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(diǎn)。(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(huì)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(jìn)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(jī)械加工、連接加工和修飾加工三類方法。2.成型工廠對(duì)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(shí)所需的運(yùn)輸設(shè)備多、費(fèi)時(shí)、費(fèi)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(qiáng)的制品、連續(xù)性強(qiáng)； 物料運(yùn)輸方便，易實(shí)現(xiàn)機(jī)械化和自動(dòng)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(yùn)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(guó)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(jī)械、熱、電及化學(xué)性能等方面所應(yīng)具備的指標(biāo)；(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?shí)際意義？2.請(qǐng)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(duì)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(shí)最高使用溫度是Tg，當(dāng)結(jié)晶度達(dá)到40%以上時(shí)，晶區(qū)互相連接，形成貫穿整個(gè)材料的連接相，因此在T

4、g以上仍不會(huì)軟化，其最高使用溫度可提高到結(jié)晶熔點(diǎn)。熔點(diǎn)（Tm）：是晶態(tài)高聚物熔融時(shí)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(duì)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(duì)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(huì)發(fā)生取向？成型時(shí)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(diǎn)之間進(jìn)行

6、，因?yàn)榉肿釉诟哂赥g時(shí)才具有足夠的活動(dòng)，這樣在拉應(yīng)力的作用下，分子才能從無規(guī)線團(tuán)中被拉伸應(yīng)力拉開、拉直和在分子彼此之間發(fā)生移動(dòng)。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(duì)粘度的影響(2) 壓力對(duì)粘度的影響(3) 剪切速率對(duì)粘度的影響(4) 聚合物結(jié)構(gòu)因素和組成對(duì)粘度的影響(5) 各種添加劑對(duì)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(duì)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(qǐng)闡明理由。3.試述增塑劑的作用機(jī)理。4.增塑劑作用的實(shí)質(zhì)是什么？并請(qǐng)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(gè)概念。5.內(nèi)潤(rùn)滑與外潤(rùn)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(jìn)劑M 1.5，促進(jìn)劑TMTD 0.2， ZnO 5，硬脂酸 1，防老劑4010NA 1，半補(bǔ)強(qiáng)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(shí)，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(rùn)滑劑、顏料各占總量的百分

9、之幾？3.簡(jiǎn)述模壓成型的定義。4.簡(jiǎn)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(shì)（以無凸肩模具為例）。第五章 擠出成型1.擠出機(jī)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(duì)料斗送來的塑料進(jìn)行加熱，同時(shí)輸送到壓縮段。塑料在該段始終保持固體狀態(tài)。壓縮段-對(duì)加料段來的料起擠壓和剪切作用，同時(shí)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(jī)頭回壓作用進(jìn)一步攪拌塑化均勻，并定量定壓地通過機(jī)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(jī)螺桿設(shè)計(jì)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(gè)螺槽的容積與均化段最后一個(gè)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(duì)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(shí)，壓縮比應(yīng)比厚壁制品的大。4.什么是擠出機(jī)螺桿的長(zhǎng)徑比？長(zhǎng)徑比的大小對(duì)塑

11、料擠出成型有什么影響？長(zhǎng)徑比太大又會(huì)造成什么后果？(1)擠出機(jī)螺桿的長(zhǎng)徑比是指螺桿工作部分的有效長(zhǎng)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(shí)的逆流和漏流，提高擠出機(jī)的生產(chǎn)能力。L/Ds過小，對(duì)塑料的混合和塑化都不利。(3) L/Ds太大，對(duì)熱敏性塑料會(huì)因受熱時(shí)間太長(zhǎng)而易分解，同時(shí)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(jī)的功率消耗。5.提高擠出機(jī)加料段固體輸送能力，應(yīng)對(duì)設(shè)備采取什么措施？指出其理論依據(jù)。答案要點(diǎn):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(dāng)?shù)穆菪?。工藝角度?1)增加料筒溫度（fb）； (2)降低螺桿溫度（fs）。6.塑料在擠出機(jī)中的熔化長(zhǎng)度的意義是什么？擠出機(jī)中從熔化開始到固體床的寬度降到零的總長(zhǎng)度稱為熔化長(zhǎng)度，熔化長(zhǎng)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(zhǎng)度越短。7.塑料熔體在擠出機(jī)螺槽內(nèi)有幾種流動(dòng)形式？造成這幾種流動(dòng)的主要原因是什么？8.分析擠出成型時(shí)，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(jī)組成，請(qǐng)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(jiǎn)要分析各種方法的工藝特點(diǎn)。不同成型方法所得的塑料薄膜性能有何不同的特

13、點(diǎn)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(diǎn)？請(qǐng)用框圖表示一個(gè)完整的注射成型工藝過程。 2.塑料擠出機(jī)的螺桿與移動(dòng)螺桿式注射機(jī)的螺桿在結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和各自的成型作用上有何異同？擠出螺桿：輸送、塑化、計(jì)量。均化段槽深h3淺、長(zhǎng)徑比L/D大、壓縮比大。加料段L1短，均化段長(zhǎng)L3長(zhǎng)。平動(dòng)轉(zhuǎn)動(dòng)（前移）。螺桿頭部形狀多樣。物料熔融是一個(gè)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(zhǎng)徑比L/D小、壓縮比小。加料段L1長(zhǎng)，均化段長(zhǎng)L3短。平動(dòng)轉(zhuǎn)動(dòng)（前移注射）。螺桿頭部為尖錐形。物料熔融是一個(gè)非穩(wěn)態(tài)的間歇過程。3.請(qǐng)從加熱效率出發(fā)，分

14、析柱塞式注射機(jī)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(jìn)一步的混合塑化，有效提高注塞式注射機(jī)的生產(chǎn)量及制品質(zhì)量。4.注射機(jī)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(jī)成型聚丙烯制品時(shí)，注射機(jī)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(jī)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(shí)，注射壓力減??；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(shí)間？何謂凝封？(1)當(dāng)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(bǔ)充入模中（補(bǔ)塑），使模腔中的塑料能形成形狀完整而致密的制品（壓實(shí)）；保壓適當(dāng)?shù)臅r(shí)間，可防止螺桿或柱塞退還時(shí)，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(shí)間一般約20-100s，大型和厚制品可達(dá)2-5min。(3)塑料注射充模保壓時(shí)，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(shí)溫度（包括料溫和模溫）對(duì)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(shí)，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(gè)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(qiáng)，提高模具溫度有助于改善熔體在模內(nèi)的流動(dòng)性，減小內(nèi)應(yīng)力和分子的定向作用，增強(qiáng)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(shí)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(huì)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(shí)間長(zhǎng)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(qiáng)度，生產(chǎn)周期縮短；但速度，料流為湍流，嚴(yán)重時(shí)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(shí)，熔體以層流狀態(tài)流動(dòng)，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(huì)使熔體在流道中冷卻降溫，引起黏度提高，流動(dòng)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(qiáng)度和表面質(zhì)量。12.簡(jiǎn)述熱固性塑料注射成型原理。第七章 中空吹塑1.簡(jiǎn)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(qǐng)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