高分子成型工艺课后答案.ppt

第一章 高聚物加工流变学基础 习题课讲稿及参考答案 1假塑性流体和膨胀性流体的主要特点是什么？原因 何在？ （1）主要存在问题： . 两者的主要特点是一定温度下，表观黏度随剪切速率增大而降低（增大），其它几个特点都可归结到这方面。 . 对假塑性流体部分，只讲了熔体的原因，没有讲溶液或分散体的原因； . 对膨胀性流体部分，原因不具体，只讲了原有结构的破坏，新结构的形成，对所有体系都实用。 . 有的不完善，比如应在一定温度下等。原因太简单，只讲是高分子的长链性质。,（2）参考答案 假塑性流体主要特点是，在温度一定时，其表观黏度随剪切速率或剪切应力的增大而减小，即出现剪切变稀现象。 对高聚物熔体，应归因于大分子的长链性质。当剪切速率增大时，大分子逐渐从网络结构中解缠和滑移，熔体结构出现明显的改变，(高弹形变相对减小) ，分子间范德华力减弱，使流动阻力减小，熔体黏度随剪切速率增大而降低，所以增大剪切应力就使剪切速率迅速增大。 对具有假塑性行为的高聚物溶液或分散体系来说，增大剪切应力或剪切速率会迫使已渗入高聚物大分子线团或粒子内部的低分子物质（溶剂）从原来稳定体系中分离出来，从而导致体系的破坏，并使无规线团或粒子的尺寸缩小，因此液体的表观黏度减小。,膨胀性流体的主要特点：在一定温度下表观黏度随剪切速率增大而增大。主要原因是： 悬浮液在静止时，液体中的固体粒子处于很紧密的状态，粒子间空隙很小并充满了液体。（当剪切应力或剪切速率很低时，固体粒子在液体中的润滑作用下会产生滑动，并能大致保持原有紧密堆砌的情况下使整个悬浮液体沿受力方向移动，故悬浮液有恒定的表观黏度。） 当剪切应力或剪切速率较高时，随剪切速率的增大，粒子间碰撞机会较多，流动阻力增大；此外，粒子也不能再保持静止时的紧密堆砌，粒子间空隙增大，悬浮液的总体积增加，原来勉强能充满粒子间空隙的液体已不能充满增大了的空隙，粒子间移动时润滑作用减小，阻力增大，引起表观黏度增大。,2在高聚物成型加工中，影响高聚物黏度的主要结构因素有哪些？有何影响？ （1）主要存在问题 . 柔顺性、刚性和极性等对黏度的影响没有讲清楚。 . 侧基对黏度的影响。（大量侧基，大侧基越大，则黏度不一定降低） . 要求的是结构因素，对温度和组成没有要求。 . 有的太简单，只讲了几个方面，没有讲有什么影响。,（2）参考答案 . 高分子链的柔性越大，其黏度越小（复旦高物）； . 高分子链的刚性和极性（分子间作用力）越大，表观黏度越大； . 长支链使表观黏度提高，短支链没有长支链影响明显；（也许使表观黏度降低（高分子化学与物理）； . 大量侧基使表观黏度降低； . 分子量增大，表观黏度提高； . 分子量分布变宽，表观黏度降低。,3温度和压力对高聚物熔体黏度有何影响？为什么？ （1）主要存在问题 . 对原因讲的不够完善，尤其是温度，有的没有讲出原因。 （2）参考答案 温度升高，高聚物熔体黏度减小。 因为温度升高，分子间自由体积增大，分子运动活跃，分子间作用力减小，从而使高聚物熔体的表观黏度减小； 压力增大，高聚物熔体黏度增大。 主要是因为压力增大，使高聚物中的自由体积减小，分子间距离减小，分子间作用力增大，从而使高聚物熔体表观黏度增大。,4什么叫入口效应和出口膨胀效应？简要说明引起的原因和克服措施？ （1）主要存在问题 . 有部分同学对这两个概念还不够清楚，回答不完善。 . 原因讲的不完善，尤其是对出口膨胀效应，一方面是伸展取向，一方面与正应力差有关系。如拉伸等。 . 措施主要是工艺和设备方面的，其他没有讲（不要求）。 . 转速、剪切速率要考虑。,（2）参考答案 答：入口效应：高聚物液体（在管道中进行剪切流动时，液体）进入管子进口端一定区域内的收敛流动中产生较大的压力降，这种现象称为入口效应。 引起入口效应的主要原因为： . 当高聚物以收敛流动方式进入小管时，为保持恒定流率，只有调整和提高液体中各部分流速，流速的增大，液体的动能增大，使能量消耗增大,所以压力降会增大。 . 液体增大的剪切速率迫使高分子产生更大和更快的形变，分子的这种高弹形变由于要克服分子内和分子间的作用力，也要消耗一部分能量。 以上两个方面，都使流体进入小管时的能量消耗增大，压力降增大。,出口膨胀效应：黏弹性液体流出管口后，流出液体的直径增大膨胀的现象称为出口膨胀。 引起出口膨胀效应的主要原因为： . 出口膨胀主要是分子链在流动过程中的弹性行为的表现，它不仅与分子链在流动过程中的伸展和取向有关，还与液流的正应力有关； . 当纯黏性液体处于一维流动时，与剪切应力相垂直的两个直角坐标上的正应力相等，在纯碎的剪切应力作用下，弹性行为不明显。 . 当黏弹性液体处于一维流动时，与剪切应力相垂直的两个直角坐标上的正应力不相等，存在正应力差，使液体流出管口时发生垂直于流动方向的膨胀，且正应力差越大，膨胀效应越明显。,主要克服措施有（工艺）： . 适当增大管道或口模平直部分的长度； . 适当降低剪切应力； . 升高温度； . 对挤出物给予适当的牵引或拉伸等。 . 使剪切速率小于临界剪切速率。,5. 什么叫熔体破裂(碎)? 如何克服? 主要存在问题 . 概念解释不够完善、准确。 . 克服措施讲的不完善。比如分子量、牛顿性、剪切速率（转速）等。 参考答案 在高应力或高剪切速率时，液体中的扰动难以抑制并易发展成不稳定流动，引起液流破坏，这种现象称为“熔体破裂”。,主要克服措施有: . 选择牛顿性强的高聚物，因为其出现熔体破裂的临界剪切速率高。 如：聚酰胺66的临界剪切速率高达105 秒-1。,而聚乙烯熔体的临界剪切速率仅为102103 秒-1。 . 选择分子量较小和分子量分布较宽的高聚物，其出现熔体破碎的临界剪切速率较高. . 提高 熔体温度，出现不稳定流动的和c 值增加。 . 收敛角减小，长径比增大，流道表面流线型化，可使 提高。 . 减小剪切速率（转速）和作用力，使其小于或c。 以上几个方面都有利于c增大,有利于克服熔体破碎。,6. 牛顿流体和非牛顿流体的主要差别是什么？ （1）主要存在问题（流动方程、物理意义和形变特征） . 回答不够完善。 . 回答没有抓住要点。 （2）参考答案 两者的主要区别是： . 牛顿流体流动时服从牛顿流动定律= （dv/dr）= = ，与 成比例关系；,非牛顿流体流动时不服从牛顿流动定律，而服从指数定律= K( )n = K( )n =K n，与 不成比例关系，n1为假塑性流体，n为膨胀性流体。 . 牛顿黏度表示产生单位 所必须的剪切应力，仅与其本性和温度有关，而不随和 的变化而变化，是一个常数。 非牛顿流体的表观黏度与和 有关，定温下不是一个常数。 . 牛顿流体流动时发生的应变具有不可逆性，为永久形变，属黏性行为； 非牛顿流体流动时发生的应变是弹性和黏性的综合，流动中发生的形变包括可逆形变和不可逆形变。,7解释:宾汉液体、触变性液体、震凝性液体、拖动流动、收敛流动、拉伸流动 （1）主要存在问题 对概念的解释要做到准确、完善、简明等，有的同学作的不够。 （2）参考答案 . 宾汉液体：当作用与液体上的剪切应力小于某一值时，液体并不发生流动而类似与固体，当所施加的剪切应力超过某一临界值时y时，液体则象牛顿流体一样流动，这种液体称为宾汉液体。 . 触变性流体：在定温下表观粘度随剪切持续时间而降低的液体称为触变性液体。 . 震凝性液体：在定温下表观粘度随剪切持续时间延长而增大的液体称为震凝性液体。,. 拖动流动：管道结构中的一部分能以一定速度和规律相对于其它部分进行运动，粘滞性很大的高聚物液体能随管道的运动部分移动，所以称为拖动流动。 . 收敛流动：当高聚物液体沿流动方向在截面尺寸变小的管道中流动时或粘弹性液体从管道中流出时，液体中各部分流线不再保持相互平行关系的流动称为收敛流动。 . 拉伸流动：粘弹性高聚物熔体从任何形式的管道中流出并受外力拉伸时产生的流动称为拉伸流动。,8试推导非牛顿流体在圆管中流动时的任意半径处的流动速度和剪切速率。 主要存在问题 . 没有假设。 . 黏度和稠度系数没有搞清。 参考答案 （1）几点假设 . 液体为不可压缩的； . 流动是等温过程； . 液体在管道壁面不产生滑移（壁表面速度等于零）； . 液体的粘度不随时间而变化，并在沿管道流动的全过程中其他性质也不发生变化。 （2） 任意半径处的流动速度,第二章 成型物料的配制 习题课讲稿及参考答案 1聚氯乙烯的增塑剂主要有哪几类？各有什么特点？各举出一些例子？ （1）主要存在问题 . 特点不够完善； . 例子不准确，如二异丁酯、符号、磷酸三-二甲苯酯、（环氧）硬脂酸酯、脂和酯等；,（2）参考答案 按化学组成分，主要有： . 邻苯二甲酸酯类：其主要特点是相容性好，可做主增塑剂，性能全面，能大量生产，价廉，DBP易挥发，DIBP对农作物有害等；如DOP 、DBP等。 . 脂肪族二元酸酯类：耐寒、低温性能好，光热稳定性好，有润滑作用，但相容性差，易抽出、迁移和渗出等，如DOZ、 DOS 、DOA等； . 磷酸酯类：相容性好，耐化学腐蚀性好，光热稳定性好，难燃，但耐寒性差，有臭味、有毒等；如TXP、 TCP、 TOP等； . 环氧化合物类：可兼做热稳定剂，价较廉，无毒，但相容性差只能做辅助增塑剂，如ESO 、环氧油酸丁酯等； . 石油磺酸苯酯：机械强度高，电绝缘性和耐候性好，吸水性小，挥发性小，价廉，但见光易变黄，耐寒性差等，如M50。,2聚氯乙烯的热稳定剂主要有哪几类？各有什么特点？各举出一些例子？ （1）主要存在问题 . 有些不完善；有的只讲了两个或三个方面。 . 举例不准确；如硬脂酸盐（脂肪酸皂和二月桂酸皂）、符号、二盐基性亚磷酸铅等。 （2）参考答案 按化学组成分类，主要有以下几类： . 盐基性铅盐类 主要特点是电绝缘性好，光热稳定作用好，耐候性好，效率高，吸水性小，价格低，用量大；但是其毒性大，使制品透明性差，硫化污染严重，分散性差，比重大，用量大等。如三盐、二盐等。,（2）硬脂酸盐类 主要特点是色泽良好，透明，具有良好的长期稳定性，与环氧类具有协同效应，并兼有润滑作用；但其钙盐易使制品变黄，镉、铅盐等有毒，锌盐用量多时易变黑。如硬脂酸钡、硬脂酸镉、硬脂酸锌等。 （3）有机锡类 主要特点是光热稳定性好，透明，防老效率高，相容性好；但其毒性大，货源紧张，价格高等。如二月桂酸二丁基锡、二月桂酸二辛基锡等。 （4）环氧化合物类 主要特点是与金属皂类有协同效应，稳定性好，兼具增塑作用；相容性差等。环氧大豆油、环氧油酸丁酯等。 此外还有螯合剂等，但其不能单独使用。,3简述混合的基本原理（三种作用）。 （1）主要存在问题 . 有个别同学按混合、捏合和塑炼三个方面讲。 . 有的讲了三者的影响因素，有的没有；简要讲一下更好。 （2）参考答案 扩散：利用物料各组份的浓度差，推动构成各组份的微粒，从浓度较大的区域中向较小的区域迁移，以达到组成均一。 对流：两种物料相互向各自占有的空间进行流动，以期达到组成均一。 捏合中主要靠对流达到混合的目的 剪切：依靠机械的作用产生剪切力，促进物料组成达到均一。塑练中主要靠剪切达到混合的目的。,4生产聚氯乙烯硬质管材时，应如何选择树脂的型号？为什么？ （1）主要存在问题 . 疏松型没有讲； . 原因讲的不完善，比如有的没有讲满足强度，有的没有讲满足成型加工。 （2）参考答案 应选用疏松型的高型号PVC树脂。如XS-4(5) 主要 原因是： . 疏松型PVC树脂易吸收增塑剂，混合、塑化良好，成型加工性能好，制品质量高。 . 高型号树脂分子量低，熔体流动性好，成型加工性能好。否则, 硬制品不加或仅加少量增塑剂，成型加工温度高，接近分解温度，难以成型加工出高质量制品。 . 能满足强度要求。 虽然其本身分子量低，强度不算高，但由于硬制品不加或仅加少量增塑剂，强度不会进一步降低。能够满足强度的要求。,5塑炼的方法主要有哪些？提高开炼机塑炼效果的主要措施有哪些？ （1）主要存在问题 . 塑炼方法按课堂上四种塑炼造粒方法讲，螺杆机； . 几个主要方面讲的不完善；只讲了控制条件，没有讲提高措施。 . 应该控制适当温度；翻料缺的较多。 （2）参考答案 按照塑炼所使用的设备，主要有开炼机塑炼、密炼机塑炼和挤出机塑炼。 提高开炼机塑炼效果的主要措施有： . 提高辊筒速比，塑炼效果提高； . 提高辊筒转速，塑炼效果提高； . 减小辊筒距离，塑炼效果提高； . 进行适当翻料，塑炼效果提高； . 控制适当温度，塑炼效果提高。,6解释：捏合、塑炼、母料、增塑剂、防老剂、抗氧剂 （1）主要存在问题 . 不完善，如一定温度等条件； . 有的不具体，如防老剂，没有将光、热和氧等讲出来，只说了各种因素； . 有的与前面讲的混合、捏合和塑炼搞混了。,（2）参考答案 捏合：将粉状树脂与各种助剂在一定温度（熔点或Tf以下）和较为缓和的剪切作用下（机械搅拌），充分混合为均匀的多分散体的工艺过程。 塑炼：在一较高温度（Tf以上）和较强的剪切作用下，初混料（干混料、捏合料）经熔融、塑化、混合而获得适宜柔软度和可塑性的工艺过程称为塑炼。 母料：指事先配制的含有高百分比小剂量助剂的塑料。 增塑剂：能够降低塑料的熔融（黏流）温度或熔体黏度，改善成型加工性能，使最终产品变得柔韧而添加的一类高沸点液体或高熔点固体物质称为增塑剂。 防老剂：能够防止或抑制高分子材料在成型、贮存和使用过程中因光、热、氧等引起降解、交联等破坏作用（制品变色、发黏、变脆）的物质称为防老剂。 抗氧剂：能够抑制或延缓塑料氧化降解的物质。,7. 光稳定剂主要有几类？各举一些例子。简述各类光稳定剂的作用机理？ （1）主要存在问题 . 举例不准确；类型和品种不明确； . 紫外光猝灭剂； . 屏蔽剂的作用机理没有讲； （2）参考答案 紫外光吸收剂 作用机理： 吸收光能后，内氢键被破坏，吸收的能量以无破坏性的热能放出。 主要品种： . 邻羟基二苯甲酮类， 如：uv-531，uv-9等 邻羟基苯并三唑类，如：uv-、uv-326、uv-327等。 水杨酸酯类，如BAD、TBS、OPS等。 其它：取代丙烯腈、三嗪类（三嗪-5）等。,先驱型紫外线吸收剂： 作用机理：本身不具备吸收紫外线作用，光照射后分子重排，改变结构而成为紫外线吸收剂。 常见品种有：苯甲酸酯类（光稳定剂901，紫外线吸收剂RMB）等 紫外线淬灭剂 作用机理：能将高分子吸收紫外光后产生的“激发态能”转移掉，从而避免由此产生的游离基而使高聚物进一步降解。 主要品种： 光稳定剂AM-101：2,2-二硫代双(特辛基苯酚)镍。 光稳定剂NBC：1084、2002等。 紫外线屏蔽剂： 作用机理：在光源与高分子材料间形成一道屏障，阻止紫外线射入。 主要品种有：炭黑、ZnO、亚硫酸锌、受阻胺类（GM-508，LS-770，LS-774等）、TiO2（用量多时，对PP起屏蔽作用，如用量少，则起降解作用）。,8增塑剂的性质（要求）有哪些？ （1）主要存在问题 （2）参考答案 对增塑剂的主要要求有： . 与高聚物的混溶性好。 . 挥发性、游移性和萃取性要低。 . 耐热、耐光、抗氧、化学稳定性好。 . 无毒、无嗅、不燃、成本低。,第三章 塑料的挤出成型 1. 等距不等深螺杆一般分为哪几段？各段的结构特征和主要作用是什么？ （1）主要存在问题 . 加料段作用：部分同学没有答；预热、预压； 计量段塑化均匀等。 . 结构特征：h、 t、 L、 等。 （2）参考答案 答：等距不等深螺杆通常可分为加料段、熔融段（压缩段）、计量段（均化段）三段。 结构特征： 加料段：螺距t不变，螺旋角不变，槽深h1不变，结晶塑料L1最长，非结晶塑料L1较长，非结晶软质塑料L1较小。,压缩段：螺距t不变，螺旋角不变，槽深h2变小，结晶塑料h2很快变小，非结晶塑料h2逐渐变小；结晶塑料L2小，非结晶塑料L2长。 计量段：螺距t不变，螺旋角不变，槽深h3不变，h3h1,结晶塑料L3长，非结晶塑料L3短。 主要作用： 加料段: 输送固体物料，兼有加压、预热作用。 压缩段: . 使物料熔融塑化; . 压实物料; . 排出物料中的气体。 计量段：. 使物料进一步混合、塑化均匀。 . 使物料定压、定温、定量的由机头流道稳定挤出。,2. 物料在加料段和计量段是如何流动的？ （1）主要存在问题 . 简单说成是平直流动和螺旋流动； . 实际流动模型没有讲； （2）参考答案 答：物料在加料段和计量段流动 加料段： . 物料在该段类似于“弹性固体塞”，固体塞在螺槽内的运动就如螺帽在螺丝上的运动一样。 . 成型时，塑料与螺杆的摩擦力应小于塑料与料筒的摩擦力，也即螺杆的光洁度应大于料筒的光洁度。否则，塑料只能抱着螺杆空转打滑不能前移。,计量段：四种流动 在实际成型加工过程中，物料在螺杆中流动包括正流、倒流、环流和漏流四种流动。实际上这四种流动不会截然分开，而是四种流动的组合，形象的说“物料在螺杆计量段中的流动是以螺旋形的轨迹向前流动的。”,3影响挤出机计量段流率的主要因素有哪些？有何影响？ （1）主要存在问题 . 回答问题不完善； . 有些要讲出影响塑化的方面，如h、 N 、等； （2）参考答案 答：主要影响因素有： . 挤出机的结构 A. Q随着D的增大而增大。 B. Q随着h的增大而增大。 但h太大时，A 塑化效果差；（受到的剪切作用小） BQdh，Qph3，Qp与h的三次方成正比。 aP低时，Q浅Q深。 C. L，Q，挤出量波动也小。（漏流随L3而,D. Q随而。 原因 QL3，所以一般应较小，0.10.6mm。 a. 小，剪切作用大，有利于塑化，Q。 b. 太小时，塑料易分解，混合作用不好。 原因，a 剪切作用大，易分解。 bQL=0，QP=0，混合作用差。 E. 通常取1530C，一般取t=D，则=1741。 . 挤出工艺条件 A . Q（P）。 B . Q（N）。增大的速率与有关，越大，Q增大的幅度越大。 C. T，Q。 原因：温度升高，物料的黏度，从而引起倒流、逆流量增大。,4简述塑料在螺槽中的熔化过程。 （1）主要存在问题 . 太简单。 . 最后部分不完善。 （2）参考答案 答：塑料在螺槽中的熔化过程为 A. 熔膜：与料筒（螺杆）表面接触的固体物料，由于料筒的热传导和摩擦热的作用，首先熔化，并形成一层熔体薄膜。即称为熔膜（1）。 B. 熔池：逐渐熔化的物料，在料筒与螺杆的相对运动作用下，不断向槽螺的推进面汇集，而形成漩涡状的流动区，称为熔池（2）液相。 C. 固体床： 熔池前面充满着受热软化和半熔化后粘接在一起的固体粒子（4），和完全未熔化的固体粒子（5）。（4）和（5）总称为固体床。固相。 D. 迁移面：熔膜和固体床间的界面称为迁移面（3）。熔化过程主要在迁移面进行。 E. 随着塑料相机头方向的移动，熔化过程逐渐进行。从始熔点A起，固体床宽度逐渐减小，熔池宽度逐渐增大，直至B点时，固体床消失，即完成了熔化过程。,5 影响吹塑薄膜厚度的主要因素和克服措施有哪些？ （1）主要存在问题 . 不太完善。 . 原因和克服措施。 （2）参考答案 答：主要因素为 . 设备: A. 芯模和口模定位不正。 B. 牵引与挤出不正。 C. 冷却风环位置不适当(高低,四周)。 . 工艺: A. 口模四周温度不均匀,不稳定。 B. 牵引速度大小不合适,不稳定。 C. 冷却风量大小不合适,不稳定。 D. 牵伸比和吹胀比不适当。 E. 机头压力不稳定。,6解释：吹胀比 、 牵伸比、 螺杆压缩比、 SJ-90、 SJ-15025 、 压缩率 （1）主要存在问题 不太完善，如塑料挤出机、螺杆外径、线速度等。 （2）参考答案 吹胀比：在吹塑薄膜中,吹胀后的泡管直径与口模直径之比称为吹胀比。 牵伸比：在挤出成型中,牵引线速度与挤出速度之比称为牵引比。 螺杆压缩比：指螺杆加料段第一个螺槽容积与计量段最后一个螺槽容积之比。 SJ-120：螺杆外径为120mm的塑料(S)挤出机(J)。 SJ-15025: 螺杆外径为150mm,螺杆长径比L/D为25的塑料(S)挤出机(J)。 压缩率：塑料制品的密度与塑料原料的表观密度之比。,7在挤出塑料管坯时，料筒温度和螺杆转速对性能的主要影响有哪些？ (1)主要存在问题: 不够完善，有个别同学答题没有掌握重点。 （2）参考答案 答：主要影响有： . 料筒温度对性能的影响 A. a. T,有利于塑料的塑化； b. T,形状稳定性差，收缩率,产生发黄、气泡，难以正常挤出； c. T, 塑料易分解，甚至出现爆炸现象。 B. a. T,P,有利于挤出物的压实，制品形状稳定性好。 b. T,出口膨胀，应提高牵伸速度，以减少膨胀而增大的壁厚； c. T,塑化不良，黏度明显增大，功率消耗增大，挤出成型难进行。 C. 口模和芯模温度差别大，制品出现向内翻或向外翻，扭曲等。),. 杆转速对性能的影响 A. N，强化了剪切作用，有利于物料的混合和塑化； B. N, 进料过快，超出塑化能力，反而不利于混合和塑化； C. N，Q，对提高产量有利； 如单靠提高N来提高产量，而不改造设备，则会造成塑化不良，内壁粗糙，强度； D. N，多数塑料熔体，提高料筒中塑料的压力；,8写出固体输送速率的数学表达式，影响固体输送速率的主要因素有哪些？有何影响。 （1）主要存在问题 . 公式有错误； . 不够全面，如D、 N 等。 . 螺旋角回答不够准确。 （2）参考答案 答：固体输送速率的数学表达式为： Q= 2Dh（D-h）Ntantan/ tan+tan,影响固体输送速率的主要因素有： . 前进角的影响：090 A. =0时， Q =0。 B. =90时， Q最大。 . 槽深h的影响： 在D不变时，h增大， Q提高。 . 减小fs，Q。 . 增大fb，Q。 . 减小螺旋角,并使tantan/ tan+tan最大，Q。 . D，Q。 . N,Q。,9热塑性高聚物拉伸取向的一般规律有哪些？ 主要存在问题：不够全面。 参考答案 答：热塑性高聚物拉伸取向的一般规律为： （1）拉伸速度与拉伸传数一定时，拉伸温度（Tg稍高）越低，取向度越高。 （2）拉伸温度与拉伸速度一定时，取向度随拉伸倍数而提高。 （3）任何拉伸条件下，冷却速度越快，取向度越高。 （4）拉伸温度和拉伸倍数一定时，拉伸速度越大，取向作用越大。 （5）固定的拉伸温度和速率下，拉伸比随拉应力而增大时，薄膜取向度。 （6）拉伸速度随温度升高而加快，在有效冷却条件下有效取向度提高。,第四章 塑料的注射成型 1 热塑性塑料注射成型时，如何确定料筒温度？ 主要存在问题 （1）结晶和非结晶；（2）热敏性；（3）与挤出成型混淆。 参考答案： （1）塑料性能： 热性能 A料筒温度一般应控制在Tf（Tm）Td范围, 实际要 比Tf（Tm）Td小。 对非晶高聚物，成型温度应比Tg高100150C。 对结晶高聚物，料筒温度至少应比Tm高525C。 B热敏性塑料，应严格控制料温。,分子量及其分布： A分子量高且分布窄，熔体黏度高，料温应高。 B分子量低且分布宽，熔体黏度低，料温应低。 C通常用熔体指数（MI），MI大，M小，料温应低，反之，则应高。 加有填料或增强材料时，料温一般应提高。（用量，料温） 原因：填料一般会使物料流动性降低。 加有增塑剂和润滑剂时，料筒温度可适当降低。 原因：因为两者的加入可降低熔体黏度，使流动性提高。,（2）制品和模具结构： 薄壁长流程制品，应适当提高料筒温度。 厚壁短流程制品，应适当降低料筒温度。 形状复杂，流程曲折多，带嵌件的制品，料筒温度应高。 （3）注射机类型：其它一定时，柱塞式应比螺杆式高1020C。 原因：因柱塞式注射机传热、混合和塑化效果差，流动压力损失大。 （4）模温高，注射压力高，料筒可低些。,2. 注射成型中，背压对塑料的结构和性能有何影响？ 主要存在问题： （1）熔点温度；（2）熔点降低。 参考答案： （1）背压，T熔，温度均匀性，混合、混色、塑 化效果提高，有利排气。 （2）背压过高： . 塑化效率降低。（原因：延长了塑化时间） 流动阻力，机头压力，倒流，漏流，流涎，再生料。 物料易降解，交联，制品性能。（PVC=0） （3）背压过小时，螺杆后退快，带入空气多，注射时因 排气而压力损失大。如转速不高，则类似柱塞，塑化效果降 低。,3 解释注射成型制品出现下列缺陷的主要原因和克服措施？ （1） 表面凹陷和内部缩孔; （2）充模不足和飞边。 主要存在问题： （1）模温升高和降低同时存在的原因； （2） 料温升高和降低同时存在的原因。 参考答案： 表面凹陷和内部缩孔; 主要（原因）克服措施 设备和模具： 模具：a. 壁厚均匀，冷却均匀。 b. 浇注系统设计要合理。（浇口大小、数量）。 c排气顺利。 设备：a. 喷嘴孔径大小要合适。（不能太大太小） b. 锁模要可靠。 c. 料筒与柱塞或螺杆磨损严重应更换。（漏流，充模压力，料量）,工艺条件： A提高注射+保压压力。 B延长注射+保压时间。 C提高料温（有利于充模、补缩）； 降低料温（收缩率减小）。 D提高模温（有利于缩孔、补缩）；降 低模温，（凹陷），加速表层固化定型。 E降低注射速度。（广东版，注射速 度） F增大加料量（可以发挥保压作用）； 减少加料量，（使注射压力不至于过分消耗）。,制品不足和飞边 （1）制品不足： . 料量调节不当（缺料，料多）。 . 工艺条件：A. 提高注射压力。 B. 提高注射速度。 C延长注射+保压时间 D提高料温和模温。 提高物料流动性。 . 模具设计：A. 过分复杂，转折多（筒 化模具结构。） B浇口数目不足，形式不当。 C. 断面小（薄），排气不良。,（2）飞边： . 料量多。 . 工艺条件：A. 降低注射压力和注射 速度。 B缩短注射+保压间 C降低料温和模温。 降低物料流动性。 . 模具设备：A. 模具分型面精度差。 B模具设计和进料配置不合理，排气不良，芯模偏。 C. 锁模力不足。,4 . 在塑料的注射成型中，注射压力的主 要确定原则有哪些？ 主要存在问题： （1）料温没有；（2）模温没有。 参考答案 （1）设备： 其它条件相同时，P柱P螺。 （2）塑料熔体黏度高，摩擦系数大，Tg 高，注射压力应高。PC（100140MPa）,（3）成型大制品，形状复杂、薄壁长流程、带嵌件制品，注射压力应高。 （4）厚制品应以低压，多料注射为宜。注射P过低,充不满模腔。 （5）加填料和增强材料时，压力应高。 （6）加增塑剂和润滑剂时，压力应低。 （7）料温和模温高时，注射压力应低。,5. 注射制品为什么要进行热处理？热处理的本质是什么？ 主要存在问题： （1）本质部分没有将结晶。 参考答案 热处理的主要原因是 A. 注射制品结构复杂，壁厚不均； B. 成型时流动行为复杂，有不同的取向、结晶； C. 制品各部分冷却不一致； D. 制品中可能带有嵌件； F. 塑化质量不均等。 这些因素会使制品产生复杂内应力，轻者在使用和贮存中产生裂纹，重者在脱模时就发生破坏。 热处理的本质为 使强迫冻结的分子链得到松弛，从而消除这部分内应力。 提高制品结晶度，完善结晶结构。从而提高弹性模量、拉伸强度，伸长率。,6. 保压压力对塑料的结构和性能有什么影 响？ 答：主要影响有 （1）提高保压压力，压实补缩作用大，尺寸 稳定性好，收缩率小，取向度高，强度高，断裂伸 长率。（结晶度） （2）保压压力太高时，脱模困难，内应力增 大，制品变形，翘曲并开（龟）裂，产生冷料亮斑。 （3）降低保压压力，压实补缩作用小，出现 内部缩孔，表面凹陷，收缩率，强度，尺寸稳 定性差。（取向度，结晶度）,7. 注射速率对制品质量有什么影响？ 答：主要影响有 低速注射时，熔体以层流形式注入模腔内，排气顺 利，质量均匀，质量尺寸稳定，波动小。因剪切速率降低，所 以内应力小且分布均匀，有助于克服凹陷和缩孔。 但注射速率太小时,注射时间延长,先进入 模内的熔体温度,后进入的熔体则受到阻力,因此需要压 力高,否则易出现出模不满;因压力高,大,分子取向,各向异性大, 尺寸稳定性差(因为表面冷却快,流动性差),而易出现分层和熔结痕,内在性能和表面性能降低.,. 高速注射时,物料在浇注系统、模腔内 受到的大，T，流程，熔结强度，光泽度 和光泽，减小了熔结痕和分层现象，收缩凹陷减小， 颜色均匀一致。 充模过快时，易出现湍流（射流），将大量 空气带如模内。由于模低先被熔体充满，排气口被堵 死，这种高温、高压气体会将塑料烧伤、分解，制品内 应力增大，表面有裂纹，脱模困难，近浇口处出现云雾 斑纹，透明制品变得不透明。,8. 模具温度对塑料的成型性能有什么 影响？ 答：主要影响有 （1）模温升高，流动性，制品光洁 度，制品冷却时间，制品密度和结晶度，模塑收缩率，制品挠曲度。 （2）模温升高，充模压力，注射机生产率，制品内应力。,9. 热塑性塑料注射成型时，应如何确定模具温度？ 答：主要应从以下几个方面考虑： （1）对非结晶高聚物，模温应比Tg低2030C。 （2）对结晶性高聚物，模温应低于热变形温度。 （3）熔体黏度大，模温高；如PC90120C，聚苯 醚110130C，聚砜130150C。 熔体黏度小，模温低。如PS常用水冷，CA，PE， PA40-100，PP70-90C。 （4）制品厚度大，模温应适当高。 原因：因充满模腔，冷却时间长，如模温低，则易形 成缩孔，内应力。 （5）应考虑模温对去向，内应力等的影响。（结晶） （6）其它工艺条件：如注射压力高，料温高，模温可 低些。（从流动性角度）,06级高聚物成型工艺学第五章习题 1. 在热固性塑料模压成型中，模压压力的确定原 则主要有哪些？ 答：主要确定原则有： A物料流动性好，Pm，流动性小，Pm。 B物料固化速度快，Pm。 原因：防止很快固化而来不及充满模腔。 C物料压缩率大，Pm应高。（以获得合适的 密实度，强度） D模温高，Pm高。 E制品形状复杂、深度大、壁薄、面积大时， Pm，反之，则Pm F预热的塑料所需模压压力比不预热的Pm小。,2. 简要说明模压成型工艺过程。 答：主要成型过程为： 准备加料合模排气固化脱模 预压|预热 （1）准备：预压：将松散的物料冷压为一定重量 和形状的密实体。 预热： . 减小内外温差, 预热温度过高过低均会降低 流动性。 . 除去挥发物，预热时间应控制。 .成型周期，提高生产效率。,（2）模压过程： 加料：料量要适当。 过多时，溢边，尺寸不准。 难脱模; 过少时，光泽差，不密实（缺料，废品）。 合模：先快后慢：A. 提高生产率。 B. 保证模具安全。 C避免合模过快而使原料被空气 带出，嵌件移位，破坏成型杆等 排气：A. 作用：排除模内小分子挥发物，空气。缩短 固化时间，提高物理机械性能。（避免制品内部分层，气泡） B排气要适时：a. 过早时，达不到排气目的。 b. 过迟时，表面硬化，排不出气体。 固化：在模温下保压一段时间，使树脂发生交联反 应，达到要求的交联度。一般为20-30分钟 。 脱模后处理,3. 何谓聚四氟乙烯的冷（模）压烧结成型？烧结温度和保温时间的确 定原则主要有哪些？。 答：将粉状的PTFE冷压成所需形状的密实予制品，然后将予制品加热 至熔点（327C）以上温度，使树脂颗粒相互熔结扩散而形成密实的连续整 体，冷至室温后即得到制品。 保温温度：一般在Tm-Td间。 a. 悬浮法PTFE：385-395C。 分散性PTFE：3705C。（因分子量小，热稳定性差） b. 热稳定性好：380-400C；热稳定性差：365-375C c. 厚制品，温度偏低。时间应长。 保温时间： a. 烧结温度高，烧结时间短。 b. 烧结温度低，烧结时间长。 c. 热稳定性差，烧结时间短。 d. 厚制品，烧结时间长。（5-10小时） e. 制品薄而小，烧结时间短。（1小时左右）,4. 在热固性塑料的模压成型中，应该如何确定 模具温度？ 答：A厚制品采取低温长时间的工艺。 原因：内外温差小，易脱模，但延长了成型时间。 B对预热坯料，模温可适当提高。 原因：内外温差小。 C流动性好，交联反应速度快的物料，模温 可低些。 D形状复杂，薄壁制品，应适当提高模温。 （注意：合模时，应在模温不太高时，迅速加大 压力，趁流动性大时，迅速充模。 原因：温度，流动性，但达到一定温度后， T，交联反应速度，粘度由小变大，流动性， 以至使充模困难。）,5. 何谓泡沫塑料？何谓泡沫塑料的机械发泡，物 理发泡和化学发泡？ 答：以树脂为基础，具有无数微孔的塑料制品。（多孔性塑料） 机械发泡法： 以强烈的机械搅拌将空气卷入树脂的乳液、溶液 或悬浮液中，使其成为均匀的泡沫物，然后通过物理或 化学变化使其硬化定型。 物理发泡法： 利用物理原理而发泡的方法。 加入不发生化学反应而能起发泡作用的物质。 化学发泡法： 由混合原料的某些组份在成型过程中发生化学反 应而产生气体来发泡。,6. 何谓压延成型？影响压延制品质量的主要操作因素有哪些？有何影 响？ 答：将加热塑化的热塑性塑料通过两个以上相向旋转的辊筒间隙，使 其成型为规定尺寸的连续片材的成型方法。 主要操作因素为 辊温和辊速： A辊速高，辊温应低。 否则，料温升高，从而引起包辊。 B辊速低，辊温应高。否则：料温低，膜面毛糙，不透 明，有气泡、空洞。 C黏度高，辊温应高，反则反之。 D其它条件不变时，辊速升高（40-60米/分钟），厚度，存料量 横向厚度偏差大。 原因：速度增大，压延时间缩短，分离力增大。 E其它条件不变时，辊速降低（6040米/分），厚度，膜面毛 糙。 原因：摩擦热减少，压延时间延长。,辊筒速比：压延机相邻两辊筒的线速度之比。 辊距及辊间存料： 辊距自下而上增大，/间距与膜厚基本相同。 存料量的控制 膜厚（mm） / / 0.10 一条直线 直径为10mm铅笔 0.50 10mm 10-20mm . 剪切与拉伸: 均会产生压延效应，其对性能的影响： a. 伸长率: 纵向为140150%,横向为3773%。 b. 收缩性: 在自然状态加热时,纵向出现收缩,横 向和厚度则出现膨胀。,7. 解释：搪塑、静态浇注、离心浇注、 可发性聚苯乙烯珠粒 压延效应 答：搪塑：将聚氯乙烯溶胶塑料倒入一定温度（170180C）的模具 中，停留一段时间（30-45s），接近模内壁的一层受热胶凝，将未胶凝部分 倒出，再将附在模内壁上的一层加热熔化，冷却脱模即得制品。 静态浇铸：（有机玻璃） 将已准备好的浇铸原料（单体、予聚物以及高聚物与单体溶液、催化剂 等）注入到一定温度的模具中使其固化（完成聚合反应），从而达到与模腔 形状相似的制品的成型方法。 离心浇铸： 将塑料原料浇铸入高速旋转的一定温度模具或容器中，在离心力的作用 下，使其均匀布满回转体形的模具或容器内壁，再使其硬化定型而得到制品 的一种成型方法。 可发性聚苯乙烯珠粒： 在加压加热下，让低沸点液体物质（石油醚等）渗入由悬浮聚合的聚苯 乙烯颗粒中，而形成的PS颗粒称为可发性聚苯乙烯珠粒。 压延效应： 在压延过程中，压延物在纵向受到很大的剪切应力和拉伸应力，因此高 聚物分子会顺着薄膜前进方向取向，以至薄膜在物理机械性能上出现各向异 性。这种现象称为压延效应。,8. 什么叫塑料的热成型？主要有哪些成型方法？ 答：将裁成一定尺寸和形状的塑料片材夹在模具的框架上，让其在TgTf间加 热软化，然后凭借施加的压力使其紧贴模具型面，取得与型面相仿的形样，冷却定型 和修整后即得制品的成型方法。 差压成型： 真空成型：用夹持框将片材加紧放在模具上，然后加热至高弹态，移开加热 器，并立即抽真空，使受热软化的片材两面形成了压差，片材被迫向压力较低的一片 延伸和弯曲，最后紧贴在模具型腔表面，获得所需形状，冷却定型，脱模即得制品。 压力成型：用夹持框将片材加紧放在模具上，然后加热至高弹态，移开加热 器，并立即通入压缩空气，使受热软化的片材两面形成了压差，片材被迫向压力较低 的一片延伸和弯曲，最后紧贴在模具型腔表面，获得所需形状，冷却定型，脱模即得 制品。 覆盖成型： 借助于液压系统的推力，将阳模顶入由框架夹持且已加热至高弹态的片材中，也 可以由机械移动框架，将受热软化的片材扣复在模具上，然后再抽真空使片材包复于 模具上而成型。 柱塞辅助成型： 在封闭模底气门情况下，先用柱塞将预先加热至高弹态的片材压入模框，由于模 框内封闭气体的反压作用，使片材先包复在柱塞上，使片材受热而得到延伸，停止柱 塞移动的同时立即抽真空，片材被吸附于模壁而成型。,第六章习题参考答案 1. 硫化剂和硫化促进剂主要有哪些类型？各举出一些例子？各适合哪些橡胶的硫化？ 答：主要硫化剂有： . 硫磺：如硫磺粉、升华硫磺、沉淀硫磺、胶体硫磺、不溶性硫磺等； . 有机过氧化物：如过氧化二异丙苯（DCP）； . 金属氧化物：如ZnO 、 MgO； . 树脂类：热固性烷基酚醛树脂、环氧树脂等。 硫化促进剂有： 无机类：氧化锌、氧化镁、氧化铅等（目前很少用）。,有机类 . 噻唑类：2硫醇基苯并噻唑（促进剂M）。 二硫化二苯并噻唑（促进剂DM）。 . 秋兰母类：二硫化四甲基秋兰母：促进剂TT(超速 促进剂)。 用量为0.20.3份。 . 次磺酰胺类：（迟效、焦烧时间长，硫化活性大， 发展快有前途）。 促进剂CZ: N-环己基-2-苯并噻唑次磺酰胺。0.22份。 促进剂NOBS: N氧二乙撑-2-苯并噻唑次磺酰胺。05 25份。 促进剂NS: N叔丁基-2-苯并噻唑次磺酰胺。 促进剂DZ: N,N-环己基-2-丙并噻唑次磺酰胺 用量为 051份。 . 胍类：促进剂D或DPG，用量为0105 份。 . 促进剂PZ: 促进剂BZ：二硫代氨基甲酸 盐类。 . 醛胺类：促进剂H（六次甲基四胺）促 进剂808。 . 黄原酸盐类：促进剂ZBX。 . 硫脲类：促进剂NA-22。,2橡胶有哪些塑炼方法？各有什么特点？塑炼的 目的和本质是什么？ 答：橡胶有哪些塑炼方法有： （1）开炼机塑炼 特点：塑炼质量好，胶料收缩小，生产效率低，劳动强度大等。（2）密炼机塑炼（适用于量大、品种多的工厂） 特点：生产效率高，劳动强度小，电力消耗少，清 理设备难。 3）螺杆挤出机塑炼 特点：连续塑炼，效率高，但对胶料物理机械性能影响大（搅拌强烈，生热多）。塑炼的本质是借助机械力和化学作用，使橡 胶大分子链断裂，大分子链由长变短，黏度降 低，可塑性提高。 塑炼的目的是降低橡胶的弹性，提高橡胶的 可塑性，获得适当的流动性，增加与配合剂的混 溶性，以满足混炼、压延、压出以及胶浆制备等, 各种加工过程的需要。,3何谓橡胶的混炼和硫化？主要有哪些硫 化方法？ 答：混炼：在加热条件下，通过机械（强烈） 作用，将各种配合剂与塑炼胶均匀混合为混炼胶 的工艺过程。 硫化：在加热加压下，橡胶与硫化剂发生化 学反应，使橡胶由线形结构的大分子交联为立体 网状结构大分子，导致胶料的物理机械性能及其 它性能有明显变化的过程。 主要硫化方法有：平板硫化、注 压硫化、 硫化罐硫化、个体硫化机硫化、共熔盐硫化、沸 腾床硫化、微波硫化和高能辐射硫化等。,4简要说明应该如何控制硫化工艺条件？ 答：主要有： （1）硫化温度和时间的主要确定原则 . 橡胶制品应采用低温长时间的硫化工艺。 . 如有纤维增强，硫化温度应低些。 . 天然橡胶硫化温度应不超过160。 . 合成橡胶，硫化速度随温度升高而升高。 . 硫磺硫化时，硫化温度应该低些。 硫化温度低时，硫化时间应该长些，反之则应 该长些。 （2）硫化压力的主要确定原则 . 胶料流动性差，硫化压力应高。 . 制品层数多、结构复杂、形状复杂的厚制 品，硫化压力应高，反之应低些。,（3）硫化介质的确定原则 . 饱和蒸汽：不宜用于涂有亮油的胶鞋、 不宜硫化低温长时间的大制品和后制品、不宜 硫化易水解的聚氨酯橡胶。其它基本可以。 . 热空气：不宜用于含有有机过氧化物 硫化剂的胶料，适宜涂有亮油的胶鞋的硫化。 其它基本可以。 . 过热水和热水：可以用于轮胎等橡胶制 品的硫化。,5硫化时间对橡胶的主要性能有何影响？ 答：主要影响有： （1）随硫化时间延长，橡胶的回弹性、定伸 强度和硬度等逐渐增大。 （2）随硫化时间延长，橡胶的伸长率、生热 和永久变形逐渐降低。 （3） 随硫化时间延长，橡胶的撕裂强度出现 先升高后降低的趋势。 （4） 合成橡胶的拉伸强度随硫化时间延长而 增大。 天然橡胶的拉伸强度随硫化时间延长而增加 到一定值后，又出现了降低的趋势。,6丁苯橡胶和顺丁橡胶的主要特点是什么？各适合做哪些 橡胶制品？ 答：丁苯橡胶的主要特点是： （1）优点：. 耐热性好；. 耐老化性好；. 耐磨性好；. 价廉。 （2）缺点：. 弹性、耐屈挠龟裂性和耐撕裂性差； . 滞后损失大； . 耐寒性和耐溶剂性差； . 工艺加工性能差。 顺丁橡胶的主要特点是 （1） 优点：. 弹性最好。原因：顺式含量高，分子排列规整。 . 耐低温性能最好；原因：玻璃化温度低，为105。 . 耐磨性优异； . 滞后损失小，生热少。 （2）缺点：. 拉伸强度、撕裂强度、抗湿滑性差； . 加工性能、粘着性差，对加工温度敏感，60以上脱 辊； . 冷流性大。对包装、储存、半制品存放不利。,7简述橡胶塑炼和混炼的主要工艺条件？ 答：塑炼的工艺条件主要有 （1）塑炼工艺条件 开炼机塑炼工艺条件： . 辊温：一般为100以下（4555以下），温度降 低，效果提高； . 辊筒速比：125127，（如过大，摩擦热多，温度升 高，效果可能降低； . 装胶量：要适当，否则，容量大，堆积胶乳