高分子材料加工,是将高聚物(和加入的添加物或配料)转变成为实用材料或制品的过程。大多数情况下,这一过程包括四个阶段:
(1)原材料的准备,如高聚物和添加物的预处理、配料、混合等。
(2)使原材料产生变形或流动,并成为所需的形状。
(3)材料或制品的固化。
(4)后加工和处理,以改善材料或制品的外观、结构和性能。
高分子材料成型加工通常有以下几种形式:
(1)高聚物熔体加工:如热塑性树脂熔体挤出纺制化学纤维;以挤出、注射压延或模压等方法制取热塑性塑料型材和制品;用模压、注射或传递模塑加工热固性塑料制品和橡胶制品。
(2)高聚物溶液加工:如溶液法纺制化学纤维、流延法制薄膜;油漆、涂料和黏合剂等也大多用溶液法加工。
(3)类橡胶状聚合物的加工:如采用真空成型、压力成型或其他热成型技术等制造各种容器、大型制件和某些特殊制品;纤维或薄膜的拉伸等。
(4)低分子聚合物或预聚物的加工:如丙烯酸酯类、环氧树脂、不饱和聚酯树脂以及浇铸聚酰胺等用该技术制造整体浇铸件或增强材料;化学反应法纺制聚氨酯弹性纤维等。
(5)高聚物悬浮体的加工:如以橡胶乳、聚乙酸乙烯酯乳或其他胶乳以及聚氯乙烯糊等生产多种胶乳制品、涂料、胶黏剂、搪塑塑料制品;乳液法或悬浮法纺制化学纤维等。
(6)固态高聚物的机械加工:如塑料件的切削加工(车、铣、刨、钻)、黏合、装配;化学纤维的加捻、假捻、卷曲、变形等。
(一)化学纤维成型加工
化学纤维的成型通常又称为纺丝。根据成纤聚合物的性质和所纺制的纤维性能的要求,化学纤维的纺丝方法有多种,其分类如下。
化学纤维生产中,采用最多的是熔体纺丝(熔纺)和湿法纺丝(湿纺),其次是干法纺丝(干纺)。
成纤高聚物必须是线型高聚物。其中,只有其分解温度(Td)高于熔点(Tm)或流动温度(Ts)的线型高聚物才能采用熔体纺丝。根据熔体制备情况,又分为熔体直接纺丝和切片纺丝两种。前者是将聚合后的高聚物熔体直接进行纺丝,后者是将固态(切片)高聚物加热熔融纺丝。熔体纺丝流程如图1-2所示。
图1-2 熔体纺丝流程
溶液法纺丝,是先将固态高聚物溶解在适当溶剂中调配成一定浓度的溶液(常称为原液),然后再进行纺丝。根据纺丝时所使用的凝固介质不同,又分为湿法和干法两种。湿法纺丝的凝固介质是含有凝固剂的溶液(又称凝固浴);干法纺丝的凝固介质是干热气流。溶液法纺丝流程如图1-3所示。
图1-3 溶液法纺丝流程
上述各种纺丝流程虽然不同,但都可归纳为如下几个过程:(www.xing528.com)
(1)纺丝溶液或熔体的制备。
(2)纺丝溶液或熔体的纺前准备。
(3)纺丝。
(4)纤维的拉伸及后处理或纺织加工。
(二)塑料的成型加工
塑料的原料是树脂和添加剂。树脂是粒状或粉状的固体,也可能是液态的低聚物。塑料的高聚物分子结构是线型(热塑性塑料)或者是体型(热固性塑料)。
塑料的添加剂又叫助剂,包括稳定剂(热稳定剂、光稳定性、抗氧剂等)、润滑剂、着色剂、增塑剂、填料以及根据不同用途加入的防静电剂、防霉剂、紫外线吸收剂或其他特种添加剂等。
塑料的成型方法因树脂的性质和制品的形式不同而不同。重要的有注塑成型、挤出成型、吹塑成型、模压成型、层压成型、传递模塑成型、浇铸成型、旋转成型、涂覆成型等。
热塑性塑料和热固性塑料主要成型方法如图1-4和图1-5所示。
图1-4 热塑性塑料的成型流程及方法
图1-5 热固性塑料成型的流程及方法
成型之后还需进行机械加工(如车、钻、磨、锯、剪、冲、铣、切)、修饰(如抛光、彩色、滚光)和装配(如黏合、焊接、机械连接)等一系列加工过程。
(三)橡胶的成型加工
橡胶及其制品的主要原料是生胶,同时还要加入各种配合剂,采用纤维材料和金属材料作骨架。制造胶浆时,还需大量溶剂。
橡胶工业配合剂有上千种,主要是硫化剂、硫化促进剂、活性剂、防焦剂、防老剂、软化剂、增强剂、填充剂、着色剂等。
橡胶及其制品的成型加工基本过程包括塑炼、混炼、挤出、压延、成型、硫化等,如图1-6所示。
图1-6 橡胶制品成型加工流程
整个橡胶加工的工艺过程,是解决塑性和弹性矛盾的过程。通过塑炼、混炼先使弹性的橡胶变成具有塑性的胶料,通过压延、挤出成型并制成一定形状的半成品,然后再通过硫化的办法,将橡胶分子交联成空间网状结构,从而使具有塑性的半成品再变成弹性高、物理-力学性能好、有一定形状的橡胶制品。
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