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塑料工程

[拼音]:suliao gongcheng

[外文]:plastics engineering

研究塑料加工中所进行的物理过程及化学过程的共同规律,以及实现这些过程的各项措施的工程专业。它以高分子化学、高分子物理和化学工程的理论为基础,应用各种先进的实验技术和计算方法,探明塑料或合成树脂结构因素和外界因素对塑料加工过程与设备的影响,以解决塑料加工工艺、塑料制品设计、塑料机械设计与操作的理论和方法问题。

塑料加工工业迅猛发展,生产规模不断扩大,加工设备日益大型化、高效化和自动化,因而产生运用工程理论解决生产与应用问题的要求。同时,高分子流变学和化工单元操作的理论与实践已有较好的基础,数学模型方法和计算机的应用,为理论研究提供了先进的方法和手段。1958年,美国E.C.伯恩哈特在其主编的《热塑性塑料加工》一书中,首次提出塑料工程的概念及其主要内容,呼吁进一步开展塑料加工原理的研究。1960年,联邦德国H.R.雅可比著有《挤塑技术原理》,阐述熔体挤塑机的理论,是第一部详述非牛顿流体的挤塑理论专著。1970年,美国Z.塔德莫尔和I.克莱因合著《塑化挤塑工程原理》,总结塑化挤塑原理的研究成果,从而进一步推动了塑料挤塑工艺和设备的大发展。依靠这些理论模型,设计出许多应用于工业生产的挤塑机螺杆和模头,同时也使挤塑工艺条件得到优化。在注塑过程方面,通过模型化的研究,开发出模具设计和制品设计的软件,大大节省设计时间和费用,提高注塑模具设计精度和注塑制件质量,是塑料注塑技术中的一大进展。1974年,苏联B.B.拉普申著有《热塑性塑料注塑原理》,依据高分子物理化学的现代概念,总结了注塑工艺研究成果。

塑料工程研究的主要领域为:

(1)塑料配混:通过化学变化或加入塑料添加剂,改善或赋予塑料某种性能,以适应特定的用途和加工要求。

(2)塑料加工:设计并运用各种加工工艺和设备,使塑料转变为有实际应用价值的产品。

(3)塑料产品设计:根据塑料性能和产品使用要求,进行各种塑料产品的选材和结构设计。

(4)塑料加工工业的其他工程问题,如质量控制、测试技术、应用开发、成本分析、市场调研以及标准化等问题。

塑料工程研究的对象很复杂。在塑料加工过程中既有物理变化,又有化学变化,两者常同时发生,互相影响;物系也较复杂,既有固体,又有熔体,常常多相并存,而且,熔体流动行为变化多端,如牛顿型和非牛顿型,等温状态和非等温状态,高粘度和低粘度等等;设备结构及几何形状多种多样;塑料中组分的形态和含量差别,以及外界条件不稳定等,致使流动边界也较复杂而难以描述。因此,塑料工程的分析研究,常不得不借助于实践经验和试误法。较多采用的是相似论和因次分析的方法。60年代以来,数学模型方法在塑料工程研究中得到应用,配合实验工作,使塑料工程研究方法得以革新和完善。

塑料工程的理论研究日趋深化和完善,但塑料加工过程中多相体系和非牛顿型流体的传递规律的理论尚有待深化。结合塑料性能测定,进一步对合成树脂结构与性能的定量关系研究,特别是塑料加工和使用过程中的结构与性能变化规律的研究等等,都需要继续开展。

参考书目
  1. E.C.Bernhardt, Processing of Thermoplastic Materials, Reinhold Publishing Corporation, New York,1959.
  2. R.J.Crawford,Plastics Engineering, 2nd Edition,Pergamon Press,Oxford,1987.

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