高聚物成型工艺与加工课程复习大纲

1、高聚物成型工艺与加工课程复习大纲ABS-丙烯月青-苯乙烯-丁二烯共聚物 NR-天然橡胶 SBR- 丁苯橡胶 CR-氯丁橡胶 BR-顺丁橡胶 PE-聚乙烯PP-聚丙烯PA-聚酰胺(尼龙)PS-聚苯乙烯PVC-聚氯乙烯绪论1、塑料分类橡胶分类按塑料的受热行为分类：热固性塑料，热塑性塑料塑料分类L按塑料的使用特点来分：通用塑料，工程塑料和特种塑料橡胶分类：根据原料来源的不同分为：天然橡胶(matural rubber)与合成橡胶(artificial elastomers)； 按照应用范围的大小又可分为：通用橡胶和特种橡胶。2、常用塑料成型方法注射成型、挤出成型、浇注成型、压制成型、吹塑成型等。3、

2、橡胶成型加工的主要过程生橡胶的塑炼一塑炼胶与配合剂的混炼一成型一硫化，等几个工序。第一章材料的加工性质1、高聚物的四大加工性能名称及定义聚合物的可挤压性(Extrudability)：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。聚合物的可模塑性(一mouldability)：聚合物在温度和压力作用下形变和在模具中模制成型的能力。聚合物的可纺性(Spinnability)：聚合物材料通过加工形成连续的固态纤维的能力。聚合物的可延性(Stretchability)：无定形或半结晶固体聚合物在一个方向或二个方向上受到压延或拉伸时变形的能 力。2、论述聚合物粘弹性形变一加工条件的关系TTf

3、:以粘性形变为主，易于成型可以进行注射、挤出、薄膜吹塑和熔融纺丝等；但同时存在的弹性会引起液流 膨胀、熔体破裂，出现内应力，降低制品的因次稳定性。T50 C时偏差很大，实际上温度作用时间也会影log门=lo引 响n，如降解使n减小。T压力对粘度的影响在加工过程中，聚合物通常要受到自身的流体静压力和外部压力的双重作用。为了提高流量，不得不提高压力，自由 体积减小，粘度增大，同时设备损耗增加。因此不能单纯加压提高产量。在压力变化很小时，体积收缩不大，自由体积变化小，粘度变化也不大。当压力增加到700大气压时，体积变化可达 5.5%，PS的粘度增加高达100倍。事实上，一种聚合物在正常的加工温度范围

4、内，增加压力对粘度的影响和降低温度 的影响有相似性。这种在加工过程中通过改变压力或温度，都能获得同样的粘度变化效应称为压力一温度等效性。例 如，对很多聚合物，压力增加到1000大气压时，熔体粘度的变化相当于降低3050C温度的作用。粘度对剪切速率或剪切力的依赖性在通常的加工条件下，大多数聚合物熔体部表现为非牛顿型流动，其粘度对剪切速率有依赖性。当剪切速率增加时， 大多数聚合物熔体的粘度下降，但不同种类的聚合物对剪切速率的敏感性有差别PE、PP、PVC、POM等柔性链分子 对剪切速率敏感，PS、PC、PA、PET等刚性分子对剪切速率不敏感。总之，在聚合物加工中，对Y敏感的聚合物可通过提高剪切速率

5、降低n。对另一类聚合物则可利用对其粘度更为敏感 的因素(如温度)。对加工过程来说，如果聚合物熔体的粘度在很宽的剪切速率范围内都是可用的，那宁可选择在粘度对 Y不敏感的剪切速率下操作更为合适(质量的影响)。聚合物结构因素和组成对粘度的影响a聚合物的链柔性：柔性大，缠结多，解缠难，非牛顿性强，Y敏感性强；刚性大，n对T的敏感性强，升高T有利 于加工。b聚合物中的支链：支链越长，n越大，支化度越高，n越大，流动性下降，长支链还增大了对/的敏感性。当n 一 定时，有支链的聚合物越易呈现非牛顿性流动的行为。c侧基：侧基较大，自由体积增大，n降低，n对T和P的敏感性增加，如PS、PMMA。 d聚合物的分子

6、量：M增加，链段数增加，运动协调性下降，n增加。e分子量分布：平均分子量相同时，n随分子量分布增宽而迅速下降，流动行为表现出更多的非牛顿性。分子量分布窄的聚合物，在较宽剪切速率范围流动时，则表现出更多的牛顿性特征，其熔体粘度对温度变化的敏感性 要比分子量分布宽的聚合物大。分子量分布宽的聚合物，对剪切敏感性较大，即使在较低的剪切速率或剪应力下流动时，也比窄分布的同样材料更具 有假塑性。f固体物质（增强或补偿、降低成本）的加入:固体物质量增多，n升高，流动性下降。但含量过高时，再增加，n下 降，流动性变好。如ZnO超过30%后，流动性反而变好。g增塑剂等液体添加剂的影响溶剂、增塑剂的存在使分子间距

7、增大，缠结点变少，n降低，非牛顿性增加。增塑剂或溶剂与聚合物的相容性越好，浓度越大，n越高，此时再提高丫，n降低，熔体表现为假塑性流体；相 容性差，受到剪切力作用时粒子间滑移困难，熔体表现为膨胀性流体。第三章聚合物液体在管和槽中的流动1、聚合物液体在管和槽中流动方式分类及特点按外力作用方式分类压力流动聚合物液体在圆形管道中因受压力作用而产生的流动。特点：只受剪切力，粘度高，稳定流动，只有 压力降。收敛流动聚合物在截面尺寸逐渐变小的锥形管道中的流动。特点：剪切力和拉伸力作用。拖曳流动一一如果液体流动的管道或口模的一部分能以一定速度和规律进行运动，而聚合物随管道和口模的运动部 分而运动。特点：压力

8、降及流速分布受运动部分的影响。按流动方向分类一维流动速度只在一个方向上变化，即垂直于流动的方向。如圆管、宽平行板狭缝口模、间隙小的环形口模。二维流动管道断面上各点的流动速度均垂直于流动的方向。如矩形口模、椭圆形口模。三维流动在锥形或收缩管道中流动时，速度既有沿垂直流动方向的运动，也有沿流动方向的流动。如收敛流 动。2、作图：牛顿流体在简单圆管中流动的剪应力分布图与流速分布图流动的流速分布图型加工过程的物理和化学变化结晶过程及及温度对结晶速度的影响拖液体在挤出机螺3流动的流速分布图型加工过程的物理和化学变化结晶过程及及温度对结晶速度的影响拖液体在挤出机螺挤出线缆拖曳流动第四章聚，1、简述聚成核过

9、程：均相成核和异相成核生长过程：有序链折叠在一起，有晶区和非晶区。结晶速度：TTm，热运动显著，难形成有序结构，不能结晶。TTm，运动冻结，不能形成分子的重排，也不能结晶。结晶区为TgTTm。接近Tm，自由能高，晶核不稳定，成核慢；接近Tg，链段冻结，生长慢。Vmax介于TgTm间；Tmax=0.85Tm2、论述加工过程中影响结晶的因素（一）冷却速度的影响冷却速度是决定晶核生成和晶体生长的最重要的条件。冷却速度取决于熔体的温度tm与冷却介质tc之间的温差，即冷却温差At=tm-tc，tm依加工条件而定，因此主要取决 于tc。tc-tmax，缓冷过程，At小，结晶速度缓慢，接近于静态结晶。温度高

10、，晶粒大，制品发脆，力学性能差； 同时冷却速度慢，生产周期长，冷却程度不均匀，制品易变形。tcvvtg，骤冷过程，冷却速度快 岫链段重排困难结晶度不高：结晶温度低结晶不完善。b骤冷甚至不结晶，体积松散，收缩性大。c厚制品，各处冷却温度速度不同，微晶生成，内应力大。如PP、PE、POM 结晶能力强但Tg低，制品的尺寸稳定性不好。tc略大于tg，At不很大，中等冷却程度；表层和内部都在Tg以上，结晶速度快，成核生长较快，结晶度高，结 晶较完善，结构稳定，生产效率高。最佳tc: tgtmax（二）熔融温度和熔融时间的影响A、熔融温度：熔融温度低，熔融不完全残余晶核多，晶粒多，晶体 尺寸小。熔融温度高

11、，晶粒少，晶体大。B、熔融时间：t短，残余晶核多；t长，残余晶核少。因此：1）熔融温度高，熔融时间长，晶核少，均相成核，所以结晶速度慢，晶体尺寸大，产品质量差。2）熔融温度低，熔融时间短，晶核多，异相成核，所以结晶速度快，晶体尺寸小，力学性能好，耐磨性、耐热性均较好。聚合物熔体中晶核数与熔体温度和加热时停留时间的关系（如右图示）（三）应力作用的影响聚合物在纺丝、薄膜拉伸、注射、挤出、模压和压延等成型加工过程中受 到高应力作用时，有加速结晶作用的倾向。这是应力作用下聚合物熔体取向产生了诱发成核作用所致。 应力对结晶速度和结晶度的影响剪切力、拉伸力的作用使分子取向，形成有序排列，结晶速度提高，结晶

12、度提高；静压力提高使分子链运动减弱，不利于分子链运动，相当于提高了结晶温度，提高了结晶度； 但应力作用时间不能太长，否则取向结构松弛，结晶速度会下降。 应力对晶体结构和形态的影响T T，。T，纤维状晶体。随Y J研，伸直链晶体f，Tm T低压时，生成大而完善的球晶，脆高压时，小而形状不规则的球晶，韧如：螺杆式注射机一微丝晶。（拖曳流动，拉伸流动） 柱塞式注射机一直径小而不规则的球晶。（压力） 应力对结晶速度和最大速度结晶温度的影响（如右图示）（四）低分子物、固体杂质和链结构的影响低分子物影响结晶过程如：溶剂、增塑剂、水、水蒸气、等（1）阻碍晶核生长的小分子，减小结晶速率。（水蒸气有时阻碍）特别

13、是溶剂，如：PA，用水冷却，不透明，越来 越脆，表面与内部结晶速度不同造成的，但用油冷却，则透明。（2）促进晶核生长的小分子一成核剂，增大结晶速率。如：碳黑、SiO2、TiO2,高附加值产品如：复合材料。（3）既不阻碍也不促进。链结构：子量增加，结晶能力下降；支化度高，结晶能力下降；分子间作用力增加，成核易，生长慢。3、图示及简述聚合物流动取向结构的分布规律在垂直于流动方向上取向度有差异表层 中心 表晨 推断商在等温流动区域，由于管道截面积小，管壁附近剪切力大，故紧靠管壁附近的熔体中 取向度高；表层 中心 表晨 推断商在非等温区域，模腔截面积大，熔体与温度很低的模壁接触而冷却冻结，故表层取向度

14、较恩 低；次表层靠近冻结层（表层）的熔体仍然流动，粘度高，流动速度梯度大，取向度较大；蓄 中心模腔中的熔体速度梯度低，取向度低，又由于温度高，易解取向，最终取向度极低。注射成型矩形长条试样时聚合物制品中取向度的分布（右图1）流动方向上取向度有差异a腔中，熔体中的速度梯度沿流动方向降低，流动方向上分子的取向程度是逐渐减小的。b向程度最大的不在浇口处，而在距浇口不远的位置上，因为熔体进入模腔后最先充（1） 满此处，有较长冷却时间，冻结层厚，分子在这里剪切作用最大， 因此挤出成型中，有效取向主要存在较早冷却的次表层。注射成型矩形长条试样时聚合物制品中取向度的分布（右图）以是单轴或双轴的眼勘票向取向程

15、度最高。袖向飙断面单轴取向，截面积变化，双轴取向或在更好的方向取决于制件的结构形状、尺寸和熔体在其中的流动，截面积恒定， 上取向。取向程度最高。袖向飙断面单轴取向，截面积变化，双轴取向或在更好的方向固体添加剂在流动过程中的取向聚合物熔体中固体物质在管道中的流动取向示意添加的填充物具有几何不对称性，可看作是一些棒状物，其长轴与流动方向总会形成一定夹角，其各部位处于不同的 速度梯度中，因而受到的剪切力不同。速度梯度大的地方剪应力大，移动得较快，直到填充物长轴与流动方向相同， 填充物才停止转动并沿流动方向取向。填料的取向总是与流动方向一致的，但在形状不同的模腔中熔体流动也受模具 的影响。聚合物熔体中

16、固体物质在管道中的流动取向示意4、论述影响聚合物取向的因素（一）温度和应力的影响T的影响：Tf一 na一有利于取向；Tf一分子热运动f 一松弛时间I 一有利于解取向。二者矛盾，取向过程是个 平衡过程。取决因素：a. Tp-Ts温区宽，易解取向；b.松弛时间长，易解取向；c. Tp-Ts的冷却速度；冷却速度与冷却 温度Tc有关，还取决于其他参数：比热f一冷却速度有利于解取向。应力的影响应力提高，取向度提高，但应力与温度分不开。a. TgTf区间，小应力就能使大分子取向。b.室温，冷拉，需较大应力，c.当、不变时，拉伸中的热效应使材料T 升高，造成粗细、厚薄、取向的不均匀，性能变差。因此，等温拉伸

17、，可获得稳定的取向材料。（二）拉伸比的影响PA6的取向度与拉伸比的关系 TOC o 1-5 h z 在一定温度下材料在屈服应力作用下被拉伸的倍数称为自然拉伸卜比A=L/L0被拉伸材料的取向程度随拉伸比而增大。（右图）g*（三）聚合物结构和低分子物的影响军A、 聚合物结构荐E /柔性好，易取向和解取向，必须结晶才能得到取向结构。如PE、PP、POM。刚性强，不易取向和解取向，但一旦取向，较稳定。（: %一-J一*分子量低，易取向和解取向，必须结晶冻结取向结构。心氏2分子量高，不易取向和解取向，形成较稳定的取向结构。分子间作用力，有利于取向结构的稳定。结晶，不易取向和解取向，取向结构稳定。如PA、

18、PET。B、低分子物：溶剂、增塑剂使Tg、Tf下降，松弛时间缩短，形变加速，易取向和解取向，取向后如果使溶剂挥发或 凝胶，取向可稳定下来。5、简述取向对聚合物性能的影响a晶聚合物：取向度高，力学强度高。b结晶聚合物：取向度高，力学强度高，断裂伸长率低，韧性好。c双轴取向：（1）两方向上拉伸倍数一样，各向异性差别小。（2）两方向上拉伸倍数不一样，各向异性大。d向：Tg提高；热收缩率提高；垂直方向的线膨胀系数约比取向方向大3倍；光学性能第五章成型物料的配制1、 简述塑料工业系统包含的两个体系：一、塑料的生产；二、塑料制品的生产两个体系是相互依存的，成型加工的目的在于根据塑料的原有性能，利用一切可行

19、的方法使其成为具有一定形状而又 可以应用的产品2、塑料成型方法分类，一次成型和二次成型各举三例一次成型：挤出成型、注射成型、模压成型、压延成型、铸塑成型、模压烧结成型、传递成型、发泡成型二次成型：中空吹塑成型、热成型、拉幅薄膜成型3、物料的组成：主要成份树脂，写出六种添加剂的名称主要成份塑料（聚合物），增塑剂、防老剂、填料、润滑剂、着色剂、固化剂、促进剂、发泡剂、阻燃剂、防雾剂、偶 联剂、抗冲击剂第六章塑料的一次成型1、单螺杆挤出机组成的四大系统名称，挤出系统包括的六部分名称单螺杆挤出机是由传动系统、挤出系统、加热和冷却系统、控制系统等几部分组成挤出系统主要包括传动、加料装置、料筒、螺杆、机头和口模等几个部分2、注射机的三大系统名称，注射系统的五部分名称三大系统：注射系统、锁模系统、注射模具五部分：加料装置、料筒、分流梭和柱塞、螺杆、喷嘴3、简述注射成型工艺过程（一）成型前的准备：造粒、预热、干燥、放置嵌件等（二）注射过程五个步骤：（1）加料（2）塑化（3）注射（4）冷却（5）脱模保证定量加料加料少：传压介质少，缺料，产生缺陷，不密实加料多：使物料