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高分子材料加工工艺 第十章 二次成型 教学目的：掌握二次成型的定义，二次成型与一次成型的差异，二次成型的原理，常见的二次成型工艺；中空吹塑及工艺分类；拉幅薄膜成型及特点；热成型特点及基本分类。 ? 重点内容：二次成型的特点及成型原理；常见二次成型工艺。 ? 难点内容：二次成型的工艺原理；常见二次成型工艺的工艺特点。? 熟悉内容：二次成型的分类及在各行业中的应用。 主要英文词汇： forming---二次成型 hollow blow molding---中空吹塑 tentering forming---拉幅薄膜成型 stretch forming,draw forming---拉伸成型 thermoforming---热成型 参考教材或资料： 1、《高分子材料成型加工》，周达飞，唐颂超主编，中国轻工业出版社，2005年第2版。 2、《橡胶及塑料加工工艺》，张海，赵素合主编，化学工业出版社，1997年第1版。 3、《高分子材料加工工艺》讲义，青岛科技大学印刷厂，2000年。 二次成型是指在一定条件下将高分子材料一次成型所得的型材通过再次成型加工，以获得制品的最终型样的技术。 二次成型是相对于一次成型而言的。有些高分子材料制品由于技术上和经济上的原因，不能够或不适于经过一次成型即取得制品的最终形状，因而需要以一次成型技术的产物为对象，经过再次成型来获得最终制品。 二次成型技术与一次成型技术相比，除成型对象不同外，二者的主要区别在于：一次成型是通过材料的流动或塑性形变而成型，成型过程中伴随着聚合物的状态或相态转变，而二次成型是在低子聚合物流动温度或熔融温度的“半熔融”类橡胶态下进行的，一般是通过粘弹形变来实现材料型村或坯件的再成型。 在高分子材料中，橡胶和热固性塑料经一次成型以后，发生了交联反应，其分子结构变成网状或体型结构，遇热不再熔融，也不溶于溶剂。如果加热温度过高，只能炭化。因此，橡胶和热固性塑料是不适于二次成型的。 热塑性塑料在一定温度下可以软化、熔融流动，冷却后获得一定的形状，其分子结构设有变化，再加热理论上又可再软化乃至熔融流动，所以二次成型仅适用于热塑性塑料。目前二次成型技术主要包括：中空吹塑成型、薄膜的双向拉伸、热成型以及合成纤维的拉伸。 第一节 二次成型原理 一、聚合物的物理状态 聚合物在不同的温度下分别表现为玻璃态(或结晶态)、高弹态和粘流态三种物理状态。在一定的相对分子质量范围内，温度和相对分子质量对非晶型和部分结晶型聚合物物理状态转变的关系如图所示。 非晶型聚合物在玻璃化温度Tg以上呈类橡胶状，显示出橡胶的高弹性，在粘流温度Tf以上呈粘性液体状；部分结晶型聚合物在Tg以下呈硬性结晶状，在Tg以上呈韧性结晶状，在接近熔点Tm转变为具有高弹性的类橡胶状，高于Tm则呈粘性液体状。 聚合物在Tg(Tf(m)间，既表现液体的性质又显示固体的性质。塑料的二次成型加工就是在材料的类橡胶态下进行的，因此在成型过程中塑料既具有粘性又具有弹性，在类橡胶态下，聚合物的模量要比玻璃态下时低，形变值大，但由于有弹性性质，聚合物仍具有抵抗形变和恢复形变的能力，要产生不可逆形变必须有较大外力作用。 二、聚合物的粘弹性形变 根据经典的粘弹性理论，聚合物在加工过程中的总形变是由普弹形变、推迟高弹形变和粘性形变三部分组成的。对于玻璃化温度Tg比室温高得多的无定形聚合物，其二次成型加工是在Tg以上，粘流温度Tf以下，受热软化，并受外力作用而产生形变，此时聚合物的普弹形变很小，通常可以忽略，又因其粘性很大，粘(塑)性形变几乎可以忽略，因此在二次加工过程中聚合物的形变省去了普弹形变和粘性(塑性)形变。 对于Tg比室温高得多的无定形聚合物，二次成型的过程是：先将聚合物材料在Tg(Tf温度范围内加热，使之产生形变并成型为一定形状，然后将其置于接近室温下冷却，使其形变冻结并固定其形状。 对于部分结晶的聚合物形变过程则是在接近熔点Tm的温度下进行，此时粘度很大，成型形变情况与上述无定形聚合物一样，但其后的冷却定型与无定形聚合物有本质的区别。结晶聚合物在冷却定型过程中会产生结晶，分子链本身因成为结晶结构的一部分或与结晶区域相联系而被固定，不可能产生弹性回复，从而达到定型的目的。 三、成型条件的影响 二次成型的温度以聚合物能产生形变且伸长率最大的温度为宜。—般无定形热塑性塑科最宜成型温度比其Tg略高，如硬聚氯乙烯(Tg＝83℃的最宜成型温度为92(94℃，聚甲基丙烯酸甲酯(Tg105℃)成型温度为118℃。 二次成型产生的形变具有回复性，实际获得的有效形变(即残余形变)与成型条件有关。冻结残余形变的温度(即模具温度)低，成型制品可回复的形变成分就少，可获得的有效形变就大，因此，