化工热力学答案-冯新-宣爱国-课后总习题答案详解

- 1 -第 1 页 2018-6-4- 2 -第 2 页 2018-6-4塑料成型工艺与模具设计习题绪论1. 填空2. 按成型过程中物理状态不同分类，可分为压缩模、压注模、注射模、挤出机头；气动成型。3. 塑料中必要和主要成分是树脂，现在制造合成树脂的原料主要来自于石油。问答1. 什么是模具？什么是塑料模具？模具具备什么特点？答：模具是指利用其本身特定形状去成型具有一定形状和尺寸的制品的工具。塑料模具是指利用其本身特定密闭腔体去成型具有一定形状和尺寸的立体形状塑料制品的工具。模具的特点是：（1）模具：是一种工具（2）模具与塑件：“一模一样” ；（3）订货合同：单件生产（4）模具生产制件所具备的高精度、高复杂程度、高一致性、高生产率和低消耗，是其他加工制造方法所不能比拟的。2. 塑料工业体系由哪两大部分组成？答：塑料工业体系由塑料生产、塑料制件生产两大部分组成。它们分别为塑料生产即塑料原料和半成品的生产和塑料制件生产，即利用各种成型手段将塑料加工成制品。3. 塑料模塑成型及模具技术的发展动向？（1）塑料成型技术的发展塑料成型理论的进展(各种流变行为的研究)塑料成型方法的革新(针对新型塑料和具有特殊要求的塑件 )制品的精密化、微型化和超大型化（2）产品市场的发展（3）塑料模具发展趋势（大型化 、高精度、多功能复合模、热流道模具）第 0 章 高分子聚合物结构特点与性能填空1. 塑料中必要和主要成分是树脂，现在制造合成树脂的原料主要来自于石油。2. 塑料一般是由树脂和添加剂组成。3. 制备合成树脂的方法有聚合反应和缩聚反应两种。4. 高聚物中大分子链的空间结构有线型、直链状线型及体型三种形式。- 3 -第 3 页 2018-6-45. 从成型工艺出发，欲获得理想的粘度，主要取决于对温度、剪切速率和压力这三个条件的合理选择和控制。6. 料流方向取决于料流进入型腔的位置，故在型腔一定时影响分子取向方向的因素是浇口位置。7. 牛顿型流体包括粘性流体、粘弹性流体和时间依赖性流体。8. 受温度的影响，低分子化合物存在三种物理状态：固态、液态、气态。9. 非结晶型聚合物在温度变化过程中出现的三种物理状态有玻璃态、高弹态、粘流态。10. 结晶聚合物只有玻璃态、粘流态两种物理状态。11. 随受力方式不同，应力有三种类型：剪切应力、拉伸应力、压缩应力。12. 分子取向会导致塑件力学性能的各向异性，顺着分子取向的方向上的机械强度总是大于其垂直方向上的机械强度。13. 内应力易导致制品开裂和翘曲、弯曲、扭曲、等变形，使不能获得合格制品。14. 产生内应力的个重要因素是注射及补料时的剪切应力。判断1. 热塑性塑料的脆化温度就是玻璃化温度。（）2. 绝大多数塑料熔体素属于假塑性流体。（）3. 剪切应力对塑料的成型最为重要。（）4. 对结晶性塑料，一般只达到一定程度的结晶结晶度大，强度、硬度、耐磨性、耐化学性和电性能好；结晶度小，则塑性、柔软性、透明性、仲长率和冲击强度大，因此可通（）5. 分子取向程度与塑料制品的厚度大小无关。（）6. 结晶型塑料比无定型塑料的收缩率小，增加塑料比未增加塑料的收缩率大。（）7. 塑料的粘度低则流动性强，制品容易成型。（）8. 塑料所受剪切应力作用随着注射压力下降而增强。（）9. 结晶的外因条件是指熔体在成型过程中的冷却速率快慢。（）10. 为防止注射时产生熔体破裂，对熔体指数高的塑料，可采取增大喷嘴、流道和浇口截面等措施，以减少压力和注射速度。（）11. 注射及补料时的剪切应力是产生内应力的一个重要因素。（）热塑性塑料的模压成型同样存在固态变为粘流态而充满型腔、进行交联反应后再变为固态的过程。（）12. 对于热敏性塑料，为了防止成型过程中出现分解，一方面可在塑料中加热稳定剂，另一方面可控制成型温度和加工周期。（）13. 塑件的退火处理温度一般控制在相变温度以上 1020或低于热变形温度 1020。（）14. 调湿处理主要用于聚甲醛类制品。（）问答1. 高分子聚合物链结构有哪些特点？根据链结构的不同，高分子聚合物可以分几类？答：高分子聚合物是以分子较小的有机分子，通过一定条件聚合成一个个大分子链结构。其特点是高分子含有原子很多，相对分子质量很高、分子很长的巨型分子。聚物中大分子链的空间构型有三种类型，线型、支链状线型及体型。线型聚合物 热塑性塑料为多，具有一定弹性；塑性好。易于熔胀、溶解。成型时仅有物理变化，可以反复成型。体性聚合- 4 -第 4 页 2018-6-4物 热固性塑料为多，脆性大、弹性好，不易于熔胀、溶解。成型时不仅有物理变化，同时伴有化学变化。不可以反复成型。2. 根据聚集态结构的不同，高分子聚合物可以分成哪几类？试阐述其结构特点和性能特点。答：分为结晶型和无定型两类。结晶型聚合物的分子与分子之间主要为有序排列。由“晶区”和“非晶区”组成，晶区所占的质量百分数称为结晶度。结晶后其硬度、强度、刚度、耐磨性提高，而弹性、伸长率、冲击强度降低。聚合物的分子与分子之间无序排列结构。当然也存在“远程无序，近程有序”现象，体型聚合物由于分子链间存在大量交联分子链难以有序排列，所以绝大部分是无定型聚合物。3. 在线型非晶体态（无定形）聚合物的热力学曲线上，可以分为哪三种力学状态区域？温度点各表征什么意义？答：在线型非晶体态（无定形）聚合物的热力学曲线上，可以分为玻璃态、高弹态、粘流态。b 称为脆化温度，它是塑料使用的下限温度。g 称为玻璃化温度，玻璃态和高弹态之间的转变称为玻璃化转变，对应的转变温度即玻璃态温度。f 称为粘流温度，高弹态与粘流态之间的转变温度称为粘流温度。d 称为热分解温度，它是塑料使用的上限温度。4. 影响假塑性液体流变性的主要因素有哪些？如何影响？答：影响假塑性液体流变性的主要因素有以下三个方面（1）聚合物本身的影响。支链程度越高， 则熔体的流动性就月低。（2）聚合物中添加剂的影响。当聚合物中加入这些添加剂后，聚合大分子间的作用力会发生很大变化，熔体的粘度也随之改变。（3）温度及压力对聚合物熔体粘流度的影响。一般而言， 温度升高，大分子间的 自由空间随之增大，分子间作用力减小，分子运动变得容易，从而有利于大分子的流动与变形，宏观上表现粘度下降。5. 什么是结晶型聚合物？结晶型聚合物与非结晶型相比较，其性能特点有什么特点？答：结晶态聚合物是指，在高聚物微观结构中存在一些具有稳定规整排列的分子的区域，这些分子有规则紧密排列的区域称为结晶区，存在结晶区的高聚物称为结晶态高聚物。这种又结晶而导致的规整而紧密的微观结构还可以使聚合物的拉伸强度增大，冲击强度降低，弹性模量变小，同时结晶还有助于提高聚合物的软化温度和热变形温度，使成型的塑件脆性增大，表面粗糙度增大，而且还会导致塑件的透明度降低甚至消失。6. 什么是聚合物的取向？聚合物的取向对其成型物的性能有什么影响？答：当线型高分子受到外力而充分伸展的时候，其长度远远超过其宽度，这种结构上的不对称性，使题目在某些情况下很容易烟某特定的方向做占优势的平行排列，这种现象称为取向聚合物取向的结果是导致高分子材料的力学性能，光学性质以及热性能等方面发生了显著的变化。在力学性能中，抗张强度和挠曲疲劳强度在取向方向上显著增加，而与取向方向垂直的方向上则显著降低，同时，冲击强度、断裂伸长率也发生相应的变化，聚合物的光学性质也将呈现各向异性。7. 什么是聚合物的降解？如何避免聚合物的降解？答：降解是指聚合物在某些特定条件下发生的大分子链断裂，侧基的改变、分子链结构的改变及相对分子质量降低等高聚物微观分子结构的化学变化。为了避免聚合物的降解可以采取以下措施：（1）改善塑件的加工工艺- 5 -第 5 页 2018-6-4（2）采取烘干措施，减少原材料中的水分。（3）增加助剂（即添加添加剂）（4）提高原材料的纯度第 1 章 塑料的组成与工艺特征填空1. 塑料的主要成份有树脂、填充剂、增塑剂、着色剂、润滑剂、稳定剂。2. 根据塑料成型需要，工业上用成型的塑料有粉料、粒料、溶液和分散体等物料。3. 热固性塑料的工艺性能有：收缩性、流动性、压缩率、水分与挥化物含量、固化特性。4. 热塑性塑料的工艺性能有：收缩性、塑料状态与加工性、粘度性与流动性、吸水性、结晶性、热敏性、应力开裂、熔体破裂。5. 塑料按合成树脂的分子结构及热性能可分为热塑性塑料和热固性塑料两种。6. 塑料按性能及用途可分为通用塑料、工程塑料、增强塑料。7. 塑料的使用性能包括：物理性能、化学性能、力学性能、热性能、电性能等。8. 塑料的填充剂有无机填充剂和有机填充剂，其形状有粉状纤维状和片状等。9. 塑料的性能包括使用性能和工艺性能，使用性能体塑料的使用价值;工艺性能体现了塑料的成型特性。10. 塑料中的添加剂之一的稳定剂按其作用分为热稳定剂、光稳定剂和抗氧化剂。11. 塑料中加入添加剂的目的是改变塑料的使用性能、成型加工性和降低成本。12. 润滑剂的作用是易成型流动与脱模。13. 塑料主要性能优点包括质轻、绝缘、耐磨、耐腐蚀。14. 常用热塑性塑料有聚乙烯、ABS 和聚氯乙烯；常用热固性塑料有酚醛塑料、氯基塑料和环氧树脂等。15. 收缩率的影响因素有压力、温度和时间。16. 塑料在一定温度与压力下充满型腔的能力称为流动性。17. 根据塑料的特性和使用要求，塑件需进行后处理，常进行退火和调湿处理。判断1. 根据塑料的成份不同可以分为简单组分和多组分塑料。单组分塑料基本上是树脂为主，加入少量填加剂而成。（）2. 填充剂是塑料中必不可少的成分。 （）3. 在塑料中加入能与树脂相容的高沸点液态或低熔点固态的有机化合物，可以增加塑料的塑性、流动性和柔韧性，并且可改善成型性能，降低脆性。 （）问答- 6 -第 6 页 2018-6-41. 什么是塑料？答：塑料是以合成高聚物为主要成分。它在一定的温度和压力下具有可塑性，能够流动变形，其被塑造成制品之后，在一定的使用环境条件之下，能保持形状、尺寸不变，并满足一定的使用性能要求。2. 塑料一般由那几部分组成？各起什么作用？答：塑料是一种以合成树脂（高分子聚合物）为基体的固体材料，除了合成树脂以外，还应该含有某些特定功能的添加剂。合成树脂是塑料的基材，对塑料的物理化学性能起着决定作用。各种塑料添加剂的作用如下：增塑剂：削弱聚合物分子间的作用力。填料：（1）增加容量，降低塑料成本。（2）改善塑料的性能。稳定剂：提高树脂在热、光和霉菌等外界因素作用时的稳定性。润滑剂：改进高聚物的流动性、减少摩擦、降低界面粘附。着色剂：使塑料制件具有各种颜色。3. 增塑剂的作用是什么？答：在树脂中加入增塑剂后，加大了分子间的距离，削弱了大分子间的作用力。这样便使树脂分子容易滑移，从而使塑料能在较低温度下具有良好的可塑性和柔软性。增塑剂的加入虽然可以改善塑料的工艺性能和使用性能，但也使树脂的某些性能降低了，如硬度、抗拉强度等。4. 润滑剂的作用是什么？答：易于成型流动与脱模。5. 试述稳定剂的作用与种类？答：能抑制和防止塑料在加工成型或使用过程中，因受热、光、氧等作用而产生降解、交链等现象而致使塑料性能遭到破坏，使塑料的性能稳定。稳定剂有：光稳定剂、热稳定剂和抗氧剂等。6. 填充剂的作用有哪些？答：起降低产品成本、改善塑料性能和增强的作用。7. 塑料是如何进行分类的？热塑性塑料和热固性塑料有什么区别？答：最常用的塑料分类方法是按照塑料树脂的大分子类型和特性将塑料分为热塑性塑料和热固性塑料两大类。热塑性塑料主要由合成树脂（分子为线型或者带有支链的线型结构）制成，其成型过程是物理变化。热塑性塑料受热可以软化或熔融，成型加工后冷却固化，再加热仍然可以软化，可以回收利用。热固性塑料主要是以缩聚树脂（分子为立体网状结构）为主，加入各种助剂制成，但是它的成型过程不仅是物理变化，更主要的是化学变化。热固性塑料成型加工时也可以受热软化或熔融，但是一旦成型固化后便不再能够软化，也不可以回收利用。8. 热塑性塑料受热后表现出哪三种常见的物理状态？分别可以进行何种成型加工？答：热塑性塑料受热后表现的三种物理状态如下所示。玻璃态：在这种状态下，可进行车、铣、钻等切削加工；不易进行大变形量的加工。高弹态：在这种状态下，可进行中空吹塑成型、真空成型、压延成型等。粘流态：塑料在这种状态下的变形不具可逆性质。一经成型和冷却后，其形状永远保持下来。在这种状态下可进注射、挤出，压缩、压注等成型加工。9. 在塑料成型中收善流动性的办法有哪些？答：在塑料成型中改善流动性的方法有提高料温；增大注射压力；降低熔料的流动- 7 -第 7 页 2018-6-4阻力；合理地设计浇注系统的形式、尺寸、位置、型腔表面粗糙度、浇道截面厚度、型腔形式、排气系统和冷却系统。10. 什么是塑料的流动性？影响塑料流动性的基本因素有哪些？答：塑料熔体在一定的温度、压力下填充模具型腔的能力称为塑料的流动性。影响塑料流动性的因素主要有以下几方面。物料温度。注射压力。模具结构。1. 什么是塑料的计算收缩率？影响流动性的因素有哪些？答：计算收缩率是指成型塑件从塑料模具性腔在常温时的尺寸到常温时的尺寸之间实际发生的收缩百分数，常用于小型模具及普通模具成型塑件尺寸的计算。影响塑料收缩率的因素主要有塑料品种、成型特征、成型条件及模具结构（浇口的形式，尺寸及其位置）等。11. 什么是热固性塑料的固化特性，与哪些因素有关？答：固化特性是热固性塑料特有的性能，是指热固性塑料成型时完成交联反应的过程。固化速度不仅与塑料品种有关，而且与塑件形状、壁厚、模具温度和成型工艺条件有关，采用预压的锭料、预热、提高成型温度、增加加压时间都能加快固化速度。此外，固化速度还应适应成型方法的要求。12. 聚苯乙烯有哪些性能？应用有哪些方面？答：聚苯乙烯的主要性能有以下几方面。是目前最理想的高频绝缘材料。它的化学稳定性良好。它的耐热性低。只能在不高的温度下使用，质地硬而脆。塑件由于内应力而易开裂。聚苯乙烯有哪些性能？应用有哪些方面？13. ABC 有哪些性能？应用有哪些方面？答：ABS 具有如下性能。良好的表面硬度、耐热性及耐化学腐蚀性。坚韧。有优良的成型加工性和着色性能 o热变形温度比聚苯乙烯、聚氯乙烯、尼龙等高，尺寸稳定性较好，具有一定的化学稳定性和良好的介电性能。其缺点是耐热性、耐气候性差。ABS 的应用很广。在机械工业上用来制造齿轮、叶轮、轴承、把手、管道、电机外壳、仪表壳、仪表盘、水箱外壳、蓄电池槽、冷藏库和冰箱衬里等；汽车工业上用 ABS 制造汽车挡泥板、扶手、热空气调节导管、加热器等，还可用 ABS 夹层板制小轿车车身；ABS 还可用来制作水表壳、纺织器材、电器零件、文教体育用品、玩具、电子琴及收录机壳体、食品包装容器、农药喷雾器及家具等。- 8 -第 8 页 2018-6-4第 2 章 塑料成型工艺及塑料制件的结构工艺性填空1. 注射模塑工艺包括成型前的准备、注射、后处理等工作。2. 注射模塑过程需要需要控制的压力有塑化压力和注射压力。3. 注射时，模具型腔充满之后，需要一定的保压时间。4. 产生内应力的一个重要因素是注射及补料时的剪切应力。5. 根据塑料的特性和使用要求，塑件需进行后处理，常进行退火和调试处理。6. 内应力易导致制品开裂和翘曲、弯曲、扭曲等变形，使不能获得合格制品。7. 塑料在一定温度与压力下充满型腔的能力称为流动性。8. 在注射成型中应控制合理的温度，即控制料筒、喷嘴和模具温度。9. 制品脱模后在推杆顶出位置和制品的相应外表面上辉出现发白现象，此称为应力发白。10. 注射成型是熔体充型与冷却过程可分为充模、压实、倒流和冻结冷却四个阶段。11. 注射模塑成型完整的注射过程包括加料、塑化、注射、保压、冷却和脱模。12. 注射模塑工艺的条件是压力、温度和时间。13. 注塑机在注射成型前，当注塑机料筒中残存塑料与将要使用的塑料不同或颜色不同时，要进行清洗料筒。清洗的方法有换料清洗和清洗剂清洗。备上的安装方式为移动式模具、固定式模具、半固定式模具；按型腔数目分为单型腔模具、多型腔模具。14. 塑件的形状应利于其脱出模具，塑件测向应尽量避免设置凹凸结构或侧孔。15. 多数塑料的弹性模量和强度较低，受力时容易变形和破坏。16. 设计底部的加强筋的高度应至少低于支撑面 0.5mm。17. 塑料制品的总体尺寸主要受到塑料流动性的限制。18. 在表面质量要求中，除了表面粗糙度的要求外，对于表面光泽性、色彩均匀性、云纹、冷疤、表面缩陷程度、熔结痕、毛刺、拼接缝及推杆痕迹等缺陷均应提出明确的要求。判断1. 注射模塑成型时，注射压力应从较低的注射压力开始，再根据塑件质量，然后酌量增减，最后确定注射压力的合理值。 ()2. 在注射成型前，如果注射机料筒中原来残存的塑料与将要使用的塑料有不同或颜色不一致时，可采用对空注射的换料清洗。此时，只需对两种不同塑料加热熔化即可进行对空注射，以达到换料清洗。 ()3. 在注射成型中需要控制的温度有料筒温度、喷嘴温度和模具温度。 ()4. 选择料筒和喷嘴温度考虑的因素有很多，应结合实际条件初步确定适当的温度，然后对塑件进行直观地分析，并检查熔体的对空注射情况，进而对料筒和喷嘴温度进行调整。 ()5. 注射及补料时的剪切应力是产生内应力的一个重要因素。 ()- 9 -第 9 页 2018-6-46. 注射模塑时的塑化压力是指螺杆顶部熔体在螺杆转动后退时所受的压力，它可以通过螺杆转速来调整。 ()7. 塑料收缩率大、塑件壁厚大则脱模斜度大。（）8. 不同的热固性塑料流动性不同，同一种塑料流动性是一定的。 （）9. 调湿处理主要用于聚甲醛类制品。（）10. 加强筋的侧壁必须有足够的斜度，筋的根部应呈圆弧过渡（）11. 加强筋的筋与筋之间的间隔距离应小于塑件壁厚。（）12. 塑件内表面的脱模斜度小于外表面的脱模斜度。（）13. 同一塑件的壁厚应尽量一致。（）14. 压注模、压缩模只适用于成型热固性塑料。（）15. 移动式模具没有必要具备轻型易搬的特点。（）16. 注射及补料时的剪切应力是产生内应力的一个重要因素。（）问答2. 阐述螺杆式注射机注射成型原理。答：螺杆式注射机注射成型原理如下：颗粒状或粉状塑料经料斗加入到外部安装有电加热圈的料筒内，颗粒状或粉状的塑料在螺杆的作用下边塑料化边向前移动，欲塑着的塑料在转动螺杆作用下通过其螺旋槽输送至料筒前端的喷嘴附近；螺杆的转动使塑料进一步塑化，料温在剪切摩檫热的作用下进一步提高，塑料得以均匀塑化。当料筒前端积聚的熔料对螺杆产生一定的压力时，螺杆就在运动中后退，直至与调整好的行程开关相接触，具有模具一次注射量的塑料欲塑和储料（即料筒前部熔融塑料的储量）结束；接着注射液压缸开始工作，与液压缸活塞相连接的螺杆以一定的速度和压力将溶料通过料筒前端的喷嘴注入温度较低的闭合模具型腔中；保压一定时间，经冷却固化后即可保持模具型腔所赋予的形状；然后开模分型，在推出机构的作用下，将注射成型制件推出型腔。3. 叙述注射成型的工艺过程答：注射成型工艺过程包括成型前的准备，注射过程和塑件的后处理三部分。（1）成型前的准备：原料外观的检查和工艺性能测定；原材料的染色及对料粉的造粒；对易吸湿的塑料进行充分的预热和干燥，防止产生斑纹、气泡和降解等缺陷；生产中需要改变产品、更换原料、调换颜色或发现塑料中有分解现象时的料筒清洗；对带有嵌件塑料制件的嵌加进行预热及对脱模困难的塑料制件选择脱模剂等。（2）注射过程：加料、塑化、注射、冷却和脱模。注射过程又分为充模、保压、倒流、交口冻结后的冷却和脱模。（3）塑件的后处理：退火处理、调湿处理。4. 注射成型工艺参数中的温度控制包括哪些内容发？如何加以控制？答：注射成型工艺参数中的温度控制包括料筒温度、喷嘴温度和模具温度。料筒温度分布一般采用前高后低的原则，即料筒的加料口（后段）处温度最低，喷嘴处的温度最高。料筒后段温度应比中段、前段温度低 510C。 对于吸湿性偏高的塑料，料筒后段温度偏高一些；对于螺杆式注射机，料筒前段温度略低于中段。螺杆式注射机料筒温度比柱塞式注射机料筒温度低 1020C。5. 喷嘴温度一般略低于料筒的最高温度模具温度一般低于粘流态而高于玻璃态，决定于分子的结构特点、塑件的结构及性能要求和其他成型工艺条件（熔体温度、注射温度、注射压力和模塑周期）。在满足要求的情况下，采用尽可能低的模具温度。- 10 -第 10 页 2018-6-46. 注射成型工艺过程中的压力包括哪两部分？一般选取的范围是什么答：注射成型工艺过程中的压力包括塑化压力、注射压力。塑化压力一般选 620Mpa；注射压力一般在 40130Mpa。7