高分子材料成型加工复习要点总结

高分子化合物:是一种树脂或橡胶和添加剂组成的物质。高分子材料:是将高分子化合物经过工程技术处理后得到的。高分子材料再经过成型加工，才能进入使用领域，成为高分子制品或成品。塑料：是以树脂为主要成分，一般含有添加剂、在加工过程中能流动成型的材料。密度小、比强度大、耐腐蚀性和绝缘性能。橡胶：独特的高弹性，优异的疲劳强度，极好的电绝缘姓与耐磨性。纤维：工业上是指柔韧、纤细的丝状物。它有相当的长度、强度和弹性。高分子材料成型加工特性可挤压性是指聚合物通过挤压作用形变时获得形状和保持形状的能力；可模塑性是指材料在温度和压力作用下形变和在模具中模塑成型的能力；可延性示无定形或半结晶固体塑料在一个或两个方向上受到压延或拉伸应力时变形的能力；可纺性材料通过成型而形成连续固态纤维的能力。入口压力降产生原因有哪些？①物料进入口模时,熔体在入口处产生收敛引起能量损失。②入口处熔体产生弹性变形,因弹性能的存储造成能量损失。③熔体流经入口处时,剪切速率剧增引起速度的激烈变化,为达到稳定流速分布产生了压力降。聚合物结晶度大，制品的密度就大，制品成型收缩率大,刚度大，大多数力学性能较高，但伸长率和冲击强度下降。混合通过各组分的物理运动（扩散）完成，基本运动形式：分子扩散，涡流扩散和体积扩散。分散混合设备主要通过向物料施加剪切力，挤压力而达到分散目的，以物料所受剪切力的大小或剪切变形程度来决定设备混合强度的高低。热固性模塑料的成型工艺性能（压制成型）流动性，固化速率，成型收缩率（高温模压后，脱模冷却至室温，各项尺寸会发生收缩，压缩率：体积变化大，表观相对密度与制品相对密度的比值，（通常降低压缩率的方法是模压成型前对物料进行预压）压缩成型过程：嵌件，加料嵌模排气固化脱模。传递模塑形式及设备①罐式传递模塑②柱塞式传递模塑③杆式传递模塑热固性塑料制品收缩的因素:①成型过程中发生了化学交联，密度变大，产生收缩，②由于塑料和金属的热膨胀系数相差很大，故冷却后塑料的收缩比金属模具大得多③制品脱模后由于压力下降有弹性回复和塑性变形产生使制品的体积发生变化挤出成型的原理：使高聚合物的熔体在挤出机的螺杆或柱塞的挤压作用下通过一定形状口模而成为具有恒定截面的连续制品的挤出成型工艺流程①塑化使塑料粒子由粒状转变成粘流态物质（干法塑化）②成型③定型（定径处理冷却处理）聚合物熔体在挤出机均化段的流动形式：正流、逆流、漏流和横流。注塑机有几种类型，包括哪些组成部分。按传动方式：机械式注塑机、液压式注塑机、机械液压式注塑机按操纵方式：手动注塑机、半自动注塑机、全自动注塑按塑化方式：柱塞式注塑机、预塑式注塑机、橡胶注塑机组成部分：注射装置、合模装置、液压电气控制系统注射前准备①对原料进行的预处理②清洗料筒③预热嵌件④脱模剂的选择。注射过程①加料②塑化③注射④脱模。注件的后处理：退火处理：使强迫冻结的分子链得到松他，凝固的大分子链段转向无规位置，从而消除这一部分的内应力。提高结晶度，稳定结晶结构，从而提高结晶塑料制品的弹性模量和硬度，降低断裂伸长率。调湿处理：为了在较短的时间内稳定的尺寸。同时还可以加快达到吸湿平衡，从而改善制件的柔曲性和韧性，使它的冲击强度和拉伸强度均有提高。●根据塑料熔体进入模腔孔后变化情况注射细分为冲模，保压补缩，倒流和浇口冻结后的冷却●脱模时塑件要有足够的刚度，不致产生翘曲或变形气体辅助注射成型方法①标准成型法②副腔成型法③熔体回流法④活动型芯法优点①注射应力低2制品翘曲变形小②表面质量提高③可成型壁厚差异较大的制品④制品的刚度和强度提高⑤可通过气体的穿透使制品中空，减少质量，缩短成品周期。螺杆压缩比：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，表示塑料通过螺杆的全过程被压缩的程度。机头压缩比：表示粘流态塑料被压缩的程度，是分流器支架出口处流道环形面积与口模及管芯之间的环形截面积之比。螺杆的背压：即塑化压力，指在移动螺杆式注射机成型过程中，预塑化时，塑料随螺杆旋转经螺槽向前输送并熔融塑化，塑化后堆积在料筒的前部，螺杆端部的塑料熔体就产生一定的压力。影响压延表面质量的因素①原材料因素②压延工艺条件③冷却定型。制品厚度的因素：滚筒的弹性变形，滚筒表面存在温差。冷压烧结成型：是将一定量的成型物料（如聚四氟乙烯悬浮树脂粉料）加入常温的模具中，在高压下压制成密实的型坯（又称锭料、冷坯或毛坯），然后送至高温炉中进行烧结一定时间，从烧结炉中取出经冷却后即成为制品的塑料成型技术。·第四章流变学举例高聚物熔体粘弹性行为的表现。端末效应和不稳定流动。端末效应包括入口效应和离模膨胀。离膜膨胀产生的原因：取向效应：熔体流动期间处于高剪切场内，大分子在流动方向取向，模口处发生解取向；弹性变形效应：当从大直径料筒进入小直径模口时产生了弹性变形，在离开模口时弹性变形恢复；正应力效应：由于粘弹性流体的剪切变形，在垂直于剪切方向上引起了正应力的作用。影响因素：①黏度大和非牛顿性强的聚合物熔体在流动过程中易产生较大的弹性变形，离模膨胀严重。②弹性模量大的聚合物弹性变形小,离膜膨胀小。③增大切应力和剪切速率时，聚合物熔体弹性变形随着增加，离模膨胀加剧。④在中等剪切速率范围内，降低温度不仅会增大入口效应和延长松弛时间，因而加剧离模膨胀,但当剪切速率超过极限剪切速率后，离模膨胀反而会随剪切速率增大而减小。⑤增大流道直径和流道的长径比，以及减小流道入口处的收敛角，都能减小弹性变形，从而减轻离模膨聚合物熔体在剪切流动过程中有哪些弹性表现形式?可采取哪些措施以减少弹性表现对制品质量的不良影响?是端末效应（入口效应、离模膨胀）和不稳定流动（不稳定流动即可由于熔体弹性回复的差异产生熔体破碎现象）。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。试述温度对聚合物熔体粘度的影响黏度随温度的升高呈指数函数方式降低，分子间作用力减弱。活化能：克服分子间作用力，更换位置所需的能量，其越大，黏度对温度越敏感。●第五章高分子材料的混合与制备什么叫塑料的混合和塑化，其主要区别在哪里？塑料的混合：物料的初混和，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。混合后，物理和化学性质无变化。只是增加各部分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，在高于流动温度和较强烈的剪切速率下进行。混合后，物理和化学性质有变化，塑化的目的是使物料熔融，驱出其中的水份和发挥物。使各组分的分散更趋均匀，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。塑料的塑化与橡胶的塑炼二者的目的和原理有何异同？相同：两者都是为了获得加工工艺要求的可塑性的，各组分分散更均匀的物料。异：塑炼的实质是橡胶分子链断裂，相对分子质量降低，从而使橡胶弹性下降，塑化是在温度和剪切力作用下熔融，获得剪切混和作用，驱除其中水分和挥发物的过程。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？如何提高塑炼效果？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，以便得到治疗均匀的胶料。措施：在机械塑炼的同时加入化学塑解剂，控制胶料温度。塑料的塑炼：再混合，是高一级的混合。在高于流动温度和较强烈的剪切速率下进行。混合后，物理和化学性质有所变化。目的是使物料在一定温度和剪切力下熔融，驱出其中的水份和发挥物。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。措施：放慢速度，提高温度。间歇式混合设备过程主要有三个步骤：投料，混炼，卸料，此过程结束后，再重新投料，混炼，卸料，周而复始①Z型捏合机：物料初混装置，固态和固液物料，②高速混合机：固态和固液物料更适用于配置粉料。该机主要由附有加热或冷却夹套的圆筒形混合室和一个装在混合室内底部的高速转动叶轮所组成。③开炼机：开炼机又称双辊塑炼机或炼胶机。它是通过两个转动辊将物料混合或使物料达到规定状态。④密炼机：即是密闭式塑炼机或炼胶机，是在开炼机基础上发展连续混合设备：①单螺杆挤出机：单螺杆挤出机是聚合物加工中应用最广泛的设备之一，主要用来挤出造粒，成型板，管，丝，膜，中空制品，异型机等，也用来完成某些混合任务。②双螺杆挤出机：极为有效的混合设备，可用作粉状PVC料的熔融混合，填充改性，纤维增强改性，共混改性以及反应性挤出等。③行星螺杆挤出机：是一种应用越来越广泛的混炼机械，特别食欲加工聚氯乙烯，如作为压延机的供料装置，其具有混炼和塑化双重作用。④FCM连续混炼机：既保持了密炼机的优异混合特性，又使其转变为连续工作。其万能性较好，可在很宽的范围内完成混合任务，可用于各种类型的塑料和橡胶的混合。●第六章压制成型何谓热固性塑料的固化速度，试述其影响因素？是衡量热固性塑料成型时的化学反应速度，压制成标准是样式制品的物理机械性能达到最佳值所需要的时间与式样的厚度的比值来表示，此值越小，固化速度越大。由交联反应性质所决定，并受预压预热条件及成型温度和压力等工艺条件的影响试模温的高低对模压成型工艺的影响？模具温度，对塑料的熔融、流动和交联反应速度有决定性的影响。一定温度范围内，模温升高，流动性提高，冲模顺利，交联固化速度增加，模压周期缩短，生产效率高。过高的模压温度会使交联反应过早开始，固化速度太快，流动性下降，造成充模不全。由于塑料是热的不良导体，会造成模腔内物料内外层固化不一，内层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，但经过预热可选用较高模温。模压温度过低时，流动性差，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，由于固化不完全，表层承受不住内部低分子物挥发而产生的压力的缘故。预热温度对模压压力有何影响？为什么？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，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，可使用较低的模压压力。施加模压压力的作用？使塑料熔体流动充满模具型腔，将其压实，增大塑件致密度，提高塑件的内在质量；克服在压缩成型过程中因发生固化反应释放出的小分子物质挥发、气体逸散以及塑料热膨胀等因素造成的负压力，使小分子物质及气体及时排出，以避免制品起泡和在其内部残存太多气孔，克服胀模力，使模具闭合，保证塑件具有稳定的尺寸、形状，减少飞边，防止变形哪些地方要求交联？交联能赋予高聚物制品哪些性能？①未硫化的橡胶Tg在室温以下，常温下发黏，强度很低，通过硫化(交联)，才能使用。②（酚醛树脂，氨基树脂，环氧树脂，不饱和树脂）具有活性官能团的低分子量的齐聚物，通过交联，才能充分发挥它们的特性。③（聚乙烯，聚氯乙烯，聚氨酯）泡沫塑料生产中交联有助于提高泡孔壁的强度。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。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？（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，尚未开始交联，有良好的流动性。意义：焦烧期的长短决定了胶料的焦烧性及操作安全性。长短取决于配合剂的种类和数量。（2）欠硫期－预硫阶段，开始交联的阶段。随着交联反应的进行，交联程度逐渐增加，形成网状结构．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：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，是胶料的各项性能保持恒定或变化很少。意义：这个阶段橡胶的综合性能最好（硫化平坦期的宽窄取决于：配方、温度等）（4）过硫期－过硫阶段，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：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。●第七章挤出成型塑料薄膜生产工艺有哪几种方法，分析各种方法的工艺特点？有挤出吹塑，压延，流延，挤出拉幅以及使用狭缝机头直接挤出等方法，其中吹塑法比较经济和简便此法不但能成型薄到几丝的包装膜，还能成型厚达0.3mm的包装薄膜。压延成型适用于生产厚度0.05-0.5的软质PVC，主要用于农业工业包装，室内装饰，以及各种生活制品。流延法容易开车，废料少，得到的薄膜均匀，多用在光学性能高的场合，如电影胶片，安全玻璃的夹层。拉幅膜取向后的物理机械性能发生了变化，产生了各向异性，强度增加，主要用于工业上生产高强度膜。管材挤出的工艺过程是什么，挤出管材如何定径？过程：由挤出机匀化段出来的塑化均匀的材料先后经过滤网粗滤容器达到分流器，并为分流器支架分成若干直流，离开后再重新汇合起来，进入管芯口模间的环形通道，最后通过口模到挤出机外而形成管子，接着通过定径套定径和初步冷却，再冷却成具有一定直径的滚才，最后的牵引装置引出定规定的长度要求而切割成得到所需要的制品。若管材的尺寸要求高。宜采用定径法，外径定径是使基础的管子外壁与定径套内壁接触而起定径作用克用于管内通入压缩空气和内压法会在管子外壁抽空空气来实现定径，若对内径尺寸要求高，则采用内径定径法，是定径套装于挤出的塑料管内即从机头基础的管子内壁与定径套的外壁相接处，在内径套内通入冷水，将管子冷却定型热固性塑料挤出与热塑性塑料挤出：热固：是不可逆变化，挤出模头后形状不会发生变化，采用特定的模头，不会受螺杆的脉动，牵引系统的变化，冷却的控制等问题的影响，稳定性好。受固化速度影响。热塑：生产效率高，可以生产相当均匀的制品。●第八章注射成型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。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。试述注射成型制品易产生内应力的原因及解决方法结晶性塑料注入模具后，将发生相转变，冷却速度将影响结晶速度，骤冷时，不利于大分子的松弛过程，分子取向作用和内应力较大。而无定形塑料注塑入模时，不发生相转变，内应力产生的几率较低，一般常发生在制作厚制品时。由于冲模和冷却时间均需要较长的时间，如果模温过低会造成制品内外冷却速度不均匀，使其内部形成真空泡或收缩，因而引起内应力。解决方法：由于结晶取向不同冷却速度不一，易造成应力集中制品质量不均匀，可采用热处理（退火）处理试分析注射成型中快速冲模和慢速冲模各有什么利弊？（充模速度）快速冲模，物料受剪切力增加，产生更多热量，T上升粘度下降，冲模压力变大冲模顺利，提高制品的熔接缝强度，生产周期变短。但速度过快物料为湍流，严重时引起喷射，卷入空气，可引起局部烧伤及分解，使制品不均匀，内应力加大表面常有裂纹，慢速冲模时，熔融以层流状态流动，顺利将型腔内的空气排出，制品质量均匀，但冲模过会慢使熔体在流道中冷却降温引起粘度升高，流动性下降，冲模不全，并有可能出现分层和结合不好的焊接痕，影响制品的强度和表面质量热固性塑料和橡胶的注射成型原理？热固性塑料：将颗粒或粉状树脂注射料加入料筒内,通过对料筒的外加热及螺杆旋转时注射料的摩擦热,对注射料进行加热,在温度不高的机筒内先进行预热塑化,使树脂发生物理变化和缓慢的化学变化而呈稠胶状,产生流动性,然后用螺杆或柱塞在强大压力下将稠胶状的熔融料通过料筒的喷嘴,注入模具的浇口、流道并充满型腔,在高温高压下,进行化学反应,经一段时间的保压后,固化成型,打开注射模,开模取出制品,即得固化塑料制品。热固性塑料注射成型是物理变化和化学变化的过程,并且是不可逆的。橡胶：一般经过预热，塑化，注射，保压，硫化，出模等几个过程，与塑料注射成型工艺相似。注射成型的原理是将粒状或粉末状塑料加入到柱设计的料筒，经加热融化呈流动状态，然后再注射机的柱塞或移动螺旋杆快速而又连续的压力下，从料筒前端的喷嘴中以很高的压力和很快的速度注入到闭合的模具内，充满型腔的熔体在受压的情况下经冷却（热塑性材料）或加热（热固性材料）固化后，开模得到的与模具型腔相应的制品注射成型具有优点对各种塑料的适应性强、应用广泛、成型周期短、生产效率高、制品精度高、生产条件较好、易于实现机械化和自动化生产能一次成型空间几何形状非常复杂、尺寸精确、带有金属或非金属嵌件的塑料制件。便于改善模具工作条件试问一旦在注射成型过程中（使用螺杆式注射机）发现未熔的颗粒料，将如何调整工艺参数以获得理想的制品？①提高料温，使其在粘流温度以上，分解温度一下。②适当提高背压，使物料受到剪切作用增强，从而熔体温度升高，塑化更加均匀。③适当提高注射压力，给予塑料熔体足够的充模速率，能对熔体进行压实●第九章压延成型何谓压延效应，产生的原因及减小的方法是什么？答：压延过程中，粘流态塑料在通过压延辊筒间隙时线型大分子沿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。方法是升高温度，降低速度及速比，增加辊距尽量不使用各向异性配合剂，改变方向和提高物料的塑性，压延后缓慢冷却，可降低压延效应用四辊压延机压延塑料薄膜时各辊的温度和转速应如何控制？为什么？压延成型所用热塑性塑料大多都有容易黏附高温、高转速辊筒的特点，为了使压延成型顺利进行，操作上应控制温度和转速，以四辊压延机为例：TⅢ≧TⅣ>TⅡ>TⅠ;VⅢ≧VⅣ>VⅡ>VⅠ(第Ⅲ辊筒为主辊筒)速比为1：1.05－1：1.25●第十章二次成型包括1中空吹塑2薄膜的双向拉伸3热成型4合成纤维的拉伸中空吹塑1.简述吹塑工艺过程。答：模具开启→注射横闭合及型坯注射c注射模开启；d）吹塑模闭合及型坯吹胀；e）开模、制品脱落热成型的定义。答：热成型是利用热塑性塑料的片材作为原料来制造塑料制品的一种方法，是塑料的二次成型。其他成型工艺1.铸塑成型有哪几种方式？答：有静态浇铸、嵌铸、离心浇铸、流延浇铸、搪塑、滚塑2.请分别写出以下制品最多可以用哪些成型加工方法来生产：答：线缆包覆层：挤出成型。沙滩鞋底：压延成型。注射成型橡胶的胎面：压出成型模型硫化。小型儿童玩具：热成型、注射成型、挤出成型、搪塑成型。尼龙薄膜：压延成型、挤出成型、吹塑成型。矿泉水瓶：注射成型、挤出成型。塑料水桶：注射成型。医用标本：嵌铸成型3.简述PTFE成型加工方法原理并说明如何调节其制品性能？答：原理：将一定量的PTFE加入常温的模具中，在高压下压制成密实的型坯，然后送至高温炉中进行烧结一定时间，从烧结炉中取出经冷却后即成为制品。措施：控制冷却速度，调整结晶程度