高分子加工工程复习题(含部分答案).doc

精品文档高分子加工工程主要习题第一章 绪论 1. 何谓成型加工？高分子材料成型加工的基本任务是什么？ 将聚合物（有时加入各种添加剂、助剂或改性材料）转变为制品或实用材料的一种工程技术。1.研究各种成型加工方法和技术；2.研究产品质量与各种因素之间的关系；3.研究提高产量和降低消耗的途径。2. 简述聚合物成型加工时的关键步骤。 A.如何使聚合物产生流动与变形？方法: a.加热 熔体； b.加溶剂 溶液； c.加增塑剂或其它悬浮液。B.如何硬化定型？方法： 热固性：交联反应固化定型。 热塑性：a.熔体 冷却b.溶液 加热挥发成溶剂c.悬浮体 先加热使颗粒熔合，再冷却硬化定型3. 简述聚合物转变时所发生的主要变化。 a.形状：满足使用要求而进行，通过流动与变形而实现。b.结构： 组成：非纯聚合物 组成方式：层压材料，增强材料，复合材料 宏观结构：如多孔泡沫，蜂窝状，复合结构 微观结构：结晶度，结晶形态，分子取向等c.性质： 有意识进行：生橡胶的两辊塑炼降解，硫化反应，热固性树脂的交联固化方法条件不当而进行：温度过高、时间过长而引起的降解4. 聚合物成型加工方法是如何分类的？简要分为那几类？ 1.根据形变原理分6类：a.熔体加工：b.类橡胶状聚合物的加工：c.聚合物溶液加工：d.低分子聚合物和预聚体的加工：e. 聚合物悬浮体加工：f.机械加工：2.根据加工过程中有无物理或化学变化分为三类：a.主要发生物理变化： b.主要发生化学变化： c.既有物理变化又有化学变化： 5. 简述成型加工的基本工序？ 1.预处理：准备工作：原料筛选，干燥，配制，混合2.成型：赋予聚合物一定型样3.机械加工：车，削，刨，铣等。4.修饰：美化制品。5.装配： 粘合，焊接，机械连接等。6. 简述塑料的优缺点。 优点：a.原料价格低廉；b.加工成本低；c.重量轻；d.耐腐蚀；e.造型容易；f.保温性能优良；g.电绝缘性好。缺点：a.精度差；b.耐热性差；c.易燃烧；d.强度差；e.耐溶剂性差；f.易老化。7. 举实例说明高分子材料在汽车、机械、日用品、化工、航天航空工业等领域的应用。 8. 学习高分子材料加工成型原理的目的、意义？ 1、有利于合理的制定加工工艺方案2、对推广和开发聚合物的应用有十分重要的意义3、新材料、新制品、新技术、新第二章 聚合物成型加工的理论基础 1、名词解释：可塑性、指物体在外力作用下发生永久形变和流动的性质。可挤压性、可挤压性是指聚合物受到挤压作用形变时，获得形状和保持形状的能力。可模塑性、聚合物在温度和压力作用下变形和在模具中模塑成型的能力。可延性、是指无定形或结晶固体聚合物在一个或二个方向上受到压延或拉伸时变形的能力。可纺性、指聚合物通过加工形成连续固体纤维的能力。牛顿流体、非牛顿流体、假塑性流体、胀塑性流体、拉伸粘度、拉伸应力与拉伸应变速率的比值，剪切粘度、滑移、高分子在导管中流动时，在管壁处是时停时动的，这种现象称为滑移。端末效应、包括入口效应和出口效应。鲨鱼皮症、指挤出物表面像鲨鱼皮那样，非常毛糙。2、试述聚合物成型加工对聚集态转变的依赖性？ 聚集态的特点：a.长链结构，相互贯穿、重叠、缠结；b.内聚能较大，吸引力大（分子内，分子间）。3、简述无定形聚合物聚集态与加工方法之间的关系？ c时也不出现熔体破裂。 13、简述聚合物加工过程中的热效应？有何特点？ 热效应包括：摩擦生热、体积膨胀吸热、相变的热效应。由于流动使分子间产生内摩擦力而产生一定的热量即摩擦生热。聚合物在流动过程中在流道内产生很大的压力降，引起前后密度不一样。结晶聚合物要吸收能量使晶格破坏才能使大分子开始流动。14、加工过程中聚合物结晶有何特点？为什么升、降温速率都不能过快？ 晶核存在与否以及晶核的大小、数量对加工过程中的聚合物结晶速度影响很大。a. 熔化温度较低，残余较多的晶核；b. 熔化温度较高，残余的晶核或有序度就越小。15、简述注射成型制品的定向过程与特点。 定向程度较高的区域是浇口附近中心的四周。a.长度方向：由于剪切力与压力梯度成正比，分子定向程度在入模处最高，在料的前锋处最低。b.厚度方向看：形成冷冻层。剪切力所造成的定向只能发生在熔体柱的边缘，即制品表层与中心层界面上。中心区域的四周定向程度最大，在中心区域定向程度最小。c.从充模过程看：首先塞满的是浇口与型腔尽头之间部分，冻结层最厚，在浇口附近定向程度大。16、何谓降解？加工过程中是如何利用或避免降解？ 聚合物大分子可能由于受到热和应力的作用或由于高温下微量水分、酸、碱等杂质及空气中氧的作用而导致分子量降低、大分子结构改变等化学变化。通常称分子量降低的作用为降解。利用降解作用改善聚合物的性质，扩大聚合物的用途。如通过机械降解作用可以使聚合物间或聚合物与另一种聚合物的单体间进行接枝或嵌段聚合制备共聚物。1.减少或避免降解的措施：a.严格控制原料技术指标，避免因原料不纯对降解发生催化作用；b.使用前对聚合物进行严格干燥。c.确定合理的加工工艺和加工条件；d.加工设备和模具应有良好的结构。应避免死角或缝隙，减少过长流道，改善加热装置，提高温度显示装置的灵敏度和冷却系统的效率。e.根据聚合物的特性，特别是加工温度较高的情况下，在配方中考虑使用抗氧剂、稳定剂等加强聚合物对降解的抵抗能力。 17、何谓交联？影响交联速度和交联程度的因素有那些？ 聚合物加工过程中，形成三向网状结构的反应称为交联。温度、硬化时间、反应官能度、应力第三章 成型用的物料及其配制 1、名词解释：抗氧剂、能阻止聚合物被氧化的物质。阻燃剂、作用是阻止或减缓塑料的燃烧的物质。混合、将各组分作空间无规分布，或改变各组分的空间分布情况。混炼、在混炼设备强剪切力作用下，会使一部分聚合物分子降解，并形成一定的接枝和嵌段聚合物，这样的聚合物具有新的性能，并有增容作用。均匀性、分散性、 2、为什么工业上不会选用单一（纯）聚合物制造商品？ 1.性能单纯，不能满足多种制品的使用要求；2.单纯聚合物老化严重；3.不能满足某些成型方法的特定要求；4.成型工艺性能差；5.价格、成本高。3、成型用物料的主体是什么？有何作用？ 4、简述增塑剂的增塑机理，如何选用增塑剂？ 对增塑剂来说，它和聚合物间必须具有良好的相容性才能充分发挥作用。因此，极性聚合物应该采用极性增塑剂，非极性聚合物应该采用非极性增塑剂。 a.应具有良好的相容性；b.挥发性低；c.迁移性低；d. 溶浸性（萃取性）小；e.增塑效率高；5、何谓稳定剂？简述热稳定剂的稳定机理。 凡能阻缓材料变质的物质即为稳定剂。（2）吸收、中和HCl（3）消除聚合物中的活性中心物质（4）取代不稳定氯原子：6、何谓填充剂？加入填充剂或增强填料的目的是什么？ （1）改善塑料成型加工性能；（2）提高制品的某些技术指标，赋予塑料制品某些新的性能；7、填充高聚物的形态结构有何特点？要研制高补强聚合物材料对填充材料有何要求？ 填料与聚合间形成次价键力，这种力虽然很弱，但具有加合性，因而当聚合物分子量较大时，其总力显得很可观。从而提高了某些性能。8、何谓润滑剂？为什么润滑剂有内、外之分？ a.改进塑料熔体的流动性；b.减小或避免对设备的粘附；c.便于脱模；d.提高制品表面光洁度。9、何谓配方？配方有哪几种表示方法？配方设计的原则是什么？ 反映各种添加剂与聚合物用量的比例关系称为配方。1.重量份配方：2.重量百分数配方：3.体积百分数配方：4.生产配方：1.要考虑（满足）制品性能要求和使用条件2.要考虑成型工艺及设备的特点3.切忌抑制4.要考虑成本和原料来源10、混合作用的机理是什么？如何评价混合效果？ 扩散、对流、剪切均匀程度、分散程度11、简述捏合机、高速搅拌机、开炼机、密炼机的结构和工作原理。 12、何谓橡胶的塑炼和混炼？操作过程分为哪几步？影响因素有哪些？如何提高塑炼与混炼的效果？ 塑炼指塑性物料与液体或固体物料间的混合。混炼设备强剪切力作用下，会使一部分聚合物分子降解，并形成一定的接枝和嵌段聚合物，这样的聚合物具有新的性能，并有增容作用。13、在高分子材料混合与混炼中，需控制哪些工艺条件？ 在实际混合过程中，扩散、对流、剪切是同时作用的，只是在一定条件下其中的某一种占优势而已。14、分析聚氯乙烯树脂相对分子质量大小与产品性能及加工性能的关系？ 第四章 压缩模塑 1、名词解释：预压、将松散的粉状或纤维状塑料预先用冷压法压成重量一定、形状规整的密实体的操作成为预压。所压的物料称为预压物。预热、模压压力、排气、各向同性 2、何谓压缩模塑？简述压缩模塑的优缺点。 优点：1.相对于其它成型方法来说，工艺成熟，过程简单，容易掌握； 2.可模塑较大平面的制品和利用多腔模生产大批量的小制品；3. 制品各向同性；制品密实度高。4.制模费用低，较经济。缺点：1.生产周期长，效率低；2.尺寸准确性差。3.制品内应力大；4.自动化程度较差，工人劳动强度大。3、在压缩模塑过程中，为什么要采取预压、预热等操作？预压、预热有那些设备？ 3. 预压原因：主要是针对压缩模塑周期长、效率低的特点而采取的措施。常用的预压设备：偏心式预压机、旋转式预压机和液压式预压机。预热是针对模压周期长、制品质量差而采取的措施。制品质量差是指物料在模腔中受热不均匀，固化速率不一，制品内应力大，性能不均一。所以预热是预先给物料加热以提高物料的整体温度。4、何谓排气操作？为什么要排气？ 定义：模压热固性塑料，常有水分和低分子放出，为了排出这些低分子物和挥发物以及模内的空气，在模压到适当时候，可以卸压松动模具，将低分子挥发物排出，这种操作称为排气。原因：能缩短固化时间，提高制品的物理机械性能，避免制品内部出现分层和气泡。5、压制的工艺控制参数对PVC板材的性能和外观有何影响？举例说明。 答: 压制的工艺控制参数对PVC硬板的性能和外观是：提高温度，降低成型压力，缩短成型周期，有利提高效率。但温度过高加热时间过长会加剧树脂降解和熔料外溢，导致制品颜色暗淡，毛边增多及力学性能变差。原料混合不均匀会造成性能的不确定以及外观的缺陷。6、如何计算模压压力及压机的公称吨位？ 7、升温速率和降温速率为什么不能过快？有何异常现象？ 第五章 挤出成型 1、名词解释：压缩比、分流梭环形通道面积与口模通道面积之比。吹胀比、吹胀后薄膜直径比环形口模直径牵引比、2、普通螺杆在结构上为何分段，分为几段？各段的作用如何？ a.加料段：靠近料斗附近作用：使塑料受热前移，将料斗供给的物料送往压缩段。b.压缩段：螺杆中部一段（5-15D）作用： 加热熔化物料；加压压实物料；排除空气。c.计量段(均化段)：螺杆最后一段 作用：使熔体塑化均匀；使料流定量、定压挤出。3、根据固体输送率的基本公式，分析当螺杆的几何参数确定之后，提高固体输送率的途径及工业实施方法。 4、什么是固体床解体，说明产生的原因，对熔融过程有何影响？ 进行冷却实验时，常观察到z间距离还没到B点（ X/ W=0.3-0.4）时，固体床就解体了。未熔化的固体床变成许多固体碎块，与已熔化的物料混为一体，原来的熔池、熔膜以及它们与固体床的界面都消失了，这种现象称为固体床崩溃。5、说明熔体输送理论中，Qp/Qd 变化对熔体沿螺杆Z 向流动速度（Vz）分布的影响。6、为什么说挤出机在正常操作条件下，熔体在螺槽中的流动无滞留层,有搅拌、混合、输送的作用？ 7、说明挤出三大理论主要表达式中各项、各文字的意义，分析各主要参数对输送率和塑化质量的影响。 8、何谓螺杆特性线、口模特性线和挤出机的工作点？ 9、何谓螺杆压缩比？为什么要有压缩比？在螺杆结构上如何实现？ 几何压缩比：第一个螺槽容积/最后一个螺槽的容积，大小取决于物理压缩比、物料进料时聚集状态和制品的状态。物理压缩比:指塑料制品的比重与原料比重之比。10、试述几种典型的新型螺杆结构与工作原理，它们与普通螺杆有何异同点？ 11、 简述全啮合异向向外与同向转动双螺杆的输送机理和输送特点。 12、 归纳挤出成型方法及其制品的特点，列举几种挤出产品。 13、 用方框图表示出挤出成型工艺，并注明各工艺环节所用的设备。14、 影响吹塑薄膜厚度均匀性的主要因素有哪些? 吹塑法生产薄膜有何优缺点？ 优点：a.设备简单，投资少，见效快，便于土法上马；b.薄膜经牵引和吹胀，其纵向和横向强度高；c.操作简单，无边料，废料少，成本低；d.通过控制泡状物中空气量和螺杆转速，较易调节薄膜宽度和厚度。缺点：a.厚度均匀性差；b.冷却速度较慢，薄膜透明性差，产量低。15、为减轻冷却负荷和提高生产效率，吹塑过程中尤其应注意哪些工艺因素？为什么？ 通过控制泡状物中空气量和螺杆转速，较易调节薄膜宽度和厚度。第六章 注射模塑 1、名词解释：塑化：塑料在料筒内经加热达到流动状态并有良好的可塑性的全过程。塑化压力：螺杆转动后退时螺杆顶部熔体物料所受到的压力，也就是阻力。可由液压系统中的溢流阀来调节。注射压力：克服料筒、型腔的流动阻力，给予熔体一定充模速度，并对熔体进行压实2、注射成型方法适合于何种制品的生产？为什么？请用框图形式表示一个完整的注射成型工艺过程。 几乎所有的热塑性塑料都可用这种方法成型，一些厂家还用此法成型热固性塑料。3、简述注射机的基本结构及工作原理。 注射系统由三大部分组成：注射系统、锁模系统（合模系统）、模具，此外还有电器控制系统、液压系统。4、注射机的分类方法有哪几种，每种方法中有几种类型，各适用于何种制品的生产？ 注射机的种类a.按塑化部件不同分为：螺杆式注射机、柱塞式注射机b.按动力来源分为：手工式、机械式、液压式c.按注射合模方位分为：卧式：立式：角式：旋转式：5、注射机的注射系统和合模系统的作用是什么？其中注射系统主要由哪几部分组成？ 注射系统作用：a.使塑料均匀塑化并达到流动状态；b.将塑化好的塑料进行施压，使其在很高的压力和很快的流速下通过喷嘴充入模腔。组成：加料装置、料筒、螺杆（或柱塞）、喷嘴等。 6、与挤出机的螺杆相比，注射机的螺杆在结构上、运动上及功能上有何特点？ a.从作用上与挤出机螺杆相比 注射机螺杆除了送料、压实、塑化外，还有注射作用(传压)，对于塑化能力、压力稳定以及操作连续性和对操作稳定性的要求没有挤出机螺杆的高。 b.从螺杆运动形式比较 挤出机的螺杆只在原位作连续旋转，而注射机除旋转外，还前后往复运动，并时转时停。当料筒前端料压大于螺杆背压时，螺杆边转边后退，这种情况工艺上称为预塑化。c.从螺杆结构上比较： 注射机螺杆的均化段长度较短，螺槽较深； 加料段长度较长，约为螺杆长度一半； 螺杆头部尖头形，优点是可减少脉冲流动，不易积存物料;可减少塑料发生降解，粘度低的塑料带有止逆环； 注射螺杆的长径比和压缩比较小。L/D=16-20, =2-2.57、与往复螺杆式注射机相比，柱塞式注射机有何缺点？为什么？ a.柱塞式注射机：通过调节料斗下面的定量装置的调节螺帽来控制。b.螺杆式注射机：通过调节行程开关与加料计量柱的距离而得到控制。8、 注射机的喷嘴有何作用，分为哪几种类型，各适用于何种聚合物材料的加工？ 作用：引导物料从料筒进入模具；控制料流，防止物料流涎，使物料流积存在料筒前端；提高注射压力，使物料具有一定射程；进一步塑化。种类：按喷嘴分：通用式(直通式)：喷嘴孔径大，呈短管状，阻力小。适用于粘度高的塑料。自锁式：用于注射粘度较低的塑料，压力损失大。杠杆针阀式：压力损失小，但结构复杂。9、简述热塑性塑料在整个注射成型工艺过程中物料温度和压力的变化规律。 10、要缩短注射机的成型加工周期，可以采用哪些措施？ 11、注射机的料筒温度应如何确定？ 料筒温度的确定（Tf（Tm）Td之间）a.从物料的特性考虑：对热敏性、流动性好的聚合物， TfTd范围窄的聚合物，在 TfTd范围内，取下限；相反取上限。b.从设备情况考虑：螺杆式注射机料筒温度可选得低一些，柱塞式注射机可选得高一些，但并非绝对，要具体情况具体分析。c.从制品的形状与结构考虑：对薄壁制品，料筒温度较高；厚壁制品，料筒温度较低；对形状复杂或带有嵌件的制品，料筒温度要高一些。 d.从工艺条件间关系考虑：注射压力大，注射速度快，可采用较低的料筒温度12、注射机的模具温度应如何确定？ 模具温度的确定a.从塑料性质考虑：对无定型聚合物，充模顺利时模具温度可取低一些；对粘度高的物料，模温高一些；对结晶聚合物，提高模温有利于结晶。b.从制品性能要求考虑：若制品要求聚合物结晶度高，则采取模温较高；若制品要求聚合物不结晶度，则采取低模温，采用骤冷法；对取向度要求高的制品，选取低模温，高注射压力。c.从制品的形状与尺寸考虑：对厚制品，采用较高模温；对薄制品，采用较低模温。d.从其它工艺条件考虑：料筒温度高，模温高13、为什么要保压？保压对制品性能有何影响？ 保压原因：防止因热胀冷缩而引起制品内部出现空洞。保压时间长，残余压力大，脱模困难；保压时间短，残余压力小，制品表面易有陷痕或内部有真空泡。第七章 压延成型 1 名词解释：压延效应：由于压延物在纵向上受到很大的剪切应力和一些拉伸应力，因此高聚物分子会顺着薄膜前进方向发生分子定向，以致薄膜在物理机械性能上出现各向异性，这种现象即定向效应。钳住区、贴胶、压力贴胶、擦胶、压型、压延效应 2 简述压延机的基本结构和工作原理。 工作原理：相对回转-相邻辊筒、有速比或等速；摩擦力-将胶料拉入辊隙中；挤压与剪切-辊隙截面的逐渐减少，完成延展成型（