内容发布更新时间 : 2025/7/13 14:47:52星期一 下面是文章的全部内容请认真阅读。

As mentioned above, shaping operations involve combinations of fluid flow and heat transfer, with phase change, of a visco-elastic polymer melt.

如上面提到的，成型操作包括液体流动和热传递，还包括粘弹性聚合物熔体的相态变化。

Both steady and unsteady state processes are encountered. A scientific analysis of operations of this type requires solving the relevant equations of continuity, motion, and energy (i.e. conservation equations).

稳定和非稳定状态加工同时存在。对于这种操作的科学分析需要解决相关连续性、运动和能量平衡（即守恒方程）。

Optical characteristics are determined by structure within the polymer which has dimensions approximately equal to the wavelength of visible light, and by defect on surface.

光学性质取决于高分子中的结构和表面的缺陷，其结构的尺度大致相当于可见光的波长。

UNIT 24 Mechanical Properties of Polymers

The mechanical properties of polymers are of interest in all applications where polymers are used as structural materials. Mechanical behavior involves the deformation of a material under the influence of applied forces.

聚合物的力学性能在聚合物作为结构材料的应用中广为关注。机械行为包括材料外力影响下材料的形变。

The most important and most characteristic mechanical properties are called moduli. A modulus is the ratio between the applied stress and the corresponding deformation. 最重要和最具特征的机械性能被称为模量。模量是施加应力和相应形变的比例。 The reciprocals of the moduli are called compliances. The nature of the modulus depends on the na-ture of the deformation.

模量的倒数称为柔量。模量性质取决于形变性质。

The three most important elementary modes of deformation and the moduli(and compliances) derived from them are given in Table 22. 1，where the definitions of the elastic parameters are also given.

表22 1给出了三种最重要的基本变形方式和由这些变形推导得到的模量(或柔量)．表中也给出了弹性指数的定义。

Other very important, but more complicated, deformations are bending and torsion. From the bending or flexural deformation the tensile modulus can be derived. The torsion is determined by the rigidity.

其他非常重要，但更为复杂的是弯曲形变和扭转形变。拉伸模量可从弯曲或弯曲形变得出。扭转形变是由刚性决定的。

Cross-linked elastomers are a special case. Due to the cross-links this polymer class shows hardly any flow behavior.

交联弹性体是一种特殊情况。由于交联这类聚合物几乎没有任何流动行为。

The kinetic theory of rubber elasticity was developed by Kuhn , Guth, James, Mark, Flory, Gee and Treloar. It leads, for Young's modulus at low strains, to the following equation s

橡胶弹性动力学理论是由库恩，杰姆斯，马克，古思，弗洛里，吉和特雷洛尔提出的。这个理论导出了低应变杨氏模量的下列方程：

The paragraphs above dealt with purely elastic deformations, i. e. deformations in which the strain was assumed to be a time-independent function of the stress. In reality, materials are never purely elastic: under certain circumstances they have nonelastic properties.

以上段落的纯弹性变形，即形变中应变为应力的函数，和时间无关。现实中，材料不是纯弹性：在某些情况下他们有非弹性性能。

This is especially true of polymers, which may show nonelastic deformation under circumstances in which metals may be regarded as purely elastic. 这对于聚合物来说尤其如此．在金属被认为纯弹性的情况下聚合物可能表现出非弹性变形。

It is customary to use the expression viscoelastic deformations that are not purely elastic.

通常使用粘弹性变形的表达式表示非纯弹性。

Literally the term viscoelastic means the combinations of viscous and elastic properties. As the stress-strain relationship in viscous deformations is time-dependent, viscoelastic phenomena always involve the change of properties with time.

粘弹性是指粘性和弹性性能的结合。由于粘性变形的应力应变关系的时间依赖性，粘弹现象的性能总是随着时间而变化。

Measurement of the response in deformation of a viscoelastic material to periodic forces, for instance during forced vjbration, shows that stress and strain are not in phase; the strain lags behind the stress by a phase angle δ, the loss angle.

在变形的粘弹性材料测量周期性外力的反应，例如强迫振动，表明应力和应变不同相；应变滞后于应力的相位角δ称为损耗角。

So the moduli of the materials，the complex moduli, include the storage moduli which determine the amount of recoverable energy stored as elastic energy, and the loss moduli which determine the dissipation of energy as heat when the material is deformed.

因此，材料的模量即复合模量包括储存模量和损失模量，其中储存模量决定了以弹性能量储存的可恢复能量的多少，损失模量决定了材料变形时以热量形式散失的能量。

UNIT 25 聚合物的热性能

（聚合物的）热稳定性与（其）转变和分解温度紧密相关的，即（与其本身的）固有性质（密切相关）。通过热稳定性可完全理解诸如重量、强度、绝缘能力等性能在热作用下的稳定性和（或保留率）。熔点或降解温度始终形成上限；“使用”温度可以略低点儿。

在惰性气体中，热能影响下的聚合物降解方式一方面由聚合物自身的化学结构决定，另一方面由不稳定结构的微量存在所决定。

热降解直到温度高达初始化学键断裂才发生。对于许多聚合物来说，热降解是最弱的键断裂，因此热降解由键的断裂能决定。由于在几乎所有的分解反应中熵变是同一级别的，那么可以由此假定活化熵也近似是同一级别的。这意味着，原则上键的断裂能决定了这一现象。因此，可推出达到同一转

化率对应的温度事实上与键断裂能成正比。

热降解或者是热解过程的特征是有许多实验数据的，像初始分解温度、半分解温度、最大分解速率温度及平均活化能。聚合物的耐热性可以由初始温度和半分解温度来表征。

热分解有两种形式：链降解和无规降解。前者是单体单元在链端或薄弱连接处的连续释放过程，实质上是链式聚合的逆过程；这通常称作解聚或开链。这种解聚在最高限度的温度下开始。无规解聚通过沿着链上任意一点的断裂，得到了与单体单元相比通常很大的分散开的链段混合物。这两种热分解可以单独地发生或一起发生；后者更为常见。链降解在乙烯基聚合物中是主要的降解过程，然而缩聚物的降解主要是由于无归链的断裂。

Wolfs等人已经研究了聚合物热分解的整个机理。热解的基本机理描述在图25.1中。 热分解的第一阶段（<550℃）有歧化反应发生。部分分解材料是富氢的并且作为焦油和初级气体蒸发掉，剩下的形成初级炭。在第二阶段中（>550℃），初级炭进一步分解，即脱氢，生成二级气体和最终炭。在歧化反应期间，结构单元中脂肪族部分的氢原子转移到芳香族基团的饱和部分。歧化反应中氢转移深受结构基团性质的影响。

UNIT 27 热塑性塑料的加工与制造

加工与制造描述了材料由原料形式（条、棒、管、粒、片等）到或多或少复杂的人工制造的转变。聚合物材料已被证实特别适合各种挤出和模塑的加工技术。特别是下面热塑性塑料的加工与制造操作，这种操作现在能使具有复杂形状的产品和组件可以大规模批量生产。

对于热塑性塑料最重要的加工和制造技术一般是利用它们的低熔融温度并且使材料从熔融态成型。挤出和注塑是最普遍的使用方法。螺杆挤出机接受粒状的热塑性塑料原材料并携带进入挤出机料筒；通过热的料筒表面和螺杆的机械作用相接处，从而被加热并熔融。熔体被螺杆的锥度压缩，最终通过成型口模挤出形成管、片、棒或更复杂的外形挤出。螺杆挤出机连续的工作着，挤出的产品以卷绕或切割成一定长度被拿走。当挤出物离开口模时熔体黏度足够高是非常重要的，以此来防止挤出物塌瘪或不可控形变，并且要在出口处进行水或空气喷雾来迅速冷却。高的熔体黏度可以通过高摩尔质量的材料来获取。挤出的冷却速率可以决定结晶聚合物的结晶度，从而影响机械和其它性能。

注塑描述的是以强力使聚合物熔体进入模具并在模具中冷却至固体的一种加工过程。然后模具分裂（打开）成两半使产品被取出；随后模具的两部分再次闭合，又有一定量的熔融材料被注入并周期循环着。机械的注射端通常是阿基米德螺杆（类似于螺杆挤出机的螺杆），通过往复式的活塞使这种螺杆在一个循环中将一定注射量的预定尺寸的熔融聚合物注射到模型中。在大规模生产运作中注塑为获得复杂形状提供了特别有效的途径。

当注塑（产品）的尺寸或纵横比增大时，很难确保注射时聚合物的均匀性和维持足够闭合力以使模具在注料时保持闭合。反应注射成型加工已被发展用来克服这些问题，其实质是在模具中完成大部分聚合反应。

吹塑是挤塑的一个发展，在吹塑成型中，中空的制品采用放入一段挤出的管坯并将其在模具中吹

胀的方法制造出来。简单的挤出型坯可以被注射成型的预成坯代替。包括大尺寸的中空产品也可以由旋转模塑（或离心浇铸）产生。通常为粉状的一定量的固体聚合物被加到模具中，首先会加热形成熔体。然后模具绕着两个轴旋转使其涂到模具的内表面形成形成一个均匀的厚度。

聚合物材料通常以连续片材的形式生产并通过一些列加热的滚筒来减少厚度，这种操作称作压延成型。热成型使用吸力或空气压力使加热到软化温度以上的热塑性片材成型成阳模或阴模的外形。一些热塑性塑料在大量的冷成型操作中是不需要加热的，像通常适用于金属的模压或锻造。

所有这些制造的方法基本上是模塑加工。切割技术（涵括所有常规机械操作：车削、钻、磨、铣及刨）也可应用于热塑性塑料，但用的不是很普遍。这些技术更广泛适用于玻璃态聚合物，如PMMA及像玻璃纤维填充的PTFE的热塑性复合材料，尽管像PE和未填充的PTFE的软质材料有优异的机械加工性。

大多热塑性塑料可以很好地与相似的或不相似的材料进行粘接。大量惰性不溶的聚合物材料，如PTFE，PCTFE及一些含氟聚合物，只有通过强的表面处理才易于粘接。对于低熔融温度的热塑性塑料，焊接为连接相同材料的各部分提供了一个重要的选择，例如在制造管道工程中。高熔融温度的热塑性塑料（涵括普通工程聚合物中的PTFE及像聚酰亚胺的一些特殊耐热材料）不能通过主要的挤出和注塑加工来圆满完成制造。这些材料通过在受压的模具中烧结粉状聚合物来实现成型，这一过程会使聚合物立即凝结。

UNIT 28 聚合物降解的主要问题

什么是“聚合物降解”？它是考虑聚合物降解过程的总称，即恶化聚合物性能或毁坏其外观。 一般来说，聚合物降解是一种有害的、应当被避免或阻止的过程。能试图抑制或延迟的操作称作聚合物稳定化。为了最大效率的相应化，我们必须要了解聚合物降解机理，明确引起它的因素和应力，而且我们必须知道是什么因素影响了聚合物的稳定性。

有时，虽然不是很常见，聚合物降解可能是有用的。解聚引起的高纯度单体可被用于这种材料的实际生产中。降解的另一个重要领域是可取的，那就是销毁聚合物废料。

降解可能发生在聚合物一生的每个阶段，即合成、加工和使用。像之前提到的那样，即使在聚合物已经实现它的预期目标之后，它的降解仍然是一个重要问题。依据聚合反应条件来看，在聚合物合成中解聚也可能发生。从实际的观点来看，聚合过程就可以决定其后聚合物的性能（这一事实）是不容忽视的。以聚合反应技术为依据，不同数量的“薄弱点”可能在聚合物中建立起来，这些薄弱点稍后可能会引起聚合物的恶化。例如，在聚合反应过程中由于支化形成，PVC中叔碳氢的存在可能会减少PVC的稳定性。在合成中，不同的污染物如催化剂残渣或其它聚合反应添加剂可能进入到聚合物中。关于聚合物的使用寿命，杂质的存在可能是非常关键的。在PVC聚合反应技术中添加剂的使用量是按本体-悬浮-乳液的顺序依次增加的；在相同顺序下聚合物的稳定性是依次降低的。

在加工过程中，材料将会承受非常高的热应力和机械应力。甚至在加工过程中，强烈的应力可能会导致种种引发性能恶化的聚合物降解过程。另一方面，材料的破坏往往会在聚合物中引入各种缺陷，

在聚合物材料以后的使用过程中，这些缺陷往往会成为降解源。例如，在加工过程中有微量氧的存在，聚烯烃中会形成羰基；这些羰基稍后将在室外应用中会吸收紫外线，并且因此在光降解过程中起内置感光剂的作用。对于PVC，少量的HCL可以在加工中从聚合物里出去。这单对性能来说是没有太大影响的，但合成双键和烯丙基活性氯和它们相结合是非常危险的PVC降解源。

聚合物降解最显著的表现是与这些材料的使用相关联的。一些聚合物降解的种类是众所周知的，如PVC屋顶的室外老化或组成很差的乙烯基手袋的固化和变色等。然而聚合物应用的规模是广泛的；因此，稳定性的要求非常多样的。大多数情况下，要求有有一个长的使用寿命；有时只要求一个预测的（通常很短）寿命。

随着塑料材料使用数量的增加，废料处理问题日益严重。有组织的再利用目前仅存在于聚合物工厂内的生产废料上。在国内的生活垃圾中塑料废料是一个日益增加的部分，塑料废物的销毁需要昂贵的费用。在燃烧一磅的PVC中，大约会产生160公升的HCL，由于空气污染这种行为是不可取的。从环境保护角度考虑，要求改良这种具有“自毁功能”的包装材料，即当其暴露在日光、潮湿及最终的土壤细菌时会被快速降解。

总之，我们可以得出的结论是在聚合物的每一个生命阶段中，降解扮演着重要的角色。因此降解的机理、相互关系等研究的重要性显而易见的。

UNIT 29 合成塑料

很难想象我们现代世界没有了塑料。今天随着塑料应用范围从普通物品到到尖端科技和医疗器械，塑料是每个人生活方式中必备的一部分。如今设计者和工程师更乐于使用塑料是因为塑料能够提供其它材料无法提供的性能的组合。塑料提供了像质轻、弹性、耐腐蚀、颜色牢固、透明、易于加工等特点，尽管塑料也有局限性，但他们的利用仅局限于设计者的创造力。

普遍认为塑料的发展年代较短，但事实上作为被称作聚合物大家庭的部分，塑料是动植物生命中的一个基础要素。聚合物是由很长的链状分子组成的材料。天然材料如蚕丝、虫胶、沥青、橡胶及纤维素有这类结构。然而，直到19世纪才尝试进行开发合成聚合物塑料，并且第一个成功的是以纤维素为基础的。在它的发明者Alexander Parkes之后，这种材料被称作硝化纤维素塑料，尽管它不是一个成功的商业开发但它是一个开始，且最终引发了“赛璐璐”的发展。这种材料是一个重大的突破，因为它建立了对于短缺的天然材料的一个很好的替代。

在二十世纪早期，人们对这些新的合成材料有相当大的兴趣。酚醛树脂（电木）于1905年被推出，大约同时在二战期间像尼龙、聚乙烯及丙烯酸塑料（有机玻璃）登场了。不幸的是塑料的很多早期应用为它们赢来了廉价替代品的名声。塑料花了很长的时间来消除这一现象，现在塑料的特性正在被人们认识到，而塑料凭其这些特性也正在确立它们作为重要材料的地位。塑料在各种应用中用途不断增加，这意味着对于设计师和工程师来说，熟悉可获得的塑料的范围和各种塑料的预期性能特点是十分必要的，以便以最好的方式利用它们。

聚合物和塑料通常被认作是同义的但实际是有区别的。聚合物是来自于聚合反应过程的纯材料，