材料成型加工

MaterialProcessing課程團隊介紹王華平王海風

陳仕艷姚晶晶公共郵箱clcxjg2015@163.com密碼：2015clcxjg課程設置目的體現(xiàn)工科學校特色－工程背景體現(xiàn)學科特色－纖維與無機材料提高實踐能力－實例提高綜合應用知識的能力－系統(tǒng)化課程安排和特點課程性質(zhì)：必修開課對象：材料學院授課時間：30學時/2學分－實際32學時授課方式：PowerPoint課程內(nèi)容和時間安排：第二周：緒論（王華平老師）第三至九周：材料加工成型-無機篇（王海風老師）第十至十八周：材料加工成型-高分子篇（王華平、陳仕艷老師）第十九周：考試

課程主要章節(jié)和內(nèi)容緒論新型陶瓷各種新型陶瓷技術工藝人工晶體各種人工晶體生長可控技術及方法特種玻璃特種玻璃的制備和加工多孔材料無機纖維緒論高分子材料加工體系－－新認識流變結晶與高分子材料加工關系高分子材料加工——單元過程機理數(shù)字化加工－－纖維成形加工微加工、輻射、等離子等加工新技術生物材料智能材料能源材料等新型材料的加工參考教材《中國材料工程大典》《聚合物成型原理及成型技術》《高分子材料成型加工原理》《高分子材料輻射加工技術及進展》《功能高分子與新技術》《環(huán)境友好材料的生產(chǎn)和研究》《新型無機材料》《無機材料合成》等材料科學與工程學科相關期刊選讀加工方面文獻《材料成型加工》課程要求

成績評定方法平時成績+期終考試平時成績：20%其中：出勤、課堂紀律各10%期終考試：80%其中：個人小論文完成程度及團隊匯報30%期終考試卷面成績50%小論文要求：每個人一篇關于材料加工方面的小綜述自己檢索一篇有關新材料或新的加工方法或加工進展等研究的英文論文，完成精讀，結合自身體會，從以下角度進行評述，并重新成文。

論文基本結構簡要表述，研究目的與意義、研究方法與結果表述方法的合理性、內(nèi)容的創(chuàng)新性？論文的不足之處等？推測材料組成、特征與加工工藝的關系，預測加工工藝與結構性能等關系？要求：題目要求范圍小而新，表達自己的見解體會，約5000字(不含圖表），12月20號前與英文稿一起提交。考試內(nèi)容一、選擇題（每題2分，共計20分）二、填空題（每空1分，共計15分）三、名詞解釋（每題3分，共計15分）四、論述題（在下列5個題目中任意選擇3題進行回答，每題10分，共計30分）五、思考題（在下列2個題目中任意選擇1題進行回答，20分）緒論1.材料—人類文明及發(fā)展的物質(zhì)基礎

材料科學技術既古老又年輕，既普通又深奧

古老：材料的歷史和人類社會的歷史同樣悠久年輕：至今依然保持著蓬勃發(fā)展的生機普通：與每個人的衣食住行息息相關深奧：包含許多讓人充滿希望又困惑的難解之迷材料：具有滿足制定工作條件下使用要求的形態(tài)和物理性狀的物質(zhì)稱之為材料

當代文明的三大支柱：信息、能源、材料材料發(fā)展史石器時代青銅器時代鐵器時代硅時代新材料時代緒論1.材料—人類文明及發(fā)展的物質(zhì)基礎緒論1.材料—人類文明及發(fā)展的物質(zhì)基礎用工程塑料、復合材料替代金屬趨勢

工程塑料

金屬塑料0.101.0520104060708090200010輕質(zhì)化、結構功能一體化、高性能化緒論1.材料—人類文明及發(fā)展的物質(zhì)基礎材料成型加工是實驗科學與技術實踐早于理論材料科學與技術水平取決于人類發(fā)現(xiàn)與發(fā)明能力，與其它科學與技術相輔相成，尤其與合成與加工技術相關緒論1.材料—人類文明及發(fā)展的物質(zhì)基礎

新技術革命——新材料、信息技術、生物技術新材料及裝備業(yè)－－制造業(yè)基礎新材料高技術發(fā)展需要具有特殊性能傳統(tǒng)材料不具

備的優(yōu)異性能用新技術提高性能或出現(xiàn)新功能緒論2.材料科學與工程分類按原材料分類金屬材料無機（非金屬）材料有機高分子材料復合材料按應用分類結構材料工程材料信息材料功能材料建筑包裝醫(yī)用農(nóng)用紡織按成型加工分類金屬材料加工---液態(tài)成型到固態(tài)成型無機（非金屬）材料加工有機高分子材料加工復合材料加工按學科分類材料學材料成型與加工材料物理與化學材料科學與工程本課程教學內(nèi)容緒論3.材料成型加工-目的材料科學與工程四要素材料科學與工程：研究相關材料組成、結構、制備工藝流程與材料性能和用途關系的知識的產(chǎn)生及其作用性質(zhì)properties使用效能performance組成與結構composition-structure合成與生產(chǎn)過程synthesis-processing緒論3.材料成型加工-目的材料的高性能化和功能化-----先進性最終產(chǎn)品的要求（材料物理化學）原材料及性質(zhì)（化學及合成工藝）確定并優(yōu)化：成型加工的工藝/方法及工程實施緒論3.材料成型加工-目的塑料粒料不同的工藝流程不同實用價值材料成型加工學緒論4.材料成型加工-內(nèi)容（重點）1原料特性的認知-成形加工性能

2產(chǎn)品性能及結構的表征-服務性能3工藝原理（演變規(guī)律）--過程與基本要素4工程技術與裝備—實施緒論4.材料成型加工-內(nèi)容正確選擇原料、認識特性選擇恰當?shù)某尚图庸すに嚭蜋C械設備制造合格的材料制品不同原料不同成型加工工藝及設備學習內(nèi)容4.1天然材料的加工與利用—原料特性纖維素/離子液體/水三元體系的相平衡基于Boom等提出的聚合物三元體系中濁點數(shù)據(jù)的線性關系方程LCP(LinearizedCloudpointCurveCorrelation)，建立全濃度區(qū)域的相分離曲線成型機理4.2DiscontinuousStapleFiber工程裝備Characteristics

Spinningspeed: 600-2,500m/minDrawingspeed: 100-300m/minCapacity: upto200tons/dayTiterrange: 0.9-70dtexAdvantagesveryhighfiberqualityveryfinestaplefibers4.3PANCF制備工藝流程26技術集成與控制重點解決基于工藝與專用裝備的高精度快速響應的多工序數(shù)字控制集成技術－穩(wěn)定性！27PETPEPP/PE/PVC4.4瓶級聚酯回收料特點

含有聚苯乙烯、聚乙烯、不干膠、糖份、紙片、水份等雜質(zhì)

主要影響成品纖維的色澤、紡絲組件的使用壽命及成品的其他技術指標廢瓶料聚酯的紡絲比纖維級聚酯切片的紡絲要困難得多

難點：原料來源繁雜分子量分布寬粘度范圍大等再生滌綸高性能化功能化PET：依據(jù)來源，一般瓶片含第三單體有機高分子：PP、PE、PS、PVC、PEN、PLA、PTT、PBTPC、PMMA等有機添加劑：染料、助劑、表面活性劑、苯并咪等無機添加劑：顏料、Tio2、炭黑、催化劑等雜質(zhì)：灰塵等再生PET原料組成再生滌綸高性能化功能化－原料體系的綜合利用技術再生滌綸差別化功能化加工技術難點與問題均勻性穩(wěn)定性可加工性關注基于原料特性的改性技術－共性技術原料特性：高粘度高收縮應力面料蓬松；陽離子可染光澤可控（亮度、透光度、反射度）染色可控（深度、純度、牢度、鮮艷）手感可調(diào)（柔軟、干爽、溫暖、涼爽）功能（抗紫外、抗菌、保健等）組合

高效（5％以內(nèi)）低成本化可行性再生滌綸原料的高性能化功能化技術PVCPP/PEPENPET有效利用瓶片中PEN增加再生聚酯的剛性和回彈性萘環(huán)結構使PEN比PET具有更高的物理機械性能有效利用分子鏈上Cl鍵生產(chǎn)功能化抗菌纖維有效利用瓶片中PP、PE與PET熔點相近，……利用原位一步共沉淀法制備Al/Si包覆的納米TiO2技術，具有高分散性、高穩(wěn)定性（03132217.4）建立納米TiO2/熱塑性高聚物紡絲工程模型，形成高溫高壓高剪切紡絲工藝,成功應用于實際生產(chǎn)熱塑性高聚物功能納米材料紡絲成形共混造粒納米復合樹脂納米復合纖維卷繞納米技術及納米結構納米復合功能材料：微米時代－納米時代！菌種抑菌率(%)金黃葡萄球菌MSSA100金黃葡萄球菌NRSA98.5大腸桿菌100銅綠假單桿菌99.9桔草菌95.0沙門豕桿菌95.0奈瑟氏淋球菌95.0抗菌、抑菌、抗病毒纖維

(納米銀、單質(zhì)銀、可再生含氯…)功能改性技術緒論4.材料成型加工-內(nèi)容1.成型與加工低成本化系統(tǒng)化、高速化、自動化：優(yōu)化工藝，提高產(chǎn)能與靈活性2.提高通用材料附加值改性與加工新技術微量改性，新聚酯、微孔塑料等；激光加工、磁控加工、輻射加工,振動加工,精細加工（微納加工）、超聲加工,等離子加工、

非穩(wěn)態(tài)加工、數(shù)字化加工、虛擬加工等3.新材料成型與加工高性能材料、高功能材料、高智能（感性）材料、生物材料加工等緒論5.新材料及其成型加工外力T=40℃鎳-鈦合金1958年，美國海軍軍械實驗室冶金師布勒意外發(fā)現(xiàn)的奇特現(xiàn)象，溫度對合金的組織結構和硬度可能有很大影響1963年，當溫度達某一定值，即稱為轉(zhuǎn)變溫度時，就會完完全全恢復到原來的彎曲形狀，是一種記憶現(xiàn)象。緒論5.新材料及其成型加工“永不忘本”的形狀記憶合金

1969年7月20日阿姆斯特朗東方夏令時間晚10:56“對一個人來說，這是邁出一小步；但對人類來說，這是跨了一大步。緒論5.新材料及其成型加工我國航空能源技術：輕質(zhì)大面積300－500m2/3Kg，自動展開2007年國家科技進步二等獎

緒論5.新材料及其成型加工金屬鎳金屬鈦1形狀記憶合金薄膜真空蒸發(fā)法離子束增強沉積法激光熔融方法直流和射頻磁控濺射方法應用于微電子機械系統(tǒng)新型驅(qū)動元件傳感元件緒論5.新材料及其成型加工2合金紗合金合金紗形狀合金織物形狀記憶花式紗線形狀記憶針織物（人工喉管，支撐架等器官）形狀記憶機織物緒論5.新材料及其成型加工1微孔塑料性能及制備

所謂微孔塑料是指泡孔直徑在1～10μm(比普通泡沫塑料小幾百倍)、泡孔密度在109～1012個/cm3(單位體積中泡孔的個數(shù))之間的泡沫塑料圖1：微孔塑料成型過程圖3：微孔塑料注射成型系統(tǒng)示意圖圖2：微孔塑料連續(xù)擠出系統(tǒng)示意圖緒論5.新材料及其成型加工氣體溶解在塑料中形成均相體系，通過快速降壓或升溫形成氣泡核，然后氣泡核進行成型定型，得到微孔塑料合成塑料與氣泡劑微孔塑料加工方法特殊結構和功能的新型材料－Nike應用緒論5.新材料及其成型加工緒論5.新材料及其成型加工信息社會的神經(jīng)——光纖子父2009年諾貝爾物理獎1971年，第一公里高純度光纖問世1981年光纖通訊系統(tǒng)投入使用緒論5.新材料及其成型加工信息社會的神經(jīng)——光纖2007年12月27號臺灣7.2級地震調(diào)查顯示：97%用戶無法正常訪問國外網(wǎng)站

57%用戶認為工作生活受到了嚴重影響

緒論5.新材料及其成型加工100億個電話或1000萬套電視節(jié)目中間是直徑為8微米或50微米具有高折射率的纖芯，外面裹上低折射率的包層，最外面是塑料護套，整個外部直徑為125或250微米高聚物光纖（POF）的性能與制備高聚物光纖,亦稱有機光纖,是以透明高聚物為芯材、用比芯材折射率低的高聚物為皮材所組成的能傳輸光線的纖維。目前廣泛使用的是塑料光纖,橡膠光纖正在開發(fā)研究中,兩者統(tǒng)稱高聚物光纖(POF)聚合物

紡絲包層和拉伸光纜加工具有特殊結構和功能的有機光纖

低損耗POF耐熱POF耐熱POF耐濕POF

……

透明性好適當?shù)恼凵渎誓透邷匦詮婍g性

……緒論5.新材料及其成型加工聚合物種類纖維加工技術

透光率傳輸損耗

聚合物光纖性能與用途

GI型POF制作方法全反射型POF制作方法棒管法沉積法復合紡絲法兩步共聚法界面-凝膠共聚法用引發(fā)劑擴散控制法緒論5.新材料及其成型加工緒論5.新材料及其成型加工49緒論5.新材料及其成型加工50緒論5.新材料及其成型加工51緒論5.新材料及其成型加工52緒論5.新材料及其成型加工53緒論6.材料成型加工的明天材料制備工藝和技術的開發(fā)工藝流程智能化原子或分子加工，自組裝系統(tǒng)研究差別化纖維的構效關系

（重點研究吸水、導濕、保暖、蓬松、柔軟、染色、光澤、生物可控降解、防熔滴阻燃、抗靜電、抗老化、抗紫外、耐久性功能性與纖維結構的關系）開發(fā)微量改性熔體直紡技術開發(fā)差別化功能化纖維設計與加工專家系統(tǒng)建立集纖維工藝與裝置特征、差別化功能化結構與性能與一體的纖維新產(chǎn)品快速發(fā)應體系熔體直紡微量改性體系纖維設計與數(shù)字化加工技術表面功能構筑技術纖維表面表面構筑劑普通纖維材料表面構筑技術親/疏水基團抗菌基團條件應激性基團等等特定功能纖維材料條件應激性智能纖維材料功能性表面構筑纖維的化學錨固技術可控性自由基接枝共聚常溫常壓連續(xù)等離子體處理紫外線引發(fā)表面處理反應紡絲工藝緒論6.材料成型加工的明天納米技術與材料下一次工業(yè)革命？新型纖維素纖維資源使用的原料來源多樣化，除棉短絨、木材外，有竹子、農(nóng)作物廢料如秸稈、甘蔗渣、椰殼等，此外還有生物合成纖維素如細菌纖維素等，如竹漿資源與麻漿資源等近年來已受到了廣泛的關注。原生纖維:棉、毛、絲、