 溶胶塑料的配制工艺182

2. 胶乳的配合183

1. 胶乳原材料的加工183

三、胶乳的配制183

第六节 聚合物共混184

一、聚合物共混目的及方法184

二、共混物的形态结构184

1. 形态结构类型184

2. 共混物的界面185

3. 形态结构的影响因素186

三、共混物制备方法及相关设备186

1. 干粉共混法186

2. 熔融共混法186

6. IPN法187

5. 共聚共混法187

3. 溶液共混法187

4. 乳液共混法187

第六章 压制成型188

第一节 热固性塑料的模压成型188

一、热固性模塑料的成型工艺性能188

1. 流动性188

2. 固化速率189

3. 成型收缩率189

4. 压缩率189

1. 压机190

2. 模具190

二、模压成型的设备和模具190

三、模压成型工艺192

1. 计量192

2. 预压192

3. 预热193

4. 嵌件安放193

5. 加料193

6. 闭模193

7. 排气193

8. 保压固化193

四、模压成型工艺条件及控制194

9. 脱模冷却194

10. 制品后处理194

1. 模压压力195

2. 模压温度195

3. 模压时间196

第二节 橡胶制品的模型硫化197

一、橡胶制品及生产工艺197

二、橡胶制品的硫化198

1. 橡胶在硫化过程中的结构与性能的变化198

2. 硫化历程199

3. 正硫化及正硫化点的确定200

4. 硫化方法和硫化介质201

三、模型硫化工艺及硫化条件203

1. 硫化压力203

2. 硫化温度204

3. 硫化时间205

第三节 复合材料压制成型205

一、层压成型206

1. 浸渍上胶206

2. 压制207

3. 后加工和热处理208

1. 块状模塑料模压成型工艺209

二、模压成型209

2. 片状模塑料模压成型210

三、手糊成型211

1. 树脂胶液的配制211

2. 玻璃纤维制品的制备211

3. 模具准备及脱模剂涂刷212

4. 胶衣层的制备212

5. 糊制成型212

6. 固化212

7. 脱模、修整及装配212

第四节 传递模塑213

3. 柱塞式传递模塑214

4. 螺杆式传递模塑214

一、传递模塑形式及设备214

2. 罐式传递模塑214

1. 活板式传递模塑214

二、传递模塑工艺215

三、传递模塑工艺条件216

1. 成型压力216

2. 模塑温度216

3. 模塑时间216

第七章 挤出成型217

二、料筒218

第一节 单螺杆挤出机基本结构及作用218

一、加料装置218

三、螺杆219

1. 螺杆的结构219

2. 螺杆的几何结构参数219

3. 螺杆的作用221

4. 螺杆的形式222

四、机头和口模224

第二节 挤出成型原理224

二、挤出理论225

3. 均化段225

2. 熔融段225

1. 加料段225

一、挤出过程和螺杆各段的职能225

1. 固体输送理论226

2. 熔化理论226

3. 熔体输送理论228

三、挤出机的生产率230

1. 实测法230

2. 按经验公式计算230

3. 按固体输送理论计算230

4. 按粘性流体流动理论计算231

1. 机头压力与生产率的关系232

四、螺杆和机头(口模)的特性曲线232

五、影响挤出机生产率的因素232

2. 螺杆转速与生产率的关系233

3. 螺杆几何尺寸与生产率的关系233

4. 物料温度与生产率的关系233

5. 机头口模的阻力与生产率的关系234

第三节 挤出成型工艺234

一、挤出工艺流程234

1. 原料的准备和预处理234

3. 定型与冷却235

4. 制品的牵引和卷取(切割)235

2. 挤出成型235

5. 后处理236

二、典型挤出制品成型工艺236

1. 塑料管材挤出236

2. 塑料薄膜的挤出吹塑240

3. 塑料板材挤出242

第四节 双螺杆挤出243

一、双螺杆挤出机的结构与分类243

二、双螺杆挤出机的工作原理244

1. 同向啮合型双螺杆挤出机244

2. 异向啮合型双螺杆挤出机246

3. 非啮合型双螺杆挤出机247

1. 物料的传送方式248

2. 物料的流动速度场248

第五节 热固性塑料挤出248

一、热固性塑料挤出成型的基本原理248

三、双螺杆挤出机和单螺杆挤出机248

二、与热塑性塑料挤出比较249

第六节 反应性挤出250

一、反应性挤出的特点250

二、反应性挤出加工的反应类型及制备聚合物类型250

三、反应性挤出加工对设备的要求及工艺控制要点251

1. 机身252

2. 螺杆252

第七节 橡胶的压出252

一、压出机252

3. 机头与口型253

二、压出工艺253

1. 胶料热炼253

2. 压出成型253

3. 冷却、裁断、称量或卷取254

三、压出成型的影响因素254

1. 胶料的组成和性质254

2. 压出机的结构特征254

4. 压出速度255

3. 压出温度255

5. 压出物的冷却256

第八节 合成纤维的螺杆挤出熔融纺丝256

一、合成纤维的纺丝256

1. 熔融纺丝256

2. 干法纺丝256

二、涤纶纤维的熔融纺丝257

1. 熔体直接纺丝257

3. 湿法纺丝257

2. 间接纺丝258

三、螺杆挤出机纺丝258

1. 螺杆挤出纺丝机的基本结构258

2. 螺杆挤出纺丝工艺260

3. 螺杆挤出纺丝工艺条件的选择261

第九节 合成纤维的高速纺丝262

一、高速纺丝与常规纺丝工艺路线的技术、经济比较262

4. 静态混合263

3. 熔体分配管道263

5. 纺丝组件263

2. 预过滤263

1. 熔融挤出263

二、POY生产的工艺过程263

6. 冷却成形264

7. 集束上油264

8. POY的卷绕264

三、高速纺丝工艺条件264

1. 对聚酯切片质量的要求264

2. 对切片干燥的要求265

3. 纺丝温度265

4. 螺杆各区温度和测量头压力的选择266

5. 泵供量266

6. 喷丝板的也数和孔径267

第八章 注射成型268

第一节 注射机的结构与作用268

一、注射机分类268

1. 按结构特点分类268

2. 按注射机外形特征分类270

3. 按注射机的加工能力分类270

4. 按注射机用途分类271

二、注射机的基本结构271

1. 注射系统271

2. 锁模系统273

3. 液压传动与电器控制系统274

4. 注射模具274

三、注射机的工作过程275

2. 注射装置前移276

3. 注射276

4. 保压276

5. 制品的冷却和预塑化276

6. 注射装置后退和开模顶出制品276

第二节 注射过程原理276

一、塑化过程276

1. 合模与锁紧276

1. 热均匀性277

2. 塑化能力278

3. 料温分布279

1. 注射成型周期280

二、注射充模过程280

2. 熔体在喷嘴中的流动281

3. 熔体在模具浇道系统中的流动282

4. 熔体在模腔的流动282

三、增密与保压过程284

1. 增密过程(压实过程)284

2. 保压过程285

四、倒流与冷却定型过程285

1. 熔体的倒流285

2. 浇口冻结后的冷却285

2. 注射成型过程287

1. 成型前的准备287

第三节 注射成型工艺及工艺条件287

一、注射成型工艺流程287

3. 制品后处理288

二、注射成型工艺条件的选择288

1. 温度288

2. 压力290

3. 时间(成型周期)291

第四节 橡胶注射成型292

一、注射成型设备292

二、注射过程及原理293

1. 温度294

三、注射工艺条件294

2. 注射压力296

3. 螺杆转速与注射速度296

4. 喷嘴直径297

5. 时间297

第五节 热固性塑料注射成型298

一、热固性塑料注射成型原理298

1. 热固性塑料在料筒内的塑化298

2. 热固性塑料熔体在充模过程中的流动298

三、热固性塑料注射机的结构特征299

二、注射原料的要求299

3. 热固性塑料在模腔内的固化299

四、注射工艺及成型条件300

第六节 反应注射成型301

一、反应注射成型工艺特点302

二、RIM成型设备302

1. RIM对设备的要求302

2. RIM设备的工作原理302

3. RIM设备的组成303

三、反应注射成型工艺流程和控制304

3. 撞击混合305

4. 充模305

1. 两组分物料的贮存加热305

2. 计量305

5. 固化定型306

第七节 气体辅助注射成型306

一、气体辅助注射成型工艺过程306

二、气体辅助注射成型设备307

1. 注射机307

2. 气辅装置307

1. 标准成型法308

2. 副腔成型法308

三、气体辅助注射成型方法308

3. 气体喷嘴308

3. 熔体回流法309

4. 活动型芯法309

四、气体辅助注射成型特点309

第九章 压延成型311

第一节 压延设备311

一、压延机的分类311

1. 辊筒数目311

2. 排列形式312

二、压延机的基本结构313

1. 辊筒313

2. 制品厚度调整机构314

3. 传动机构315

4. 辅助装置315

第二节 压延成型原理315

一、物料在压延辊筒间隙的压力分布315

二、物料在压延辊筒间隙的流速分布317

第三节 压延成型工艺319

一、供料阶段319

二、压延阶段320

三、压延操作条件321

1. 辊温321

第四节 影响压延制品质量的因素322

4. 引离(拉伸)、冷却、卷取322

3. 辊筒间距322

2. 辊速与速比322

一、压延效应323

二、影响制品表面质量的因素323

1. 原材料因素323

2. 压延工艺条件323

3. 冷却定型324

三、影响制品厚度的因素324

1. 辊筒的弹性变形324

2. 辊筒表面温度的变动324

二、压延前的准备工艺325

1. 胶料的热炼325

第五节 橡胶的压延325

一、压延设备325

2. 纺织物的预加工326

三、压延工艺326

1. 胶片压延(压片)326

2. 压型326

3. 纺织物挂胶327

4. 贴合328

第一节 二次成型原理330

一、聚合物的物理状态330

第十章 二次成型330

二、聚合物的粘弹性形变331

三、成型条件的影响331

第二节 中空吹塑成型332

一、注射吹塑332

1. 无拉伸注坯吹塑332

2. 注坯-拉伸-吹塑333

二、挤出吹塑334

1. 单层直接挤坯吹塑334

2. 多层共挤出吹塑335

3. 挤出-蓄料-压坯-吹塑335

2. 充气压力和充气速度336

三、中空吹塑工艺过程的控制336

1. 型坯温度336

3. 吹胀比337

4. 吹塑模具温度337

5. 冷却时间337

第三节 拉幅薄膜成型337

一、平挤逐次双向拉伸薄膜的成型338

1. 厚片急冷339

2. 纵向拉伸339

二、管膜双向拉伸薄膜的成型340

5. 切边和卷取340

4. 热定型和冷却340

3. 横向拉伸340

第四节 热成型341

一、热成型的基本方法341

1. 差压成型341

2. 覆盖成型342

3. 柱塞助压成型344

4. 回吸成型344

5. 对模成型344

6. 双片热成型345

二、热成型设备和模具345

4. 压缩空气系统346

5. 模具346

2. 夹持系统346

3. 真空系统346

1. 加热系统346

三、热成型工艺及工艺条件347

1. 加热347

2. 成型348

3. 冷却脱模348

第五节 合成纤维的拉伸348

一、拉伸的目的和作用349

二、拉伸过程进行的方式349

2. 拉伸350

三、合成纤维的后加工350

1. 集束350

3. 卷曲351

4. 热定型351

5. 切断352

第六节 合成纤维网络丝和空气变形丝的加工352

一、网络丝353

1. 网络生成的原理353

2. 网络加工工艺条件353

二、空气变形丝354

3. 空气变形喷嘴355

2. 空气变形丝的几何结构355

1. 空气变形原理355

4. 工艺参数的选择356

5. 空气变形丝的应用357

6. 空气变形机的几种主要机型357

第十一章 其他成型工艺359

第一节 铸塑成型359

一、静态浇铸359

1. 嵌件的预处理360

二、嵌铸360

4. 制品脱模及后处理360

3. 浇铸及固化360

1. 模具准备360

2. 浇铸液的配制和处理360

2. 嵌件的固定361

3. 浇铸工艺361

三、离心浇铸361

四、流延铸塑361

五、搪塑362

六、滚塑363

第二节 泡沫材料成型364

一、泡沫材料成型原理364

3. 气孔的增大365

1. 气体的产生365

2. 气孔的产生365

4. 气孔的稳定366

二、泡沫材料成型方法366

1. 化学发泡法366

2. 物理发泡法367

3. 机械发泡法368

第三节 冷压烧结成型368

一、冷压制坯369

三、冷却370

2. 保温阶段370

1. 升温阶段370

二、烧结370

第四节 胶乳制品的加工371

一、胶乳工艺基本原理371

1. 胶乳的配合371

2. 胶乳的熟成371

3. 胶乳的胶凝371

4. 胶乳的成膜372

5. 胶乳的硫化372

二、胶乳制品的制造工艺373

1. 浸渍制品373

2. 压出制品374

3. 注模制品375

第五节 合成纤维的溶液纺丝375

一、腈纶短纤维的生产工艺375

1. 腈纶湿法纺丝的主要设备376

2. 纤维的成型376

3. 影响纺丝的因素377

4. 纤维的拉伸378

5. 纤维的后处理378

二、腈纶长纤维的生产工艺379

1. 以十氢化萘为溶剂的工艺路线380

第六节 合成纤维的冻胶纺丝法380

一、冻胶纺丝加工技术380

2. 以石蜡油为溶剂的工艺路线381

二、冻胶纺丝纤维的结构与性能382

三、超高强聚乙烯纤维的应用与开发382

第十二章 计算机在聚合物加工过程中的应用384

第一节 微型计算机控制系统概述384

一、计算机控制的一般概念384

1. 自动控制系统384

3. 计算机控制系统的类型385

2. 计算机控制系统385

二、微型计算机工业控制系统的组成及原理387

1. 硬件部分387

2. 软件组成388

三、计算机控制系统的基本功能和主要特点388

1. 高可靠性和可维护性388

2. 对环境的适应性389

3. 控制的实时性和中断系统389

4. 完善的外围设备和指令系统389

5. 正确反映生产过程的数学模型和完善的软件系统389

1. 过程通道的组成和功用390

2. 输入过程通道390

四、输入/输出过程通道390

3. 输出过程通道391

第二节 可编程序控制器(PC)392

一、可编程序逻辑控制器(PLC)的出现392

二、可编程序控制器(PC)的定义393

三、可编程序控制器(PC)的特点和构成393

1. 可编程序控制器(PC)的特点393

四、可编程序控制器(PC)的应用和发展394

1. 可编程序控制器(PC)的应用394

3. 各模块功能394

2. 硬件构成394

2. 可编程序控制器(PC)的发展趋势395

第三节 注射机的计算机控制395

一、注射机的程序控制395

二、可编程序控制器对注射成型的顺序控制397

三、注射机的过程控制400

1. 温度控制400

2. 注射速度控制402

3. 压力控制402

第四节 计算机在成型生产线上的应用404

一、通用塑料挤塑生产线计算机控制404

二、电力电缆生产线计算机控制404

1. 薄膜平析宽度控制系统405

三、薄膜吹塑过程中的计算机控制405

2. 薄膜平均厚度的控制406

3. 膜泡颈部长度的控制系统407

第五节 塑料加工中的计算机模拟408

一、塑料加工的CAE408

1. CAE技术408

2. CAE软件应用408

二、注射充模的流动分析409

1. 聚合物熔体的粘度模型409

2. 一维流动模拟409

第十三章 高分子材料的环境问题412

第一节 高分子材料的环境问题413

第二节 生产过程中的环境问题413

一、高分子化合物制备时的环境问题413

1. 原材料413

2. 采用有毒原料的生产方法造成的问题414

3. 废液414

4. 废弃物414

二、加工过程中的环境问题414

1. 使用重金属添加剂引起的问题414

2. 氟氯烃414

一、高分子材料燃烧引起的环境问题415

第三节 使用过程中的环境问题415

1. 高分子材料的燃烧性415

4. 残留单体415

5. 增塑剂415

3. 石棉的致癌性415

2. 燃烧时的发烟性417

二、废弃高分子材料引起的环境问题418

1. 树脂生产中的废弃高分子材料418

2. 制品成型过程中回收的废弃高分子材料419

3. 使用过程中产生的废弃高分子材料419

第四节 与废弃高分子材料有关的环境法规421

第五节 回收利用废弃高分子材料的对策421

一、节约使用量422

二、再生(再循环)423

1. 化学再生424

2. 原材料的再生425

3. 废弃塑料焚烧回收热能426

4. 掩埋处理废弃高分子材料426

5. 光降解和生物降解高分子材料426

6. 废弃热固性塑料的回收处理427

7. 废弃橡胶制品的回收利用427

主要参考文献429

附录 本书中英文代号的含义431