高分子材料成型加工原理復(fù)習(xí)題及答案

1、高分子材料加工成型原理考試復(fù)習(xí)資料考試題型1. 填空題（25*1）2. 選擇題（10*2）3. 名詞解釋（5*3）4. 解答題（5*6）5. 論述題（1*10）可擠壓性是指聚合物通過擠壓作用是獲得形狀和保持形狀的能力?？蓴D壓性主要取決于熔體的剪切粘度和拉伸粘度。熔融指數(shù)是評(píng)價(jià)熱塑性聚合物特別是聚烯烴的擠壓性的一種簡單而實(shí)用的方法，它是在熔融指數(shù)儀中測定的?？赡Ｋ苄允侵覆牧显跍囟群蛪毫ψ饔孟滦巫兒驮谀＞咧心Ｖ瞥尚偷哪芰?。可模塑性主要取決于材料的流變性，熱性質(zhì)和其它物理力學(xué)性質(zhì)。聚合物的可延性取決于材料產(chǎn)生塑性形變的能力和應(yīng)變硬化能力作用。由于松弛過程的存在，材料的形變必然落后于應(yīng)力的變化，聚合物

2、對外力響應(yīng)的這種滯后現(xiàn)象稱為 滯后效應(yīng) 或 彈性滯后。聚合物熔體的流變行為按作用力可分為剪切流動(dòng)、拉伸流動(dòng)。均相成核又稱散現(xiàn)成核，是純凈的聚合物中由于熱起伏而自發(fā)的生成晶核的過程，過程中晶核的密度能連續(xù)上升。異相成核又稱瞬時(shí)成核是不純凈的聚合物中某些物質(zhì)起晶核作用成為結(jié)晶中心，引起晶體生長過程，過程中晶核密度不發(fā)生變化。在TgTm溫度范圍內(nèi)，常對制品進(jìn)行熱處理以加速聚合物的二次結(jié)晶或后結(jié)晶的過程，熱處理為一松弛過程，通過適當(dāng)?shù)募訜崮艽偈狗肿渔湺渭铀僦嘏乓蕴岣呓Y(jié)晶度和使晶體結(jié)構(gòu)趨于完善。通常熱處理的溫度控制在聚合物最大結(jié)晶速度的溫度Tmax。塑料成型加工一般包括原料的配制和準(zhǔn)備、成型及制品后加工

3、等幾個(gè)過程。混合過程一般是靠擴(kuò)散、對流、剪切三種作用來完成。衡量其混合效果需從物料的分散程度和組成的均勻程度兩方面來考慮。最常見的螺桿直徑為45150毫米。長徑比L/D一般為1825。壓縮比是螺桿加料段最初一個(gè)螺槽容積于均化段最后一個(gè)螺槽容積之比，表示塑料通過螺桿全長范圍時(shí)被壓縮的倍數(shù)，壓縮比愈大塑料受到的擠壓作用愈大。根據(jù)物料的變化特征可將螺桿分為加料段、壓縮段和均化段。鎖模機(jī)構(gòu)在啟閉模具的各階段的速度都不一樣的，閉合時(shí)應(yīng)先快后慢，開啟時(shí)則應(yīng)先慢后快再轉(zhuǎn)慢。利用本身特定形狀，使塑料或聚合物成型為具有一定形狀和尺寸的制品的工具稱模具。澆注系統(tǒng)是指塑料熔體從噴嘴進(jìn)入型腔前的流道部分，包括主流道、

4、分流道、澆口等。完成一次注射成型所需的時(shí)間稱注射周期或稱總周期。壓制成型的加料方法可以分為重量法、容量法、計(jì)數(shù)法。分離力與輥筒的半徑、長度和速度成正比，而和輥間距稱反比。通?？蓪⑤佂苍O(shè)計(jì)和加工成略帶腰鼓型，或調(diào)整兩輥筒的軸，使其交叉一定角度或加預(yù)應(yīng)力，就能在一定程度上克服或減輕分離力的有害作用，提高壓延制品厚度的均勻性。在壓延過程中，熱塑性塑料由于受到很大的剪切應(yīng)力的作用，因此大分子會(huì)順著薄膜前進(jìn)方向發(fā)生定向作用，使生成的薄膜在物理機(jī)械性能上出現(xiàn)各向異性，這種現(xiàn)像稱為壓延效應(yīng)。壓延效應(yīng)的大小，受壓延溫度、轉(zhuǎn)速、供料厚度和物料性能等的影響，升溫或增加壓延時(shí)間，均可減輕壓延效應(yīng)。壓延機(jī)的二輥用于橡

5、膠或PVC的塑煉，三輥用于橡膠，四輥塑料；固定倒數(shù)第二輥。人造革就是以布或紙為基體，在其上覆以聚氯乙烯糊的一種復(fù)合材料。在一定條件下將片、板、棒等塑料型材通過再次加工成型為制品的方法，稱為二次成型法。二次成型包括：中空吹塑成型、熱成型、取向薄膜的拉伸等。中空吹塑成型是將擠出或注射成型的塑料管坯或型坯趁熱于半熔融的類橡膠狀時(shí)，置于各種形狀的模具中，并即時(shí)在管坯中通入壓縮空氣將其吹脹，使其緊貼于模腔壁上成型，經(jīng)冷卻脫模后即得中空制品。拉幅薄膜熱定型的目的：（1）消除內(nèi)應(yīng)力（2）降低收縮率（3）改善性能。1、簡述離模膨脹的含義、原因及主要影響因素。答：定義：被擠出的聚合物熔體斷面積遠(yuǎn)比口模斷面積大的

6、現(xiàn)象。離模膨脹比定義為充分松弛的擠出物直徑d與口模直徑D之比。圓形口模的離模膨脹比為：B = d/D 或 B = d2/D2B2原因：a、取向效應(yīng)b、彈性變形效應(yīng)c、正應(yīng)力效應(yīng)影響因素：1)長徑比一定，B隨剪切速率增加而增大。在熔體破裂臨界剪切速率之前有最大值Bmax，而后下降；2)低于c之下，B隨增加而增大。高于c時(shí)，B值則下降；3)在低于臨界c的一定的剪切速率下，B隨溫度升高而降低；4)剪切速率恒定，B隨長徑比L/D的增大而降低。L/D超過某一數(shù)值時(shí)，B為常數(shù)。5)離模膨脹比隨熔體在口模內(nèi)停留時(shí)間呈指數(shù)關(guān)系地減少。6)離模膨脹比隨聚合物的品種和結(jié)構(gòu)不同而異。線性、柔性聚合物位阻低，松弛時(shí)間

7、短，B值?。徽扯却?，分子量高，分布窄，非牛頓性強(qiáng)，松弛緩慢，B值大。2、為什么要對一些成型物料進(jìn)行（干燥）預(yù)處理？舉例說明，并列出工藝條件。答：水分以及其它低分子物的存在， 一方面因其在塑料的成型溫度下會(huì)揮發(fā)成氣體，從而造成制品表面缺乏光澤和出現(xiàn)氣泡與銀絲等外觀缺陷； 另一方面有可能促使聚合物大分子在高溫下發(fā)生降解或交聯(lián)反應(yīng)，其結(jié)果不僅會(huì)使塑料熔體的粘度改變，給成型工藝控制帶來困難，而且對制品的力學(xué)性能和電性能等也會(huì)產(chǎn)生不利的影響。各種熱塑性塑料成型時(shí)的允許含水量很不相同。一般來說，成型溫度較高而且在高溫下較容易發(fā)生水解的塑料，其允許含水量就比較低；反之，允許含水量就比較高。例如，PC的成型溫

8、度高達(dá)300，因大分子鏈中有酯鍵，高溫下的水解穩(wěn)定性差，粒料的含水量大于0.02就很難成型，而且隨含水量的增加，其制品外觀和沖擊強(qiáng)度明顯下降；而PS由于成型溫度不超過200，且大分子鏈中無易水解基團(tuán)，故在其粒料含水量高達(dá)0.5時(shí)仍可順利成型。PC干燥的工藝條件:循環(huán)鼓風(fēng)干燥,溫度110，時(shí)間:12h，料層厚度2550mm。3、在生產(chǎn)硬聚氯乙烯管材時(shí)，物料經(jīng)擠出塑化后，由機(jī)頭擠出后，緊接著進(jìn)行什么工序，說明此工序的作用，該工序是如何影響管材質(zhì)量的？答：緊接著進(jìn)行冷卻定型工序， 它的作用是將從口模擠出的物料的形狀和尺寸進(jìn)行精整，并將它們固定下來，從而得到具有更為精確的截面形狀、表面光亮的制品；影響

9、：定型裝置的內(nèi)表面的粗糙度直接影響管材的外觀質(zhì)量，定型裝置內(nèi)徑尺寸決定了管材外徑尺寸精度。真空度太小，吸管不緊影響尺寸和表面，真空度太大，牽引困難，不能正常生產(chǎn)。 4、為什么說物料的初始溫度過高，對加料段的固體輸送能力不利？ 答：物料的初始溫度過高，易形成架橋，進(jìn)料不暢，嚴(yán)重時(shí)不能進(jìn)料。另外，高聚物與金屬的摩擦因數(shù)是溫度的函數(shù)，過高降低了物料與料筒的摩擦因數(shù)，降低了固體輸送能力。5、為什么在一種設(shè)備上螺桿轉(zhuǎn)速（n）不能過高？并且靠增加轉(zhuǎn)速來提高生產(chǎn)率也是有限度的？ 答： 隨著轉(zhuǎn)速的增加，物料所受到的剪切作用加大，即剪切速率增大，因?yàn)榇蠖鄶?shù)聚合物都是假塑性流體，因此，隨，則漏流，逆流，所以，當(dāng)轉(zhuǎn)

10、速高到一定程度時(shí)，漏流和逆流對產(chǎn)量的影響就不能忽略了。 在實(shí)際生產(chǎn)中，也不能靠提高螺桿的轉(zhuǎn)速無限制的增加生產(chǎn)能力，隨n不斷提高，剪切速率達(dá)到一定范圍后，就會(huì)出現(xiàn)熔體破裂現(xiàn)象。也就是說，對n的提高，限制性的因素就是是否出現(xiàn)了熔體破裂。經(jīng)以上討論，可知，隨n的提高，可以提高生產(chǎn)率，但n的提高是有限制的。6、在模壓成型過程中，為什么要采取預(yù)熱操作？預(yù)熱有哪些設(shè)備？答：模壓前對塑料進(jìn)行加熱具有預(yù)熱和干燥兩個(gè)作用，前者為了提高料溫，后者為了去除水分和其他揮發(fā)物。作用： 能加快塑料成型時(shí)的固化速度，縮短成型時(shí)間； 提高塑料流動(dòng)性，增進(jìn)固化的均勻性，提高制品質(zhì)量，降低廢品率； 可降低模壓壓力，可成型流動(dòng)性差

11、的塑料或較大的制品。 （預(yù)熱：1520 mpa，未預(yù)熱：30 ±5 mpa）預(yù)熱設(shè)備：電熱板加熱；烘箱加熱；紅外線加熱；高頻加熱等。7、在模壓成型過程中，為什么要采取預(yù)壓操作？預(yù)壓有那些設(shè)備？預(yù)壓就是在室溫下將松散的粉狀或纖維狀的熱固性模塑料壓成重量一定，形狀規(guī)則的型坯的工序。預(yù)壓作用： 加料快、準(zhǔn)確、無粉塵； 降低壓縮率，可減少模具裝料室和模具高度； 預(yù)壓料緊密，空氣含量少，傳熱快，又可提高預(yù)熱溫度，從而縮短了預(yù)熱和固化的時(shí)間，制品也不易出現(xiàn)氣泡； 便于成型較大或帶有精細(xì)嵌件的制品。預(yù)壓的設(shè)備是預(yù)壓機(jī)和壓模。8、壓延效應(yīng)產(chǎn)生的原因及減小的方法是什么？答：產(chǎn)生的原因：在壓延過程中，熱

12、塑性塑料由于受到很大的剪切應(yīng)力和拉伸應(yīng)力作用，因此高聚物大分子會(huì)沿著壓延方向作定向排列，以至制品在物理機(jī)械性能上出現(xiàn)各向異性，即壓延效應(yīng)。減小的方法：物料溫度適當(dāng)提高，可以提高其塑性，加強(qiáng)大分子的運(yùn)動(dòng)，破壞其定向排列，可降低壓延效應(yīng)；降低輥筒轉(zhuǎn)速，則壓延時(shí)間增加，壓延效應(yīng)降低；輥筒存料量少，壓延效應(yīng)也降低；增加制品的厚度，可減小壓延效應(yīng)；盡量不使用各向異性的配合劑，壓延后緩慢冷卻，有利于取向分子松弛，也可降低壓延效應(yīng)。9、什么是人造革，簡述其用壓延法生產(chǎn)的工藝流程，并用示意圖表示。答：人造革是以布、紙或玻璃布為基材，在其上覆以粘流態(tài)塑料（如PVC、PU）的一種復(fù)合材料。以壓延法生產(chǎn)人造革時(shí)，基

13、材應(yīng)先經(jīng)預(yù)熱，同時(shí)粘流態(tài)塑料可先經(jīng)擠壓塑化或輥壓塑化再喂于壓延機(jī)的進(jìn)料輥上，通過輥筒的擠壓和加熱作用，使塑料與基材緊密結(jié)合，再經(jīng)壓花、冷卻、切邊和卷取而得制品。下圖為四輥壓延機(jī)生產(chǎn)人造革示意圖（擦膠法）。五、論述題1、論述注射成型的工藝過程。答：按其先后順序主要包括：1) 成型前的準(zhǔn)備。 原料性能的了解，主要指熱性能、流變性能、壓縮率、吸濕性、細(xì)度、均勻度等； 原料的預(yù)處理，主要指原料的干燥、著色等； 料筒的清洗，在更換原料、調(diào)換顏色或發(fā)現(xiàn)正在加工中的塑料有一定降解現(xiàn)象出現(xiàn)時(shí)，就需要對料筒進(jìn)行清洗； 嵌件預(yù)熱； 脫模劑的選擇，. 硬脂酸鋅：不適用于PA。. 白油（液體石蠟）：對PA效果好，還可

14、防止空隙。. 硅油：雖效果好，但價(jià)格高，使用麻煩（需配甲苯溶液）。2) 注射過程。具體過程為： 加料塑化 塑料粒子加入到料筒中，通過加熱逐漸變成熔體（柱塞式），或沿螺桿槽向前移動(dòng)，通過料筒外的加熱及螺桿轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)塑料產(chǎn)生的摩擦熱逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)槿垠w。 充模（注射） 柱塞或移動(dòng)螺桿把塑料均勻的熔體推向料筒前端，經(jīng)過噴嘴及模具澆注系統(tǒng)注入并充滿模具的型腔。 保壓 充滿之后，柱塞或移動(dòng)螺桿仍保持施壓狀態(tài)，使噴嘴的熔體不斷充實(shí)型腔，以確保不缺料。另可使大分子進(jìn)一步松弛（因有滯后）。 凝封 在澆注系統(tǒng)里的熔體（體積比制品小的多）先行冷卻硬化，模腔內(nèi)還未冷卻固化的熔體就不會(huì)向噴嘴方向倒流，這一現(xiàn)象叫凝封。凝封則保壓

15、結(jié)束，可退螺桿和注塞。同時(shí)下一周期的加料塑化開始。 冷卻 保壓結(jié)束，同時(shí)對模具內(nèi)制品進(jìn)行冷卻、固化，一般冷卻到塑料的玻璃態(tài)或結(jié)晶態(tài)。 脫模3) 制品的后處理。主要指退火和調(diào)濕處理。退火是將制品放在一定溫度的加熱介質(zhì)（熱水、熱油等）或熱空氣循環(huán)箱中靜置一段時(shí)間，然后緩慢冷至室溫，消除制品在加工過程中產(chǎn)生的復(fù)雜內(nèi)應(yīng)力。調(diào)濕處理是將剛出模的熱制品放入熱水中放置一段時(shí)間。主要是為了避免氧化變色（放入熱水中，隔絕氧）；加快得到吸濕平衡，穩(wěn)定制品尺寸；適量水分對PA等有增塑作用?？梢愿纳迫嵝?、韌性、拉伸強(qiáng)度等性能。2、論述塑料的一次成型和二次成型的聯(lián)系和區(qū)別，并舉例說明。答：一次成型是通過加熱使塑料處于粘流態(tài)的條件下，經(jīng)過流動(dòng)、成型和冷卻硬化（或交聯(lián)固化），而將塑料制成各種形狀的產(chǎn)品的方法。一次成型包括擠出成型、注射成型、模壓成型、壓延成型等，成型制品從簡單到極復(fù)雜形狀和尺寸精密的制品，應(yīng)用廣泛，絕大多數(shù)塑料制品是從通過一次成型法制得的。二次成型是將一次成型所得的片、管、板等塑料型材，加熱使其處于類橡膠狀態(tài)，通過外力作用使其形變而成型為各種簡單形狀，再經(jīng)冷卻定型而得制品。