高分子材料加工成型原理题库及答案

高分子材料加工成型原理题库及答案一、单项选择题（每题1分，共20分。每题只有一个正确答案，请将正确选项字母填入括号内）1.在挤出成型中，决定熔体输送段稳定产量的关键参数是（）A.螺杆转速  B.机头压力  C.螺槽深度  D.料筒温度答案：B2.注塑成型中，浇口冻结时间的延长通常会导致制品（）A.分子取向降低  B.收缩率减小  C.内应力增大  D.表面光泽提高答案：C3.对于假塑性流体，其流动曲线在双对数坐标中的斜率n＜1，n值越小表明（）A.剪切变稀效应越弱  B.熔体强度越高  C.剪切变稀效应越强  D.熔体弹性越显著答案：C4.吹塑成型型坯下垂的主要原因为（）A.熔体粘度过高  B.型坯温度过高  C.吹气压力不足  D.冷却速率过快答案：B5.在双辊开炼机塑炼天然橡胶时，出现“脱辊”现象，最先调整的工艺参数是（）A.辊距  B.辊温  C.速比  D.翻刀次数答案：B6.下列哪种螺杆元件最适于分散型混合（）A.正向螺纹块  B.反向螺纹块  C.齿形盘  D.密炼转子答案：C7.聚合物熔体在毛细管流变仪中测得的入口压力降主要反映（）A.真实粘度  B.弹性效应  C.滑移长度  D.热扩散系数答案：B8.在热压烧结成型PTFE时，预成型压力不足会直接导致（）A.制品密度梯度大  B.制品表面裂纹  C.制品白度下降  D.制品介电常数升高答案：A9.注塑螺杆回弹量（Suckback）设置过大，容易产生的缺陷是（）A.银纹  B.气泡  C.流痕  D.缩孔答案：D10.对于结晶型聚合物，模温提高通常使晶粒尺寸（）A.减小  B.增大  C.不变  D.先减小后增大答案：B11.在纤维纺丝过程中，熔体破裂出现的临界剪切速率与（）关系最密切A.分子量分布  B.熔体密度  C.热扩散系数  D.表面张力答案：A12.下列哪种冷却方式最适用于厚壁PMMA挤出板材的内应力控制（）A.风冷单面  B.水冷双面渐进  C.接触辊冷  D.自然空冷答案：B13.在反应挤出中，螺杆长径比L/D增加，主要有利于（）A.降低熔温  B.提高停留时间分布宽度  C.提高转化率  D.降低功率消耗答案：C14.聚合物熔体在狭缝口模中的速度分布呈（）A.抛物线形  B.线性  C.塞流形  D.指数形答案：A15.下列哪种现象最能直接反映“Barus效应”（）A.挤出胀大  B.熔体破裂  C.鲨鱼皮  D.热降解答案：A16.在吹膜工艺中，霜白线位置升高，通常意味着（）A.冷却速率加快  B.牵引速度降低  C.熔体温度升高  D.吹胀比减小答案：A17.注塑成型保压阶段的压力衰减规律可用（）模型描述A.Maxwell  B.KelvinVoigt  C.Darcy  D.SpencerGilmore答案：D18.对于交联聚乙烯管材，采用硅烷交联时，交联度测定的标准溶剂是（）A.二甲苯  B.十氢萘  C.四氢呋喃  D.氯仿答案：A19.在聚合物共混挤出中，若两相粘度比λ≈1，则分散相粒径主要受（）控制A.界面张力  B.剪切速率  C.弹性比  D.热导率答案：B20.下列哪种检测方法最适合在线监测吹塑型坯厚度分布（）A.伽马射线  B.红外热像  C.超声脉冲回波  D.激光三角答案：C二、多项选择题（每题2分，共20分。每题有两个或两个以上正确答案，多选、少选、错选均不得分）21.下列因素中，加剧熔体破裂的有（）A.提高剪切速率  B.降低口模长径比  C.提高熔温  D.增加分子量答案：A、B、D22.注塑制品出现黑纹，可能的原因包括（）A.螺杆压缩比过大  B.机筒死角降解  C.背压过低  D.干燥不足答案：A、B、D23.下列属于“剪切致热”明显的成型工艺有（）A.高速注塑  B.冷辊压延  C.反应注射  D.高螺杆转速挤出答案：A、D24.在双螺杆挤出中，提高填充粉体分散性的措施有（）A.提高螺杆转速  B.增加捏合盘数量  C.降低加工温度  D.加入偶联剂答案：B、D25.下列关于聚合物熔体弹性的描述正确的有（）A.可回复剪切应变与第一法向应力差成正比B.挤出胀大比随长径比增大而减小C.口模入口角减小可降低熔体破裂D.弹性效应随温度升高而增强答案：A、B、C26.下列属于“外润滑”作用机理的有（）A.降低熔体与金属壁粘附  B.降低熔体粘度  C.形成迁移膜  D.减少分子链缠结答案：A、C27.下列关于结晶型聚合物冷却速率的叙述正确的有（）A.冷却越快，球晶尺寸越小B.冷却越快，结晶度越低C.冷却越慢，收缩率越大D.冷却速率对光学透明性无影响答案：A、B、C28.在热成型工艺中，防止制品壁厚不均的措施有（）A.预拉伸塞快速移动  B.采用可变温加热  C.提高片材初始温度  D.优化抽真空速率答案：B、D29.下列关于聚合物熔体过滤的说法正确的有（）A.过滤可提高熔体强度  B.过滤可消除凝胶颗粒  C.过滤网目越高，压降越大  D.过滤可延缓螺杆磨损答案：B、C30.下列属于“反应注射成型”特点的有（）A.原料粘度低  B.成型压力低  C.需高速混合  D.需高温熟化答案：A、B、C、D三、填空题（每空1分，共30分）31.聚合物熔体在圆管中的体积流量Q与压力梯度ΔP的关系遵循________定律，表达式为Q=________。答案：HagenPoiseuille，πR⁴ΔP/(8ηL)32.注塑螺杆的三段几何区域依次为________、________、________。答案：加料段、压缩段、计量段33.表征熔体弹性的常用无量纲数为________，其定义为第一法向应力差与________之比。答案：Deborah数，剪切应力34.在吹膜工艺中，吹胀比α与牵引比β的乘积称为________，它决定薄膜的________取向。答案：总拉伸比，双轴35.毛细管流变仪测得的表观剪切速率需进行________校正，才能得到真实剪切速率，该校正因子为________（给出表达式）。答案：Rabinowitsch，(3n+1)/(4n)36.聚合物熔体在狭缝口模中的最大剪切速率出现在________位置，其表达式为________。答案：模壁，6Q/(WH²)37.热压成型PTFE时，其烧结升温速率一般控制在________℃/h，以防止________。答案：30～50，热爆38.在反应挤出中，停留时间分布函数E(t)的积分归一化条件为________。答案：∫₀^∞E(t)dt=139.聚合物熔体的动态复数粘度η由________粘度与________粘度两部分组成。答案：动态剪切，动态弹性40.注塑保压切换位置提前，制品重量________，尺寸________。答案：减小，变小41.挤出机螺杆的固体输送理论由________提出，其模型假设螺槽内物料为________。答案：DarnellMol，塞流42.聚合物熔体破裂的临界剪切应力σ_c与________的0.5次方成正比，该关系称为________准则。答案：表面张力，Tordella43.在纤维纺丝中，熔体细流受到的最大拉伸应变率ε̇_max≈________，其中v_L为卷绕速度，L为________。答案：v_L/L，纺程长度44.聚合物共混的“相反转”点可用________参数预测，其表达式为________。答案：粘度比与体积分数综合，φ₁/φ₂=η₁/η₂45.热成型片材的“下垂”量Δy与________的四次方成正比，与________成反比。答案：片材长度，弯曲模量四、简答题（每题8分，共40分）46.简述挤出螺杆计量段熔体输送理论的简化假设，并给出产量公式，说明各符号物理意义。答案：假设：1.等温、稳态、层流；2.熔体为不可压缩牛顿流体；3.螺槽宽深比>10，忽略侧壁影响；4.螺杆静止，料筒旋转；5.忽略螺棱漏流。产量公式：Q=(π²D²HNcosφsinφ)/2−(πDH³sin²φΔP)/(12ηL)。符号：D螺杆直径，H螺槽深度，N转速，φ螺旋角，ΔP压力降，η熔体粘度，L计量段长度。第一项为正流，第二项为压力流。47.说明注塑成型中“分子取向”对制品力学性能的影响，并列举两种降低取向的工艺措施。答案：分子取向使平行取向方向强度、模量提高，垂直方向降低，导致各向异性、翘曲、低温脆性。措施：1.提高熔体温度降低熔体弹性；2.降低注射速度或采用多级注射；3.提高模温延长松弛时间；4.加大浇口尺寸降低剪切。48.比较“吹塑”与“热成型”在成型温度窗口选择上的差异，并解释原因。答案：吹塑温度窗口窄，需略高于熔点或粘流温度，保证型坯垂熔强度与可吹胀性；热成型窗口宽，需处于高弹区，低于熔点10～40℃，保证片材均匀延展不破裂。吹塑需熔体强度，热成型需高弹形变。49.简述聚合物熔体“鲨鱼皮”缺陷的形成机理，并给出两种抑制方法。答案：鲨鱼皮为模壁滑移粘附交替引发出口熔体表面周期性破裂。机理：模壁处熔体在临界剪切应力下滑移，出口瞬间释放弹性恢复，形成肋状波纹。抑制：1.降低挤出速率；2.提高熔温；3.采用入口角小的流线型口模；4.添加含氟加工助剂形成润滑层。50.说明“反应注射成型（RIM）”与传统注塑在原料体系、设备、能耗三方面的主要区别。答案：原料：RIM用低粘度单体或预聚体，瞬间聚合；传统注塑用高粘度聚合物熔体。设备：RIM需高压撞击混合头、低压模具，无需塑化螺杆；传统注塑需塑化装置、高压锁模。能耗：RIM料温低（40～60℃），模温适中，能耗低；传统注塑需高温塑化（200～300℃），能耗高。五、计算题（每题15分，共30分）51.某PP熔体在毛细管流变仪（直径1mm，长径比20）中于230℃下测得：活塞速度2mm/s，活塞直径12mm，入口压力降3MPa，筒壁传感器压力5MPa。已知熔体密度0.78g/cm³，忽略入口损失，求：(1)表观剪切速率γ̇_a；(2)表观粘度η_a；(3)若n=0.35，求真实剪切速率γ̇。答案：(1)体积流量Q=(π/4)(0.012m)²×0.002m/s=2.26×10⁻⁷m³/s；毛细管半径R=0.5mm。γ̇_a=4Q/(πR³)=4×2.26×10⁻⁷/(π×(5×10⁻⁴)³)=1152s⁻¹。(2)剪切应力τ_w=RΔP/(2L)=0.5×10⁻³×5×10⁶/(2×20×10⁻³)=62.5kPa。η_a=τ_w/γ̇_a=62.5×10³/1152=54.3Pa·s。(3)γ̇=γ̇_a×(3n+1)/(4n)=1152×(3×0.35+1)/(4×0.35)=1152×1.357=1564s⁻¹。52.某注塑机螺杆直径40mm，计量段螺槽深2mm，螺旋角17°，转速100rpm，熔体为假塑性流体n=0.4，η₀=200Pa·s。假设等温，忽略漏流，求：(1)正流流量Q_d；(2)若需保持零压力流，机头应提供多大背压ΔP？(3)若实际背压为5MPa，求实际产量Q。答案：(1)Q_d=(π²D²HNcosφsinφ)/2，φ=17°，N=100/60=1.67rps，H=0.002m。Q_d=(π²×0.04²×0.002×1.67×cos17°×sin17°)/2=1.02×10⁻⁵m³/s=36.7L/h。(2)零压力流需ΔP=0。(3)压力流系数K_p=(πDH³sin²φ)/(12ηL)，设L=4D=0.16m。K_p=(π×0.04×0.002³×sin²17°)/(12×200×0.16)=1.05×10⁻¹²m³/(Pa·s)。Q_p=K_pΔP=1.05×10⁻¹²×5×10⁶=5.25×10⁻⁶m³/s。实际Q=Q_d−Q_p=1.02×10⁻⁵−0.525×10⁻⁵=0.495×10⁻⁵m³/s=17.8L/h。六、综合应用题（每题20分，共40分）53.某企业采用φ65单螺杆挤出机生产HDPE管材（外径110mm，壁厚10mm），发现管材表面出现周期性竹节纹，壁厚不均，且内壁有微裂纹。现场测得：熔温220℃，螺杆转速30rpm，机头压力12MPa，牵引速度0.6m/min，模温40℃。要求：(1)诊断缺陷成因；(2)提出三步优化方案并给出量化参数；(3)说明检测验证手段。答案：(1)竹节纹+微裂纹为典型熔体破裂与冷却过快叠加；壁厚不均源于模温低、冷却不均；低模温使熔体松弛不足，高剪切下出现鲨鱼皮。(2)优化：①熔温提高至235±2℃，降低熔体粘度约20%，减小剪切应力；②模温升至55℃，采用分区油模温机，温差≤3℃；③螺杆转速降至22rpm，同时牵引速度降至0.45m/min，保持吹胀比1.25不变，降低γ̇约25%。(3)验证：在线激光测厚仪测壁厚CV值由>6%降至<3%；离线SEM观察内壁粗糙度Ra由1.2µm降至0.4µm；耐环境应力开