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高分子材料成型加工: 从基础研究到实际应用四川大学 傅强四川大学高分子材料学科以高分子材料高性能化、加工为特色，高分子材料科学与工程领域规模最大，最有影响的科研和教学基地之一 我国第一个高分子材料加工专业(徐僖院士1953年创建)我国第一本高分子材料加工教材(1956年)我国第一个高分子材料加工博士点(1981年) 我国第一个高分子材料加工博士后流动站(1986年)我国第一个高分子科学与工程学院(2001年)国家重点学科，“211”和“985”工程重点建设学科 高分子材料工程国家重点实验室 （四川大学）State Key Laboratory of Polymer Materials Engineering世界塑料用量（百万吨）2.6亿吨 160万吨 塑料是国民经济和国防建设不可或缺的材料世界塑料用量60年间增长了162倍世界塑料用量已达到2.6亿吨常见的高分子材料加工方法 常规性能普通应用制品1.从原料到制品的技术一般成型加工高分子原料高性能化功能化共混、填充改性、特殊成型加工工艺特殊应用制品模具 设计、加工参数制品外观、形状、尺寸（膜、结构件、纤维）制品性能（力学、热及功能性）2.制品结构与性能调控的科学固化solidification制品宏观整体结构 注塑、挤出…高分子原材料实用制品热、应力场定构structuring制品内部微观形态结构固定与冻结多尺度、多层次形态结构的形成、演变与发展成型加工相同分子结构的高分子材料不同性能的制品结构演变与调控模量200GPa比强度为钢7倍的高模量纤维模量0.01-0.05GPa弹性泡沫聚乙烯模量0.5-2GPa中空容器球晶串晶伸直链晶体塑料制品的性能不仅取决于所使用的原料性能，更重要的还取决于加工技术和工艺的先进性，取决于对其形态调控的能力。1850~1950产品生产设备改进橡胶塑料工艺1950~2000材料加工设备设计传统聚合物加工转变时期设计加工微观结构定构聚合物加工未来发展结构设计极致加工大分子工程经历二十七年后出版第二版的聚合物加工经典著作演变规律控制原理结构性能研究焦点科学问题研究难点外场复杂黑箱过程动态快速 定构是将塑料原有的内在联系的各个部分组成一些有序或一定方式的阵列过程，本质是获得特定结构和特定性能。材料设计定构加工终极目标高分子成型加工本质和意义 高分子材料成型加工过程就是在多外场耦合作用下，高分子多层次结构响应、演变、形成的过程，也是人们对其进行有效调控的过程。高分子合成---决定大分子组成和链结构高分子加工---决定相结构,聚集态结构和织态结构某种意义上说:高分子材料的宏观性能更多是靠其聚集态结构决定的,加工不仅赋予制品的外观形状和尺寸,还为提高材料的潜在性能提供方法和手段实例1. 仿竹子定构加工皮硬芯韧—“竹子”仿生结构建立可视化加工研究设施和方法，利用流动场与成核剂、微纤网络等的协同作用，加工制备特殊结构的高性能制件剪切与β成核剂协同作用调控聚丙烯注塑制品的多层次结晶结构iPPβ-PPiPPβ- PPskin*intermediate优异的综合力学性能！Bamboo-like bionic structure: “坚硬”的外壳，“韧” 的内核core剪切流动场拉伸流动场实例2. 阻燃高分子材料的定构加工面临的技术难题之一 赋予高分子材料阻燃性几乎无例外的是以牺牲材料力学性能和加工性能为代价-----提高阻燃性与保持力学性能相矛盾学术思路?阻燃剂在加工中原位形成增强纤维—— 材料的结构设计与工程实现基础研究成果指导增强阻燃高分子材料的设计与加工剪切取向摩擦0.5 ηa/ηd 1.1时最有利于分散相形成微纤结构液晶分散相分散形变成纤被阻燃高聚物连续相高阻燃性液晶在被阻燃高聚物中原位形成具有增强作用的微纤—— 材料的结构设计与工程实现阻燃性(LOI值)随FR-LCP含量的提高而提高拉伸强度随FR-LCP含量的提高而提高;拉伸强度断裂伸长FR-LCP，%LOI(LOI值越高越阻燃)FR-LCP含量FR-LCP含量Y. Z. Wang, et al., J. Mater. Chem. 2003, 13(6), 1248 实现了PET高阻燃性的同时力学性能也显著提高 ---- 拉伸强度比纯PET提高 27-150%(现有其他体系反而降低20-50%)。 ---- 目前国际上唯一的仅靠添加阻燃剂能同时实现高阻燃性 和提高力学性能的无卤阻燃体系。3.高性能化、功能化重要途经旋转/挤出加工新技术气辅注射成型振动注射成型微层共挤出加工Step 1Step 2Polymer 1(4 layers)(2 layers)Step 3Polymer 2Step n(2n layers)(8 layers)1.协同增强效应2.高阻隔效应实例1. 旋转挤出针对管道薄弱环节，改进