高分子材料成型加工课后部分习题参考答案

排列,因此就降低了黏度;缠结点被解开和大分子规则排列的程度是随应力的增加而加大的;显然,这种大分子缠结的学说,也可用以说明聚合物熔体黏度随剪切应力增加而降低的原因;7．聚合物熔体在剪切流动过程中有哪些弹性表现形式在成型过程中可采取哪些措施来减少弹性表现对制品质量的不良影响答：聚合物流动过程最常见的弹性行为是端末效应和不稳定流动;提高温度,减少剪切应力,增加高温下的流动时间,均化塑料结构,降低其流动的非牛顿性;第五章习题与思考题3．为什么在评定固体物料的混合状态时不仅要比较取样中各组分的比率与总体比率的差异大小而且还要考察混合料的分散程度答：衡量混合效果需从物料的均匀程度和组分的分散程度两方面来考虑;均匀程度指混入物所占物料的比率与理论或总体比率的差异;但就是相同比率的混合情况也是十分复杂的;在取样组成时,若一次抽取的试样的量足够多,或者,一次取样量虽不多,但取样的次数足够多,虽然每次抽取的试样分析结果有所出入,但取多个试样分析结果的平均值时,仍可得出混合情况相同的结论;然而从混合料中各组分的分散程度来看,则可能相差甚远;因此,在判定物料的混合状态时,还必须考虑各组分的分散程度;6．何谓橡胶的混炼用开炼机和密炼机分别进行混炼时应控制的工艺条件有哪些有何影响答：混炼就是将各种配合剂与可塑度合乎要求的生胶或塑炼胶在机械作用下混合均匀,制成混炼胶的过程;开炼机混炼时应控制的工艺条件有1装胶容量2辊距3混炼温度4混炼时间5辊速和速比6加料顺序密炼机分别进行混炼时应控制的工艺条件有1装胶容量2上顶栓压力3转子转速和混炼时间4混炼温度5加料顺序7．何谓胶料混炼过程中产生的结合橡胶炭黑凝胶答：橡胶与炭黑混炼时,由于炭黑表面具有一定的活性,因而与混炼时产生的R生成一定数量的化学形式和物理形式的结合体,形成一种不溶于橡胶溶剂的产物,称结合橡胶炭黑凝胶;9．什么叫塑料的混合和塑化,其主要区别在哪里答：塑料的混合：这是物料的初混合,是一种简单混合,在低于流动温度和较为缓和的剪切速率下进行的一种混合;混合后,物料各组份的物理和化学性质无变化;只是增加各组份颗粒的无规则排列程度,没有改变颗粒的尺寸;设备：捏合机、高速混合机;塑料的塑化：再混合,是高一级的混合,在高于流动温度Tf或Tm和较强烈的剪切速率下进行;混合后,物料各组份的物理和化学性质有所变化;塑化的目的是使物料在一定温度和剪切力下熔融,驱出其中的水份和挥发物;使各组份的分散更趋均匀,得到具有一定可塑性的均匀物料;设备：密炼机、开炼机、挤出机;11．塑料的塑化与橡胶的塑炼二者的目的和原理有何异同答：塑化：再混合,是高一级的混合;在高于流动温度Tf或Tm和较强烈的剪切速率下进行;混合后,塑料各组份的物理和化学性质有所变化;其目的是使物料在一定温度和剪切力下熔融,驱出其中的水份和挥发物;使各组份的分散更趋均匀,得到具有一定可塑性的均匀物料;塑炼：使生胶由强韧的弹性转变为柔软的便于加工的塑性状态的过程;目的是使生胶获得一定的可塑性,使之适合于混炼、压延、压出、成型等工艺操作；使生胶的可塑性均匀化,以便得到质量均匀的胶料;目的是降低弹性,增加可塑性,获得流动性；混炼时配合剂易于分散均匀,便于操作；使生胶分子量分布变窄,胶料质量均匀一致;12．什么是“生胶的塑炼”,什么是“塑料的塑炼”,为什么要分别对生胶和塑料进行塑炼两者分别可采取哪些措施,提高塑炼效果答：生胶的塑炼：使生胶由强韧的弹性转变为柔软的便于加工的塑性状态的过程;目的是使生胶获得一定的可塑性,使之适合于混炼、压延、压出、成型等工艺操作；使生胶的可塑性均匀化,以便得到质量均匀的胶料;目的是降低弹性,增加可塑性,获得流动性；混炼时配合剂易于分散均匀,便于操作；使生胶分子量分布变窄,胶料质量均匀一致;塑料的塑炼：再混合,是高一级的混合;在高于流动温度Tf或Tm和较强烈的剪切速率下进行;混合后,塑料各组份的物理和化学性质有所变化;其目的是使物料在一定温度和剪切力下熔融,驱出其中的水份和挥发物;使各组份的分散更趋均匀,得到具有一定可塑性的均匀物料;16．橡胶塑炼的目的,比较低温塑炼和高温塑炼;答：使生胶由强韧的弹性转变为柔软的便于加工的塑性状态的过程;目的是使生胶获得一定的可塑性,使之适合于混炼、压延、压出、成型等工艺操作；使生胶的可塑性均匀化,以便得到质量均匀的胶料;低温塑炼——开炼机塑炼薄通塑炼包辊塑炼一次塑炼分段塑炼高温塑炼——密炼机塑炼称量→投料→放下上顶栓加压塑炼→打开下顶栓排胶→压片机捣合→压片→冷却下片→存放高温连续塑炼——螺杆塑炼机塑炼第六章习题与思考题1．何谓热固性塑料的固化速度试述其影响因素;答：这是热固性塑料成型时特有的也是最重要的工艺性能,它是衡量热固性塑料成型时化学反应的速度;它是以热固性塑料在一定的温度和压力下,压制标准试样时,使制品的物理机械性能达到最佳值所需的时间与试件的厚度的比值s／mm厚度来表示,此值愈小,固化速率愈大;固化速率主要由热固性塑料的交联反应性质决定,并受成型前的预压、预热条件以及成型工艺条件如温度和压力等多种因素的影响;2．简述热固性塑料模压成型的工艺步骤;答：热固性塑料模压成型工艺过程通常由成型物料的准备、成型和制品后处理三个阶段组成,工艺步骤如下：1、计量；2、预压；3、预热；4、嵌件安放；5、加料；6、闭模；7、排气；8、保压固化；9、脱模冷却；10制品后处理工艺过程见图所示;3．试分析模温的高低对模压成型工艺的影响;答：模压温度是指成型时所规定的模具温度,对塑料的熔融、流动和树脂的交联反应速度有决定性的影响;在一定的温度范围内,模温升高、物料流动性提高,充模顺利,交联固化速度增加,模压周期缩短,生产效率高;但过高的模压温度会使塑料的交联反应过早开始和固化速度太快而使塑料的熔融黏度增加,流动性下降,造成充模不全;另外一方面,由于塑料是热的不良导体,模温高,固化速度快,会造成模腔内物料内外层固化不一,表层先行硬化,内层固化时交联反应产生的低分子物难以向外挥发,会使制品发生肿胀、开裂和翘曲变形,而且内层固化完成时,制品表面可能已过热,引起树脂和有机填料等分解,会降低制品的机械性能;因此模压形状复杂、壁薄、深度大的制品,不宜选用高模温,但经过预热的塑料进行模压时,由于内外层温度较均匀,流动性好,可选用较高模温;模压温度过低时,不仅物料流动性差,而且固化速度慢,交联反应难以充分进行,会造成制品强度低,无光泽,甚至制品表面出现肿胀,这是由于低温下固化不完全的表层承受不住内部低分子物挥发而产生的压力的缘故;4．在热固性塑料模压成型中,提高模温应相应地降低还是升高模压压力才对模压成型工艺有利为什么答：在热固性塑料模压成型中,提高模温一般应相应地升高模压压力才对模压成型工艺有利;在一定范围内模温提高能增加塑料的流动性,模压压力可降低；但模温提高也会使塑料的交联反应速度加速,从而导致熔融物料的粘度迅速增高,因而需更高的模压压力;综合以上因素,提高模温一般应相应地提高模压压力;5．热固性塑料模压成型中物料的预热温度对模压压力有何影响为什么答：进行预热可以使物料熔化速度加快,黏度下降,流动性提高,模压压力降低；但如果预热温度过高会使塑料在预热过程中有部分固化,会抵消预热增大流动性效果,模压时需更高的压力来保证物料充满型腔;在预热时软化倾向>交联倾向,一般经过预热的物料可使用较低的模压压力;6．在高分子材料成型加工中,哪些地方要求交联交联能赋予高聚物制品哪些性能答：未硫化的橡胶Tg在室温以下,常温下发黏,强度很低,基本无使用价值;通过硫化交联,才能使用;酚醛树脂、氨基树脂、环氧树脂、不饱和聚酯等是具有活性官能团的低分子量的齐聚物,也只有通过交联,才能充分发挥它们的特性;在聚乙烯、聚氯乙烯、聚氨酯等泡沫塑料生产中,交联也是极为重要的工艺技术,交联有助于提高泡孔壁的强度;交联后的性能取决于交联密度;交联密度高,相邻交联点之间相对分子质量小,链段活动性受到限制,Tg随之增高;交联改善了高分子材料的力学性能、耐热性能、化学稳定性能和使用性能;7．试述天然橡胶以硫磺硫化后的制品大分子结构特征;答：硫化后,橡胶大分子结构中各部位已程度不同地形成了网状结构,大分子链之间有主价键力的作用,使大分子链的相对运动受到一定的限制,在外力作用下,不易发生较大的位移,变形减小,强度增大,失去可溶性,只能有限溶胀;8．试述橡胶硫化后的物理性能的变化,并解释之;答：天然橡胶在硫化过程中,随着线型大分子逐渐变为网状结构,可塑性减小,拉伸强度、定伸强度、硬度、弹性增加,而伸长率、永久变形、疲劳生热等相应减小,但若继续硫化,则出现拉伸强度、弹性逐渐下降,伸长率、永久变形反而会上升的现象;这些现象都是线形大分子转变为网状结构的特征;9．生胶和硫化胶在分子结构及性能上有何不同答：硫化前：结构：线性大分子,分子与分子之间无价键力；性能：可塑性大,伸长率高,具可溶性;硫化后：结构：1化学键；2交联键的位置；3交联程度；4交联性能：1力学性能定伸强度、硬度、拉伸强度、伸长率、弹性；2物理性能；3化学稳定性10．橡胶的硫化历程分为几个阶段各阶段的实质和意义是什么答：1焦烧期－硫化起步阶段,是指橡胶在硫化开始前的延迟作用时间,在此阶段胶料尚未开始交联,胶料在模型内有良好的流动性;对于模型硫化制品,胶料的流动、充模必须在此阶段完成,否则就发生焦烧．出现制品花纹不清,缺胶等缺陷;意义：焦烧期的长短决定了胶料的焦烧性及操作安全性;这一阶段的长短取决于配合剂的种类和数量;2欠硫期－预硫阶段,焦烧期以后橡胶开始交联的阶段;在此阶段,随着交联反应的进行,橡胶的交联程度逐渐增加,并形成网状结构．橡胶的物理机械性能逐渐上升,但尚未达到预期的水平．但有些性能如抗撕裂性、耐磨性等却优于正硫化阶段时的胶料;意义：预硫时间的长短反映了硫化反应速度的快慢,主要取决于配方;3正硫期－正硫化阶段,正硫化是胶料的各项性能在一个阶段基本上保持恒定或变化很少,也称硫化平坦期;意义：这个阶段橡胶的综合性能最好,是选取正硫化时间的范围;硫化平坦期的宽窄取决于：配方、温度等4过硫期－过硫阶段,橡胶的交联反应达到一定的程度,此时的各项物理机械性能均达到或接近最佳值,其综合性能最佳;此时交联键发生重排、裂解等反应;意义：过硫阶段的性能变化情况反映了硫化平坦期的长短,不仅表明了胶料热稳定性的高低,而且对硫化工艺的安全性及制品硫化质量有直接影响;11．橡胶制品生产过程中,残余焦烧时间的长短与橡胶制品的类型有什么关系答：不同的硫化方法和制品,对焦烧时间的长短亦有不同要求;在硫化模压制品时,总是希望有较长的焦烧期,使胶料有充分时间在模型内进行流动,而不致使制品出现花纹不清晰或缺胶等缺陷;在非模型硫化中,则应要求硫化起步应尽可能早一些,因为胶料起步快而迅速变硬,有利于防止制品因受热变软而发生变形;不过在大多数情况下,仍希望有较长的焦烧时间以保证操作的安全性;12．何谓返原性胶料和非返原性胶料答：天然橡胶等主链为线形大分子结构,在过硫阶段中断链多于交联,机械性能下降,这种胶料称为返原性胶料；大部分合成橡胶,如丁苯、丁腈橡胶,在过硫阶段中易产生氧化支化反应和环化结构,胶料的物理机械性能变化很小,甚至保持恒定,这种胶料称为非返原性胶料;13．何谓硫化三要素对硫化三要素控制不当会造成什么后果答：硫化三要素是指硫化的压力、温度和时间;模型硫化时必须施以压力;压力过低,胶料流动性差,不能充满模腔,制品容易产生泡,胶料不够致密,机械性能下降；但过高压力对橡胶的性能也不利,高压会对橡胶分子链的热降解有加速作用；对于含纤维织物的胶料,高压会使织物材料的结构被破坏,导致耐屈挠性能下降;硫化温度是橡胶发生成化反应的基本条件,它直接影响硫化速度和产品质量;硫化温度太高,硫化速度太快,胶料刚受热即交联而流动性下降,得不到所需要的产品,且高温易引起橡胶分子链裂解,乃至发生硫化返原现象,结果导致强伸性能下降；反之,硫化温度低,硫化速度慢,生产效率低,直至不硫化;在一定的硫化温度和压力下,橡胶有一最适宜的硫化时间,时间太长则过硫,时间太短则欠硫,对产品性能都不利;14．何谓正硫化和正硫化时间正硫化时间的测定方法有哪几种各有何特点答：正硫化是胶料的各项性能在一个阶段基本上保持恒定或变化很少,也称硫化平坦期;理论正硫化：从硫化反应动力学原理来说,正硫化应是胶料达到最大交联密度时的硫化状态,正硫化时间应由胶料达到最大交联密度所需的时间来确定比较合理;工艺正硫化：橡胶处在正硫化时,其物理机械性能或综合性能达到最佳值,预硫或过硫阶段胶料性能均不好;达到正硫化所需的时间为正硫化时间,而正硫化是一个阶段;在实际应用中是根据某些主要性能指标与交联密度成正比来选择最佳点,确定正硫化时间;1物理机械法麻烦,不经济；2化学法简单、方便,但误差较大,适应性不广,有一定限制,不适于非硫黄硫化的胶料；3专用仪器法不仅具有方便、精确、经济、快速和重现性好等优点,并且能够连续测定与加工性能和硫化性能等有关的而且只需进行一次试验即可得到完整的硫化曲线;15．某一胶料的硫化温度系数为2,当硫化温度为137℃时,测出其硫化时间为80min,若将硫化温度提高到143℃,求该胶料达正硫化所需要的时间上述胶料的硫化温度时间缩短到60min时,求所选取的硫化温度是多少解：,即,解得t2=211102TTtKtt==同理,即,解得T3＝141℃311103TTtKtT=16．某胶料的硫化温度系数为2,在实验室中用试片测定,当硫化温度为143℃时,硫化平坦时间为20～80min,该胶料在140℃下于模型中硫化了70min,问是否达到正硫化解：E20′=It=KT-100/100×t=2143-100/10×20=E80′=2143-100/10×80=E70′=2140-100/10×70=1120∵E20′＜E70′＜E80′∴该部位的胶料已达正硫化;17．绘出增强热固性塑料层压板成型时热压过程五个时期的温度和压力与时间的关系曲线,并说明各时期的温度和压力在成型中的作用;答：压制的温度控制一般分为五个阶段预热阶段：板坯的温度由室温升至树脂开始交联反应的温度,使树脂开始熔化,并进一步渗入增强材料中,同时排出部分挥发物;此时的压力＝最高压力的1/3～1/2;中间保温阶段：树脂在较低的反应速度下进行交联固化反应,直至溢料不能拉成丝,然后开始升温升压;升温阶段：将温度和压力升至最高,加快交联反应;此时树脂的流动性已下降,高温高压不会造成胶料流失热压保温阶段：在规定的温度和压力下,保持一定时间,使树脂充分交联固化;冷却阶段：树脂在充分交联后,使温度逐渐降低,进行降温冷却;第七章习题与思考题1．挤出机螺杆在结构上为何分段分段的根据是什么答：根据物料在螺杆中的温度、压力、黏度等的变化特征,可将螺杆分为加料段、压缩段、压缩段三段;2．挤出螺杆一般分为哪几段每段各有什么作用对于晶态塑料的挤出成型,应选择何种螺杆其L2的长度有何特征,为什么答：加料段---对料斗送来的塑料进行加热,同时输送到压缩段;塑料在该段始终保持固体状态;压缩段---对加料段来的料起挤压和剪切作用,同时使物料继续受热,由固体逐渐转变为熔融体,赶走塑料中的空气及其他挥发成分,增大塑料的密度,塑料通过压缩段后,应该成为完全塑化的黏流状态;均化段---使熔融物料在均化段螺杆和机头回压作用进一步搅拌塑化均匀,并定量定压地通过机头口模挤出成型;结晶型聚合物,熔化温度范围很窄,因而压缩段很短,应选择突变型螺杆;3．什么叫压缩比挤出机螺杆设计中的压缩比根据什么来确定答：螺杆的压缩比是指螺杆加料段第一个螺槽的容积与均化段最后一个螺槽的容积之比,它表示塑料通过螺杆的全过程被压缩的程度;压缩比的大小取决于挤出塑料的种类和形态,粉状塑料的相对密度小,夹带空气多,其压缩比应大于粒状塑料;另外挤出薄壁制品时,压缩比应比厚壁制品的大;4．什么是挤出机螺杆的长径比长径比的大小对塑料挤出成型有什么影响长径比太大又会造成什么后果答：挤出机螺杆的长径比是指螺杆工作部分的有效长度L与直径Ds之比;L/Ds大,能发送塑料的温度分布,混合更均匀,并可减少挤出时的逆流和漏流,提高挤出机的生产能力;L/Ds过小,对塑料的混合和塑化都不利;L/Ds太大,对热敏性塑料会因受热时间太长而易分解,同时螺杆的自重增加,自由端挠曲下垂,容易引起料筒和螺杆擦伤,制造和安装都困难,也增大了挤出机的功率消耗;5．渐变型和突变型螺杆有何区别它们各适合哪类塑料的挤出为什么答：渐变型螺杆的压缩段较长,为螺杆全长的55%~65%,PVC挤出成型用螺杆压缩段甚至达到100%;渐变型螺杆适合无定型塑料的生产,因为无定型塑料的熔融温度范围宽;突变型螺杆的压缩段较短,为3~5Ds,PA的挤出成型用螺杆压缩段甚至仅为一个螺距的长度;突变型螺杆适合结晶型塑料的生产,因为结晶型塑料的熔融温度范围很窄;所谓渐变型螺杆是指由加料段较深螺槽向均化段较浅螺槽的过渡,是在一个较长的螺杆轴向距离内完成的：而所谓突变型螺杆的上述过渡是在较短的螺杆轴向距离内完成的;6．提高挤出机加料段固体输送能力,应对设备采取什么措施指出其理论依据;答案要点:结构角度：1增加螺槽深度；2降低物料与螺杆的摩擦系数；3增加物料与料筒的摩擦系数；4选择适当的螺旋角;工艺角度：1增加料筒温度fb↑；②降低螺杆温度fs↓;7．塑料在挤出机中的熔化长度的意义是什么答：挤出机中从熔化开始到固体床的宽度降到零的总长度称为熔化长度,熔化长度的大小反映了固体的熔化速度,一般熔化速度越高则熔化长度越短;第八章习题与思考题2．塑料挤出机的螺杆与移动螺杆式注射机的螺杆在结构特点和各自的成型作用上有何异同答：挤出螺杆：输送、塑化、计量;均化段槽深h3浅、长径比L/D大、压缩比ε大;加料段L1短,均化段长L3长;平动＋转动前移;螺杆头部形状多样;物料熔融是一个稳态的连续过程;注射螺杆：预塑化、注射;均化段槽深h3深、长径比L/D小、压缩比ε小;加料段L1长,均化段长L3短;平动＋转动前移＋注射;螺杆头部为尖锥形;物料熔融是一个非稳态的间歇过程;3．请从加热效率出发,分析柱塞式注射机上必须使用分流梭的原因;答：使用分流梭加快了热传导,有利于减少或避免塑料过热而引起的热分解现象;塑料熔体分流后,在分流梭与料筒间隙中流速增加,剪切速度增大,从而产生较大的摩擦热,料温升高,黏度下降,是塑料得到进一步的混合塑化,有效提高注塞式注射机的生产量及制品质量;4．注射机的喷嘴有哪几种类型各适合何种聚合物材料的注射成型5．以柱塞式注射机成型聚丙烯制品时,注射机料筒的加热效率为,如果聚丙烯预热温度50℃,注射料温230℃,注射机的料筒最高温度应控制几度答：,T0＝50℃,T=230,E＝,代入得Tw＝275℃00WTTETT=6．试分析注射成型中物料温度和注射压力之间的关系,并绘制成型区域示意图;答：注射压力与料温是相互制约的,料温高时,注射压力减小；反之,所需注射压力加大;7．保压在热塑性塑料注射成型过程中的作用是什么保压应有多少时间何谓凝封答：当注射成型塑料熔体充满模腔后,模具中熔体冷却收缩,继续保持施压状态的柱塞或螺杆,迫使浇口和喷嘴附近的熔体不断补充入模中补塑,使模腔中的塑料能形成形状完整而致密的制品压实；保压适当的时间,可防止螺杆或柱塞退还时,因模具主流道处塑料尚未冷却凝固而发生模内熔融塑料倒流现象防倒流;保压时间一般约20-100s,大型和厚制品可达2-5min;塑料注射充模保压时,浇注系统的熔体先行冷却硬化的现象叫“凝封”,凝封可防止模腔内尚未冷却的熔体向喷嘴方向倒流;9．聚丙烯和聚苯乙烯注射成型时,考虑到产品的性能和生产效率,它们的模具温度应分别控制在哪个温度范围最适宜为什么PP：Tg＝－10℃左右,PS：Tg＝80℃左右答：聚丙烯的结晶能力较强,提高模具温度有助于改善熔体在模内的流动性,减小内应力和分子的定向作用,增强制件的密度和结晶度甚至能够提前脱模；但制件的冷却时间、收缩率和脱模后的翘曲变形将增大;制品结晶度的增加,制件的表面粗糙度值也会随之减小;综合考虑PP模具温度Tc>Tg,生产上常用温度为40-90℃无定形塑料注射充模后无相转变,故模温高低主要影响充模时间长短,较低的模温,冷却快,生产效率提高;PS熔融黏度较低,采用偏低的模温TcTⅡ>TⅠ;VⅢ≧VⅣ>VⅡ>VⅠ第Ⅲ辊筒为主辊筒速比为1：－1：4．何谓压延效应产生的原因及减小的方法是什么压延成型过程中,黏流态塑料在通过压延辊筒间隙时,线形大分子沿着压延方向作定向排列;出现制品的各向异性,制品的纵向和横向的物理机械性能不同,这种现象在压延成型中称为压延效应;↑温度；↓速度及速比；辊距↑；尽量不使用各向异性的配合剂、改变喂料方向和提高物料的塑性,压延后缓慢冷却,可降低压延效应;第十章习题与思考题2．根据型坯生产特征,中空吹塑成型可分为哪两大类型请用框图表示这两种成型方法的工艺过程;答：注坯吹塑、挤坯吹塑注坯吹塑：型坯注射成型→脱注射模→型坯加热→移入吹塑模→型坯拉伸→移入吹塑模→吹胀→冷却定型→脱模挤坯吹塑：型坯挤出→型坯垂挂直接入吹塑模→合模切断吹胀成型→保压冷却→开模脱出3．用平挤逐次双向拉伸法成型PP薄膜时,挤出的厚片为何要急冷冷却后的厚片在拉伸前为什么又要预热答：PP此类含有晶相的聚合物在拉伸过程中不容易使其定向程度提高,因此要保证其是无定形的,工艺上为达到这一要求,对PP结晶性聚合物采取方法是挤出后的熔融态厚片实行急冷,控制其结晶度在5%以下;预热作用是将急冷的厚片重新拉伸到所需温度,以便二次成型;