高分子材料的加工工艺性能外文文献翻译、中英文翻译

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附录A

高分子材料的加工工艺性能

1 高分子材料概述

材料是科学与工业技术发展的基础。一种新材料的出现，能为社会文明带来巨大的变

化，给新技术的发展带来划时代的突破。材料已当之无愧的成为当代科学技术的三大支柱

之一。高分子材料科学已经和金属材料、无机非金属材料并驾齐驱，在国际上被列为一级

学科。高分子材料科学是材料科学中的一个重要的分支学科。现代材料科学的范围定义为

研究材料性质、结构和组成、合成和加工、材料的性能这四个要素以及它们之间的相互关

系。高分子材料科学的基本任务是：研究高分子材料的合成、结构和组成与材料的性质、

性能之间的相互关系；探索加工工艺和各种环境因素对材料性能的影响；为改进工艺，提

高高分子材料的质量，合理使用高分子材料，开发新材料、新工艺和新的应用领域提供理

论依据和基础数据。高分子材料科学是一门年轻而新兴的学科，它的发展要求科学和工程

技术最为密切的配合，它的进步需要跨部门、多学科的最佳协调和共同参与。

目前各种合成高分子的应用已遍及国民经济的各部门，特别是军事及尖端技术对具有

各种不同性能的聚合物材料的迫切需要，促使了高分子合成和加工的技术有了更快的发展

高分子成型和加工已经成为一种独立的专门工程技术了。由于加工技术理论的研究、加工

设备设计和加工过程自动控制等方面都取得了很大的进展，产品质量和生产效率大大提高

产品适应范围扩大，原材料和产品成本降低，聚合物加工工业进入了一个高速发展时期。

加工过程中高分子表现出形状、结构、和性质等方面的变化。形状转变往往是为满足使用

的最起码要求而进行的；材料的结构转变包括高分子的组成、组成方式、材料宏观与微观

结构的变化等；高分子结晶和取向也引起材料聚集态变化，这种转变主要是为了满足对成

品内在质量的要求而进行的，一般通过配方设计、材料的混合、采用不同加工方法和成型

条件来实现。加工过程中材料结构的转变有些是材料本身固有的，亦或是有意进行的；有

些则是不正常的加工方法或加工条件引起的。大多数情况下，高分子的加工通常包括两个

过程：首先使原材料产生变形或流动，并取得所需要的形状，然后设法保持取得的形状。

高分子加工与成型通常有以下形式：高分子熔体的加工、类橡胶状聚合物的加工、高分子

液体的加工、低分子聚合物或预聚物的加工、高分子悬浮体的加工以及高分子的机械加工

除机械加工以外的大多数加工技术中，流动－硬化是这些加工的基本程序。根据加工方法

的特点或高分子在加工过程中变化的特征，可用不同的方式对这些加工技术进行分类。通

常根据高分子在加工过程有否物理或化学变化，而将这些加工技术分为3类：第一类是加工

过程主要发生物理变化的；第二类是加工过程只发生化学变化的；第三类则是加工过程同

时兼有物理和化学变化的。这些加工技术大致包括一下四个过程：1.混合、熔融和均化作

用；2.输送和挤压；3.拉伸或吹塑;4.冷却和固化（包括热固性高分子的交联和橡胶的硫

化）。

2 高分子材料加工原理

1) 高分子材料的加工性质

高分子具有一些特有的加工性质，如良好的可塑性，可挤压性，可纺性和可延性。正

是这些加工性质为高分子材料提供了适于多种多样加工技术的可能性，也是高分子能得到

广泛应用的重要原因。高分子通常可以分为线型高分子和体型高分子，但体型高分子也是

由线型高分子或某些低分子物质与分子量较低的高分子通过化学反应而得到的。线型高分

子的分子具有长链结构，在其聚集体中它们总是彼此贯穿、重迭和缠结在一起。在高分子

中，由于长链分子内和分子间强大吸引力的作用，使高分子表现出各种力学性质。高分子

在加工过程所表现的许多性质和行为都与高分子的长链结构和缠结以及聚集态所处的力学

状态有关。根据高分子所表现的力学性质和分子热运动特征，可将其划分为玻璃态、高弹

态和粘流态，通常称这些状态为聚集态。高分子的分子结构、高分子体系的组成、所受应

力和环境温度等是影响聚集态转变的主要因素，在高分子及其组成一定时，聚集态的转变

主要与温度有关。不同聚集态的高分子，由于主价健与次价健共同作用构成的内聚能不同

而表现出一系列独特的性质，这些性能在很大程度上决定了高分子材料对加工技术的适应

性，并使高分子在加工过程表现出不同的行为。高分子在加工过程中都要经历聚集态转变

了解这些转变的本质和规律就能选择适当的加工方法和确定合理的加工工艺，在保持高分

子原有性能的条件下，能以最少的能量消耗，高效率地制备良好的产品。玻璃态高分子不

宜进行引起大变形的加工，表现为坚硬的固体，但可通过车、铣、削、刨等进行加工。在

玻璃化温度Tg以下的某一温度，材料受力容易发生断裂破坏，这一温度称为脆化温度，它

是材料使用的下限温度。在Tg以上的高弹态，高分子的模量减少很多，形变能力显著加大

在Tg－Tf温度区靠近Tf，由于高分子的粘性很大，可进行某些材料的真空成型、压力成型

压延和弯曲成型等。把制品温度迅速冷却到Tg以下温度是这类加工过程的关键。Tg是选择

合理应用材料的重要参数，同时也是大多数高分子加工的最低温度。在Tf以上，高分子化

合物转变为粘流态，通常又将这种液体状态的高分子称为熔体。材料在Tf以上不高的温度

范围表现出类橡胶流动行为。这一转变区域通常用来进行压延成型、某些挤出成型和吹塑

成型等。比Tf更高的温度使分子热运动大大激化，材料模量降到最低值，这时高分子熔体

形变的特点是不大的外力就能引起宏观流动，这时形变中主要是不可逆的粘性变形，冷却

高分子就能将形变永久保持下来，这一温度范围常用来进行熔融纺丝、注射、挤出、吹塑

和贴合等加工。过高的温度将使高分子的粘度大大降低，不适当的增大流动性容易引起溢

料、形状扭曲、毛丝断裂等现象。温度高到分解温度Td附近还会引起高分子化合物的分解

以致降低产品物理机械性能或引起外观不良。高分子在加工过程中常受到挤压作用，可挤

压性是指高分子化合物通过挤压作用变形时获得形状和保持形状的能力。在挤压过程中，

高分子熔体主要受到剪切作用，故可挤压性主要取决于熔体的剪切粘度和拉伸粘度。大多

数高分子化合物熔体的粘度随剪切力或剪切速率增大而降低。如果挤压过程材料的粘度很

低，虽然材料有良好的流动性，但保持形状的能力较差；相反，熔体的剪切粘度很高时则

会造成流动和成型的困难。材料的挤压性质还与加工设备的结构有关。挤压过程高分子熔

体的流动速率随压力增大而增加，通过流动速率的测量可决定加工时所需要的压力和设备

的几何尺寸。材料的挤压性质与高分子的流变性，熔融指数和流变速率密切有关。高分子

的可模塑性是指材料在温度和压力作用下形变和在模具中模制成型的能力。具有可模塑性

的材料可通过注射、模压和挤出等成型方法制成各种形状的模塑制品。可模塑性主要取决

于材料的流变性，热性质和其他物理力学性质等，在热固性高分子的情况下还和高分子的

化学反应性有关。过高的温度，虽然熔体的流动性大，易于成型，但会引起分解，制品收

缩率大；温度过低熔体粘度大，流动困难，成型性差；因弹性发展，明显的使制品形状稳

定性差。适当增加压力，通常能改善高分子的流动性，但过高的压力将引起溢料和增大制

品内应了；压力过低时则造成缺料。模塑条件不仅影响高分子的可模塑性，且对制品的力

学性能、外观、收缩以及制品中的结晶和取向等都有广泛影响。热性能影响高分子加工与

冷却的过程，从而影响熔体的流动性和硬化速度，因此也会影响高分子制品的性质。模具

的结构尺寸也影响聚合物的模塑性，不良的模具结构甚至会使成型失败。可纺性是指高分

子材料通过加工形成连续的固态纤维的能力。它主要取决与材料的流变性质，熔体粘度、

熔体强度以及熔体的热稳定性和化学稳定性等。纺丝材料，首先要求熔体从喷丝板毛细孔

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摘要：

附录A高分子材料的加工工艺性能1高分子材料概述材料是科学与工业技术发展的基础。一种新材料的出现，能为社会文明带来巨大的变化，给新技术的发展带来划时代的突破。材料已当之无愧的成为当代科学技术的三大支柱之一。高分子材料科学已经和金属材料、无机非金属材料并驾齐驱，在国际上被列为一级学科。高分子材料科学是材料科学中的一个重要的分支学科。现代材料科学的范围定义为研究材料性质、结构和组成、合成和加工、材料的性能这四个要素以及它们之间的相互关系。高分子材料科学的基本任务是：研究高分子材料的合成、结构和组成与材料的性质、性能之间的相互关系；探索加工工艺和各种环境因素对材料性能的影响；为改进工艺，提高高分子材料...

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