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1、聚合物成型加工新技 术 1 高分子材料成型加工就是利用一切可以实施的技术和手段 使聚合物原料称为具有一定外形和使用价值的物件或定型材 料的工艺过程 高分子材料最终是以制品的形式来实现其使 用价值的 成型加工是聚合物从材料走向制品的必经环节 故其重要性不言而喻 高分子材料成型加工包含两方面的功用 一是赋予制品以外 形 包括形状和尺寸 二是通过控制组分 配比以及加工 工艺条件 对制品内部的结构和形态进行控制 以保证制品 获得最优化的性能 下面将对一些成型的技术进行简要的介绍 2 聚合物成型加工技术 一 挤出加工技术 二 注射成型技术 三 其他成型加工技术 四 计算机辅助技术 五 高分子循环利用技术
2、 3 一 挤出成型技术 挤出成型是应用最广的一种塑料成型加工方法 自1845年 最早的柱塞式挤出机问世以来 已有160多年的历史 挤 出机也由单螺杆挤出机发展为双螺杆挤出机 多螺杆挤出 机等 还出现了一些新型螺杆 如瑞典首先推出的BM螺杆 德国的屏障螺杆 销钉螺杆等 还有一些新型挤出机如串联式磨盘挤出机现已成为最先进 的连续混炼装置之一 如叶片挤出机 基于拉伸流变的塑 化输运机理 改变了传统挤出机剪切形变起支配作用的高 分子材料塑化运输机理 再如振动挤出机 在聚合物塑化 充模 保压或冷却成型阶段 通过机械 电磁 声波 超声波 微波等振动源在机筒 流道或模腔内部引入振动 以使聚合物受到周期性的压
3、力或剪切作用 从而加工出 预期的制品 4 挤出加工技术作为聚合物加工技术之一 已有300多年的 发展历史 据文献记载 早在1795年 Joseph Bramah就 发明了最早的工业挤出机 英国人Matthew Gray和美国人 John Royle申请了第一个阿基米德螺杆挤出机的专利 1925年挤出机用于挤出PVC标志着现代挤出加工技术的开 始 挤出机可用于造粒及成型制品 同时可应用于聚合物 改性 随着技术的发展 挤出机将呈现出精密化 巨大化 高速高效化的发展趋势 挤出加工技术的发展趋势则是精密挤出技术和反应挤出技 术 新概念和功能化产品的挤出成型 组合挤出技术 其 他诸如气辅挤出成型技术以及
4、固态挤出成型技术在很多领 域也有很大的应用和前景 5 二 注射成型技术 1 流体辅助注射成型 2 可熔芯注射成型 3 受控低压注射成型 4 共注射成型 5 反应注射成型 6 热固性塑料注射成型 7 粉末注射成型 8 精密注射成型 6 注射成型又称注塑 是聚合物的一种重要成型方法 几乎 所有的热塑性和部分热固性塑料都可用注射成型方法成型 注射成型制品约占塑料制品总量的20 30 其制品主 要是工业配件 各种零部件和壳体 日用生活品等 与其他成型方法相比 注射成型具有以下一些突出的特点 成型过程非连续 成型周期短 易于自动化操作 生产效率高 产品种类多 更新快 一次成型外形复杂的制品 对各种塑料的
5、适应性强 尺寸精度高 应用领域广 7 三 其他成型加工技术 中空吹塑 挤出吹塑注射吹塑拉伸吹塑 除以上两种以外其它常用 以外 其它诸如中空吹塑 发泡成型 纤维加工成 型等 还有一些新型的技 术如辐射加工 微波加工 表面涂层技术 焊接成 型与固相成型 8 辐射加工 高分子材料的辐射交联 高分子材料的辐射接枝改性 高分子材料的辐射固化 9 辐射加工业是近几十年来发展起来的高新技术产业 在生 存环境日益恶化 可持续发展已成为人类共识的情况下 辐射技术正以较快的速度发展着 在高能射线作用下 集合物的分子链上可以形成多种活性 粒子 引发一系列的化学反应 在合适的工艺条件下 可 改善聚合物的诸多性能 与传
6、统相比 辐射加工技术的特点 加工工艺简单 易操作和可调控 辐射加工属于冷加工 低能耗 无污染产业 可在常温 常压或低温条件下实施加工 射线引发反应连续均匀 产品中无引发剂或或催化剂的 影响 能够获得高纯度 高质量 优良性能的绿色产品 辐射加工方法对反应体系的状态无选择性 10 微波加工 材料在外加电磁场作用下内部介质极化而产生 的极化强度矢量比外加电场落后一定的角度 导致与电场 相同的电流的产生 构成了材料内部的功率耗散 从而将 微波能转变成热能 简单的来说 微波加工就是利用微博 的加热效应 微波加热有一下特点 加热均匀 效率高 选择性加热 各种物体吸收微波的能力具有较大的差异 加热穿透能力强
7、 清洁卫生 无污染 11 四 计算机辅助技术 材料加工中的计算机辅助技术主要包括计算机辅 助设计技术 CAD 计算机辅助制造技术 CAM 以及计算机辅助工程分析技术 CAE CAD CAM CAE技术是制造工程技术与计算机技术紧密结 合 相互渗透而发展起来的一项综合性应用技术 具有知识密集 学科交叉 综合性强 应用范 围广等特点 CAD CAM CAE技术是先进制造技术 的重要组成部分 它的发展和应用是传统的产品 设计 制造内容和工作方式等都发生了根本性的 变化 12 计算流体力学 CFD 是通过计算机数值计算和图像显 示 对包含有流体流动和热传导等相关物理现象的系统所 做的分析 一些比较常用
8、的商用 软件 如CFX PHOENICS STAR CD FIDIP FLUENT FLUENT公司的POLYFLOW软件最广为人知的是其对粘弹性材 料的建模能力 基于有限元算法 具有强大的解决非牛顿 非线性问题的能力 有专门关于粘弹性材料的流动模拟 主要适用于塑料 树脂等高分子材料的挤出成型 吹塑 成型 拉丝 层流混合 涂层混合过程中的流动及传热和 化学反应问题 另外也可用于模拟聚合物流动的问题 如 聚合物熔体 石油 印墨 悬浮物的模拟流动 13 常用设计软件 模具制造软件有很多 如AUTOCAD CAXA软件 由北京数码大方科技有限公司设计开发 其拥 有自主产权 目前CAXA系列软件产品线
9、完整 可以为用户 提供数字化设计解决方案 产品包括二维 三维CAD 工 艺CAPP和数据管理PDM等软件 于 年问世 目前已成为世界最大的 系统 广泛应用于电子 机械 模具 工业设计等领域 是一套从设计 分析到制造的全 方位的机械设计集成软件 14 快速原型技术 快速成型 也称快速原型 制造技术借助计算机 激光 精密传动和控制等现代手段 将计算机辅助设计与计算机 辅助制造集成一体 根据计算机上的三维模型 能在很短 的时间内直接制造产品模型或样品 而无需传统的机械加 工机床和模具 极大地缩短了产品开发的周期 降低了风 险 目前广泛应用的方法有 采用光敏树脂材料通过激光照射 逐层固化的光固化成型法
10、 采用粉状材料通过 激光选择性烧结逐层固化的选择性激光烧结法 和熔融材料加热融化挤压喷射冷却成型的熔融沉积制造法 以及近年来发展最为迅速的三维打印快速成 型法 15 五 高分子循环利用技术 高分子材料自问世以来 因具有质量轻 加工方便 产品美 观实用等特点 颇受人们青睐 广泛应用于各行各业 随着 塑料制品消费量的不断增长 高分子材料在生产 处理 循 环 消耗 使用 回收 和废弃的过程中也带来了沉重的环 境负担 废塑料弃物的处理也成为全球性的问题 在现有的 城市固体废弃物中 塑料的比例已达到15 25 近年来石 油原料的有效开采储量迅速下降 能源价格不断上升 更加 速了废旧高分子材料的资源化进程
11、 当前处理垃圾的国际潮流是 综合性废物管理 采用 4R 原则 把垃圾的产生量减少下来 4R原则 是指源头减 量 reduction at the sources 重复使用 reuse 循 环再生 recycling 回收利用 recovery 16 高分子废弃物的前期处理 一 高分子废弃物的收集 废弃塑料的收集是回收过程的第一步 由于废弃塑料十分 分散 收集措施 方式的不同 直接影响收集效率 收集 成本 我国废弃塑料的回收率不及世界平均水平的三分之 一 原因是收集方法落后 成本高 效率低 民众环境意 识差 二 高分子废弃物的分离技术 对废旧塑料进行分类分离也是聚合物回收的一个重要环 节 包括手
12、工分离 风力分离 密度分离 离心分离 浮 选分离 溶解分离 冷热分离 电磁 静电分选 光学分 离等手段 17 三 高分子废弃物的粉碎技术 广义的粉碎是指从外部对物体施以压 压缩 打 打击 切 切割 剪切 摩擦等力 是物体破碎 尺寸变小 等操作的总称 高分子材料的粉碎大致分为剪切粉碎和冲击粉碎 常用方 法有常温粉碎 低温粉碎 湿法粉碎 固态剪切粉碎 其他 粉碎技术 四 高分子废弃物的清洗和干燥 清洗 高分子废弃物来源复杂 通常带着灰尘 泥沙 油垢 等异物 所以必须进行清洗 热塑性高分子材料除了清洗外 还可用溶剂溶解进行处理 干燥 将材料中所含水分 溶剂等可挥发成分气化 并将蒸 汽出去的操作 聚合
13、物的干燥质量取决于干燥方式和干燥过 程 18 高分子废弃物的循环利用 高分子废弃物的循环利用主要包括3个阶段 收集 分离 加工或再生 目前对于废旧塑料的加工或再生 已经开 发出了物理循环 简单再生 化学循环 如热裂解 加 氢裂解等 能量循环 如燃烧取热等 等工艺 物理循环 主要指简单再生和复合再生利用 简单再生是 指经过分类 清洗 破碎 造粒后直接进行成型加工 如 聚氯乙烯废旧硬质板材 管材等硬制品经过上述处理后可 直接挤出板材 改性再生指将再生料通过机械共混或化学 接枝进行改性 接枝改性主要应用于废PP改性 近年来被重点关注的几种技术有塑木技术 木粉与塑料达 到分子级混合 土工材料化 涂料和
14、胶黏剂 废旧塑料 制漆 19 化学循环 在有氧或无氧条件下 经热或水 醇 胺等物 质的作用使高分子废弃物发生降解 形成小分子 单体 低聚物回收的技术 将高分子材料降解称为单体或 其他化学材料 水解法 醇解法 废聚酯的解聚 化学转化处理法 制取燃料技术 通过热裂解法或催化裂解法 将废弃塑料在一定条件下分 解的方法 分解产物为 以氢气 一氧化碳 甲烷等低分 子碳氢化合物为主的可燃性气体 在常温下为液态的燃料 油 纯炭与玻璃 金属 土砂等混合物形成的炭黑产品 20 超临界流体技术 物质随压力 温度变化会出现不同的相变化 当温度 压力 高到一定程度时 物质会成为超临界相 超临界相物质的密 度低 具有气
15、体和液体两方面的特性 密度和扩散系数介于 液体和气体之间 反应性增加 分子极性降低 具有强大的 溶解能录 保持高的反应选择性 无副作用 能量循环 直接焚烧技术 制作垃圾衍生燃料 RDF 技术 高炉喷吹废塑料技术 等离子弧技术 21 生物降解高分子材料 生物降解高分子是在水存在的环境下 能被酶或微生物水 解降解 从而高分子主链断裂 分子量逐渐变小 以致最 终成为单体或代谢成二氧化碳和水 影响材料生物降解性 能的因素有环境因素和材料的结构 环境因素是指水 温 度 PH值和氧浓度 水是微生物生成的基本条件 只有在 一定湿度下微生物才能侵蚀材料 每一种微生物都有其适 合生长的最佳温度 并且一般来说 真菌宜生长在酸性环 境中 而细菌适合生长在碱性条件下 虽然很多环境因素 影响材料的降解性能 但是材料的结构是决定其是否生物 降解的根本因素 22 生物降解的三个阶段 一 高分子材料的表面被微生物粘附 二 高分子材料在微生物所分泌的酶的作用下 通过水解 和氧化等反应切断高分子链 生成相对分子质量小于500 的小分子的化合物 三 降解的生成物被微生物摄入体内 经过种种的代谢路 线 合称为其活动的能量 最终都转化为二氧化碳和水 23 20152015年夏年夏 24 此课件下载可自行编辑修改 供参考 感谢您的支持 我们努力做得更好
