高分子材料成型加工原理

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上第一章 緒論1.按所屬成型加工階段劃分，塑料成型加工可分為幾種類型？分別說明其特點。(1)一次成型技術(shù) 一次成型技術(shù)，是指能將塑料原材料轉(zhuǎn)變成有一定形狀和尺寸制品或半制品的各種工藝操作方法。目前生產(chǎn)上廣泛采用的擠塑、注塑、壓延、壓制、澆鑄和涂覆等。(2)二次成型技術(shù)二次成型技術(shù)，是指既能改變一次成型所得塑料半制品(如型材和坯件等)的形狀和尺寸，又不會使其整體性受到破壞的各種工藝操作方法。目前生產(chǎn)上采用的只有雙軸拉伸成型、中空吹塑成型和熱成型等少數(shù)幾種二次成型技術(shù)。(3)二次加工技術(shù)這是一類在保持一次成型或二次成型產(chǎn)物硬固狀態(tài)不變的條件下，為改變其形狀、尺寸和表觀性質(zhì)所

2、進行的各種工藝操作方法。也稱作“后加工技術(shù)”。大致可分為機械加工、連接加工和修飾加工三類方法。2.成型工廠對生產(chǎn)設(shè)備的布置有幾種類型？(1)過程集中制 生產(chǎn)設(shè)備集中； 宜于品種多、產(chǎn)量小、變化快的制品； 銜接生產(chǎn)工序時所需的運輸設(shè)備多、費時、費工、不易連續(xù)化。(2)產(chǎn)品集中制 一種產(chǎn)品生產(chǎn)過程配套； 宜于單一、量大、永久性強的制品、連續(xù)性強； 物料運輸方便，易實現(xiàn)機械化和自動化，成本降低。3.塑料制品都應(yīng)用到那些方面？(1)農(nóng)牧、漁業(yè) (2)包裝 (3)交通運輸 (4)電氣工業(yè) (5)化學(xué)工業(yè) (6)儀表工業(yè) (7)建筑工業(yè) (8)航空工業(yè) (9)國防與尖端工業(yè) (10)家具 (11)體育用品

3、和日用百貨4.如何生產(chǎn)出一種新制品？(1)熟悉該種制品在物理、機械、熱、電及化學(xué)性能等方面所應(yīng)具備的指標；(2)根據(jù)要求，選定合適的塑料，從而決定成型方法；(3)成本估算 ；(4)試制并確定生產(chǎn)工藝規(guī)程、不斷完善。第二章 塑料成型的理論基礎(chǔ)1.什么是聚合物的結(jié)晶和取向？它們有何不同？研究結(jié)晶和取向?qū)Ω叻肿硬牧霞庸び泻螌嶋H意義？2.請說出晶態(tài)與非晶態(tài)聚合物的熔融加工溫度范圍，并討論兩者作為材料的耐熱性好壞。晶態(tài)聚合物：TmTd； 非晶態(tài)聚合物：TfTd。對于作為塑料使用的高聚物來說，在不結(jié)晶或結(jié)晶度低時最高使用溫度是Tg，當結(jié)晶度達到40%以上時，晶區(qū)互相連接，形成貫穿整個材料的連接相，因此在T

4、g以上仍不會軟化，其最高使用溫度可提高到結(jié)晶熔點。熔點（Tm）：是晶態(tài)高聚物熔融時的溫度，表征晶態(tài)高聚物耐熱性的好壞。3.聚合物的加工性質(zhì)有哪些，各與哪些因素有關(guān)？(1)聚合物的可擠壓性聚合物的可擠壓性僅與其分子結(jié)構(gòu)、相對分子質(zhì)量和組成有關(guān)，而且與溫度、壓力等成型條件有關(guān)。(2)聚合物的可模塑性可模塑性主要取決于聚合物本身的屬性(如流變性、熱性能、物理力學(xué)性能以及熱固性塑料的化學(xué)反應(yīng)性能等)，工藝因素(溫度、壓力、成型周期等)以及模具的結(jié)構(gòu)尺寸。(3)聚合物的可紡性可紡性主要取決于聚合物材料的流變性，熔體粘度、拉伸比、噴絲孔尺寸和形狀、擠出絲條與冷卻介質(zhì)之間傳質(zhì)和傳熱速率、熔體的熱化學(xué)穩(wěn)定性等

5、。(4)聚合物的可延性聚合物的可延性取決于材料產(chǎn)生塑性變形的能力和應(yīng)變硬化作用。4.聚合物有哪幾種結(jié)晶形式，結(jié)晶對材料性能有何影響？5.何謂聚合物的二次結(jié)晶和后結(jié)晶？(1)二次結(jié)晶一次結(jié)晶后，在殘留的非晶區(qū)和結(jié)晶不完整的部分區(qū)域內(nèi)，繼續(xù)結(jié)晶并逐步完善的過程。(2)后結(jié)晶一部分來不及結(jié)晶的區(qū)域，在成型后繼續(xù)結(jié)晶的過程，在球晶的界面上不斷形成新的結(jié)晶區(qū)域，即初結(jié)晶的繼續(xù)。6.聚合物在成型過程中為什么會發(fā)生取向？成型時的取向產(chǎn)生的原因及形式有哪幾種？取向?qū)Ω叻肿硬牧现破返男阅苡泻斡绊懀?.要使聚合物在加工中通過拉伸獲得取向結(jié)構(gòu)，應(yīng)在該聚合物的什么溫度下拉伸？答:應(yīng)該在聚合物的玻璃化溫度和熔點之間進行

6、，因為分子在高于Tg時才具有足夠的活動，這樣在拉應(yīng)力的作用下，分子才能從無規(guī)線團中被拉伸應(yīng)力拉開、拉直和在分子彼此之間發(fā)生移動。8.分析并討論影響熱塑性塑料成型加工中熔體粘度的因素。 (1) 溫度對粘度的影響(2) 壓力對粘度的影響(3) 剪切速率對粘度的影響(4) 聚合物結(jié)構(gòu)因素和組成對粘度的影響(5) 各種添加劑對粘度的影響第三章 成型用的物料及其配制1.高分子材料中添加助劑的目的是什么？2.什么是熱穩(wěn)定劑？哪一類聚合物在成型加工中須使用熱穩(wěn)定劑？對于加有較多增塑劑和不加增塑劑的兩種塑料配方，如何考慮熱穩(wěn)定劑的加入量？請闡明理由。3.試述增塑劑的作用機理。4.增塑劑作用的實質(zhì)是什么？并請區(qū)

7、分“增塑效率”、 “主增塑劑”、“副增塑劑”和“增塑劑相容性”四個概念。5.內(nèi)潤滑與外潤滑。第四章 壓縮模塑1.試分析下列配方，要求：(1)指出各成分在配方中的作用；(2)判斷制品基本性能，并說出相應(yīng)的理由。 PVC樹脂（XS-4）100，鄰苯二甲酸二辛酯 10，鄰苯二甲酸二丁酯 8，環(huán)氧脂肪酸辛酯 3，液體鋇鎘 2，硬脂酸鋇 0.5，硬脂酸鎘 0.3，硬脂酸 0.3，二氧化鈦 3 PVC樹脂（XS-5）100，三鹽基性硫酸鉛 5，二鹽基性亞磷酸鉛1.5，亞磷酸三苯脂 0.5，硬脂酸鉛0.5，硬脂酸正丁酯 0.3，石蠟0.3，氧化銻 5 PVC樹脂（XS-3）100，DOP 20，DBP 20

8、，DOS 10，氯化石蠟 5，UV-9 0.1，滑石粉 1，氧化鐵 0.2，二月桂酸二丁基錫 3 丁睛橡膠 100，硫磺1.5，促進劑M 1.5，促進劑TMTD 0.2， ZnO 5，硬脂酸 1，防老劑4010NA 1，半補強碳黑 60，陶土 30，瀝青 5，石蠟1.5 2.在生產(chǎn)寬1200mm，厚0.5mm的聚氯乙烯軟膜時，采用以下配方：聚氯乙烯樹脂100，三鹽基硫酸鉛2，硬酯酸鋇1.2，硬酯酸鉛0.8，鄰苯二甲酸二辛酯30，癸二酸二辛酯 10，環(huán)氧大豆油5，氯化石蠟5，硬酯酸0.8，碳酸鈣8，鈦箐蘭0.5問：配方中各組分的作用？配方中樹脂、穩(wěn)定劑、增塑劑、填充劑、潤滑劑、顏料各占總量的百分

9、之幾？3.簡述模壓成型的定義。4.簡述模壓成型的工藝過程。5.模壓成型的影響因素有哪些，討論其如何影響模壓成型產(chǎn)品的質(zhì)量。6.分析并討論模壓成型過程中溫度、壓力、體積的變化趨勢（以無凸肩模具為例）。第五章 擠出成型1.擠出機螺桿在結(jié)構(gòu)上為何分段？分段的根據(jù)是什么？ 答：根據(jù)物料在螺桿中的溫度、壓力、黏度等的變化特征，可將螺桿分為加料段、壓縮段、壓縮段三段。2.擠出螺桿一般分為哪幾段？每段各有什么作用？加料段-對料斗送來的塑料進行加熱，同時輸送到壓縮段。塑料在該段始終保持固體狀態(tài)。壓縮段-對加料段來的料起擠壓和剪切作用，同時使物料繼續(xù)受熱，由固體逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)槿廴隗w，趕走塑料中的空氣及其他揮發(fā)成分，

10、增大塑料的密度，塑料通過壓縮段后，應(yīng)該成為完全塑化的黏流狀態(tài)。均化段-使熔融物料在均化段螺桿和機頭回壓作用進一步攪拌塑化均勻，并定量定壓地通過機頭口模擠出成型。結(jié)晶型聚合物，熔化溫度范圍很窄，因而壓縮段很短，應(yīng)選擇突變型螺桿。3.什么叫壓縮比？擠出機螺桿設(shè)計中的壓縮比根據(jù)什么來確定？(1)螺桿的壓縮比是指螺桿加料段第一個螺槽的容積與均化段最后一個螺槽的容積之比，它表示塑料通過螺桿的全過程被壓縮的程度。(2) 壓縮比的大小取決于擠出塑料的種類和形態(tài)，粉狀塑料的相對密度小，夾帶空氣多，其壓縮比應(yīng)大于粒狀塑料。另外擠出薄壁制品時，壓縮比應(yīng)比厚壁制品的大。4.什么是擠出機螺桿的長徑比？長徑比的大小對塑

11、料擠出成型有什么影響？長徑比太大又會造成什么后果？(1)擠出機螺桿的長徑比是指螺桿工作部分的有效長度L與直徑Ds之比。(2) L/Ds大，能發(fā)送塑料的溫度分布，混合更均勻，并可減少擠出時的逆流和漏流，提高擠出機的生產(chǎn)能力。L/Ds過小，對塑料的混合和塑化都不利。(3) L/Ds太大，對熱敏性塑料會因受熱時間太長而易分解，同時螺桿的自重增加，自由端撓曲下垂，容易引起料筒和螺桿擦傷，制造和安裝都困難，也增大了擠出機的功率消耗。5.提高擠出機加料段固體輸送能力，應(yīng)對設(shè)備采取什么措施？指出其理論依據(jù)。答案要點:結(jié)構(gòu)角度：(1)增加螺槽深度； (2)降低物料與螺桿的摩擦系數(shù)；(3)增加物料與料筒的摩擦系

12、數(shù)； (4)選擇適當?shù)穆菪恰９に嚱嵌龋?1)增加料筒溫度（fb）； (2)降低螺桿溫度（fs）。6.塑料在擠出機中的熔化長度的意義是什么？擠出機中從熔化開始到固體床的寬度降到零的總長度稱為熔化長度，熔化長度的大小反映了固體的熔化速度，一般熔化速度越高則熔化長度越短。7.塑料熔體在擠出機螺槽內(nèi)有幾種流動形式？造成這幾種流動的主要原因是什么？8.分析擠出成型時，螺桿均化段末端粘流態(tài)物料的壓力與哪些因素有關(guān)？9.各種擠出成型制品的生產(chǎn)線由各自的主、輔機組成，請歸納它們的工藝過程，用框圖表示10.塑料薄膜擠出生產(chǎn)工藝方法有哪幾種？簡要分析各種方法的工藝特點。不同成型方法所得的塑料薄膜性能有何不同的特

13、點及應(yīng)用情況如何？11.管材擠出的工藝過程是什么？擠出管材如何定徑？第六章 注射成型1.何謂注射成型，它有何特點？請用框圖表示一個完整的注射成型工藝過程。 2.塑料擠出機的螺桿與移動螺桿式注射機的螺桿在結(jié)構(gòu)特點和各自的成型作用上有何異同？擠出螺桿：輸送、塑化、計量。均化段槽深h3淺、長徑比L/D大、壓縮比大。加料段L1短，均化段長L3長。平動轉(zhuǎn)動（前移）。螺桿頭部形狀多樣。物料熔融是一個穩(wěn)態(tài)的連續(xù)過程。注射螺桿：預(yù)塑化、注射。均化段槽深h3深、長徑比L/D小、壓縮比小。加料段L1長，均化段長L3短。平動轉(zhuǎn)動（前移注射）。螺桿頭部為尖錐形。物料熔融是一個非穩(wěn)態(tài)的間歇過程。3.請從加熱效率出發(fā)，分

14、析柱塞式注射機上必須使用分流梭的原因。使用分流梭加快了熱傳導(dǎo)，有利于減少或避免塑料過熱而引起的熱分解現(xiàn)象。塑料熔體分流后，在分流梭與料筒間隙中流速增加，剪切速度增大，從而產(chǎn)生較大的摩擦熱，料溫升高，黏度下降，是塑料得到進一步的混合塑化，有效提高注塞式注射機的生產(chǎn)量及制品質(zhì)量。4.注射機的噴嘴有哪幾種類型？各適合何種聚合物材料的注射成型？5.以柱塞式注射機成型聚丙烯制品時，注射機料筒的加熱效率為0.8，如果聚丙烯預(yù)熱溫度50，注射料溫230，注射機的料筒最高溫度應(yīng)控制幾度？答:E= ，T0=50，T=230，E=0.8，代入得Tw=2756.試分析注射成型中物料溫度和注射壓力之間的關(guān)系，并繪制成

15、型區(qū)域示意圖。注射壓力與料溫是相互制約的，料溫高時，注射壓力減小；反之，所需注射壓力大。7.保壓在熱塑性塑料注射成型過程中的作用是什么？保壓應(yīng)有多少時間？何謂凝封？(1)當注射成型塑料熔體充滿模腔后，模具中熔體冷卻收縮，繼續(xù)保持施壓狀態(tài)的柱塞或螺桿，迫使?jié)部诤蛧娮旄浇娜垠w不斷補充入模中（補塑），使模腔中的塑料能形成形狀完整而致密的制品（壓實）；保壓適當?shù)臅r間，可防止螺桿或柱塞退還時，因模具主流道處塑料尚未冷卻凝固而發(fā)生模內(nèi)熔融塑料倒流現(xiàn)象（防倒流）。(2)保壓時間一般約20-100s，大型和厚制品可達2-5min。(3)塑料注射充模保壓時，澆注系統(tǒng)的熔體先行冷卻硬化的現(xiàn)象叫“凝封”，凝封可防

16、止模腔內(nèi)尚未冷卻的熔體向噴嘴方向倒流。8.試述晶態(tài)聚合物注射成型時溫度（包括料溫和模溫）對其結(jié)晶性能和力學(xué)性能的影響。9.聚丙烯和聚苯乙烯注射成型時，考慮到產(chǎn)品的性能和生產(chǎn)效率，它們的模具溫度應(yīng)分別控制在哪個溫度范圍最適宜？為什么？（PP：Tg10左右，PS：Tg80左右）答：聚丙烯的結(jié)晶能力較強，提高模具溫度有助于改善熔體在模內(nèi)的流動性，減小內(nèi)應(yīng)力和分子的定向作用，增強制件的密度和結(jié)晶度甚至能夠提前脫模；但制件的冷卻時間、收縮率和脫模后的翹曲變形將增大。制品結(jié)晶度的增加，制件的表面粗糙度值也會隨之減小。綜合考慮PP模具溫度TcTg，生產(chǎn)上常用溫度為40-90。無定形塑料注射充模后無相轉(zhuǎn)變，故

17、模溫高低主要影響充模時間長短，較低的模溫，冷卻快，生產(chǎn)效率提高。PS熔融黏度較低，采用偏低的模溫TcT g。10.試述注射成型制品易產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力的原因及解決的辦法。11.試分析注射成型過程中快速充模和慢速充模各有什么利弊。充模速度，物料受剪切，生熱，T ，黏度下降，充模壓力，充模順利，能提高制品的熔接縫強度，生產(chǎn)周期縮短；但速度，料流為湍流，嚴重時引起噴射作用，卷入空氣，可引起塑料局部燒傷及分解，使制品不均勻，內(nèi)應(yīng)力較大，表面常有裂紋。慢速充模時，熔體以層流狀態(tài)流動，順利將模腔內(nèi)的空氣排出，制品質(zhì)量較均勻；但充模過慢，會使熔體在流道中冷卻降溫，引起黏度提高，流動性下降，引起充模不全，并出現(xiàn)分層和結(jié)合不好的熔接痕，影響制品強度和表面質(zhì)量。12.簡述熱固性塑料注射成型原理。第七章 中空吹塑1.簡述擠出吹塑控制因素 。 2.根據(jù)型坯生產(chǎn)特征，中空吹塑成型可分為哪兩大類型？請用框圖表示這兩種成 型方法的工藝過程。答：注坯吹塑、擠坯吹塑注坯吹塑：型坯注射成型脫注射模（型坯加熱）移入吹塑模(型坯拉伸）移入吹塑模吹脹冷卻定型脫模擠坯