高分子材料加工作业

1、郭存悦 高分子材料加工作业 1 单螺杆挤出机与双螺杆挤出机各有什么特点？单螺杆挤出机为什么难以加工粉料？采取哪些措施可以提高挤出机的固体输送能力？答：（1）单螺杆挤出机特点：连续成型，产量大，生产效率高。制品外形简单，是断面形状不变的连续型材。制品质量均匀密实，各向异性小，尺寸准确性较好。但是由于加工材料及其共混物以及硬质聚氯乙烯粉料时，单螺杆挤出机有很大的局限性：由于单螺杆挤出机输送作用主要靠摩擦，因此加工粉料、玻纤、无机填料时较难加入；由于单螺杆排气式挤出物料在表面更新作用小，因此排气性差。单螺杆挤出机不适合某些工艺过程，比如聚合物的着色，因为物料在料筒时间既要短又要固定。单螺杆挤出机停留

2、时间一般较长，而且各部分物料的停留时间也不相等。再如热固性粉料的混合，对温度、压力等条件要求很严格，单螺杆挤出机达不到要求。双螺杆挤出机特点：双螺杆挤出机是在单螺杆挤出机基础上发展起来的，具有单螺杆挤出机的优点，并且还具有单螺杆挤出机所不具有的优点，容易加料：双螺杆挤出机靠正位移原理输送物料 ，不会有压力回流。物料在双螺杆挤出机中停留时间短：适合于那些停留时间过长就会固化或凝聚的物料的着色与混合，比如热固性粉末涂层材料的挤出。优异的排气性：由于双螺杆挤出机啮合部分的有效混合，排气部分的自洁功能使得物料在排气段能获得完全的表面更新。优异的混合与塑化效果：由于两根螺杆互相啮合，物料在挤出过程中进行

3、着比单螺杆挤出机中更复杂的运动，经受纵横双向的剪切混合。较低的比功率消耗：由于双螺杆挤出机的螺杆长径比较短，物料的能量多由外热输入；而单螺杆挤出机的螺杆长径比要大出2030%，并且机头和分流板筛网增加了阻力，因此相同产量的双螺杆挤出机比单螺杆挤出机的能耗要低50%。双螺杆挤出机的容积效率非常高：其螺杆特性线较硬，流率对口模压力的变化不敏感，用于挤出大截面的制品比较有效，特别是挤出难以加工的材料时。单螺杆挤出机的流率对口模压力变化比较敏感。（2）由于单螺杆挤出机的输送作用主要是依靠摩擦，因此加料性能受到限制，粉料、玻纤、无机填料等较难加入；（3)增大螺杆直径，加大螺杆转速，可以提高加料段固体输送

4、率。还有加长计量段也有利于物料的熔融均化，不仅提高生产力还能提高产品质量，但也不益过长。还可以增加螺槽深度,降低塑料与螺杆的摩擦系数，增大塑料与料筒的摩擦系数。2 热固性塑料模压成型与橡胶的模型硫化各有什么特点？其中工艺参数如何设定？答：（1）热固性塑料的模压成型工艺特点：成型工艺及设备成熟，是较老的成型工艺，设备和模具比注射成型简单。间歇成型，生产周期长，生产效率低，劳动强度大，难以自动化。制品质量好，不会产生内应力或分子取向。能压制较大面积的制品，但不能压制形状复杂及厚度较大的制品。制品成型后，可趁热脱模。工艺参数设定考虑以下几个方面：模压压力：压力高，一般对各种性能是有利的，但对模具使用

5、寿命有影响，设备功率消耗大。模压温度：即成型时的模具温度，温度的高低主要由塑料的本性决定，一般情况下，温度升高，硬化速度增加，固化时间减少，模塑周期下降，对生产有利。模压时间：从充模加压到完全固化为止的这段时间，一般来说时间增加，固化快，模压时间下降，模塑周期下降。（2）橡胶的模型硫化：模型硫化生产工艺基本上与热固性塑料的模压成型相同，橡胶制品最后是通过交联硫化形成的网状结构的制品。硫化以后橡胶内部形成网状结构，分子间主要以化学键结合，橡胶硫化后，物理性能（强度，耐油性，硬度等）与化学性能（化学稳定性）变化较大。对物理性能变化及原因进行举例：如拉伸强度上升是由于硫化后产生的交联键使橡胶受外力拉

6、伸时，应力通过交联键分散，由交联键，橡胶分子自身共价键，范德华力等共同抵抗外力，而交联前橡胶主要是范德华力与部分橡胶自身共价键抵抗外力。弹性，扯断强度，撕裂强度提高，定伸强度提高，硬度提高，但是其伸长率以及疲劳生热，压缩永久变形等下降。对化学性能变化，化学稳定性提高，交联反应使得化学活性很高的基团或原子不复存在，使老化反应难以进行。网状结构阻碍了低分子的扩散。硫化历程可分为四个阶段硫化诱导期（焦烧时间）内，交联尚未开始，胶料有很好的流动性。硫化诱导期以后便是以一定速度进行交联的预硫化阶段。过硫期，正硫化后，继续硫化进入过硫化。工艺参数设定考虑以下几个方面：硫化温度，硫化速度随温度的升高而加快，

7、所以升高温度能提高生产率，一般当温度增加8-10度，时间可缩短一倍。硫化时间，在一定的P,T下，时间增加，硫化程度增加，性能变好，但时间太长，会发生降解，性能下降，时间太短，没达到较好的硫化。硫化压力，大多数橡胶制品的硫化是在一定压力下进行的，加压的目的和压力高低的影响同热固性塑料，一般模压制品的硫化压力为2-4MPa。3 注射成型机有哪几类？其结构与工作特点如何？结晶性塑料与无定形塑料注射成型时模具温度应如何控制？答：按塑化方式分类分为 柱塞式注射机、移动螺杆式注射机、双阶柱塞式注射机、螺杆预塑化柱塞式注射机。按注射机外形特征分为：卧式注射机、立式注射机、角式注射机。按注射机的传动方式分为：

8、机械式注射机，液压式注射机，液压机械式注射机。注射机的基本结构包括注射系统、锁模系统、液压系统、注射模具。其中注射系统包括加料装置，料筒，移动螺杆以及喷嘴等。工作特点：间歇操作、周期短、生产效率高；可以成型形状复杂、尺寸准确的制品；生产过程自动化程度高；适应性较强。模温：模具温度的高低影响充模后熔体冷却的快慢，进而影响生产周期及制品性能。结晶性塑料，温度降到Tm以下即结晶，故结晶速度受冷却速率的控制。模温高、冷却速率小，塑料在其最大结晶区域停留时间长，制品的结晶度高，因晶体生长时间长，球晶结构较稳定，球晶尺寸大。但过高的结晶度和球晶尺寸易使制品发脆。高模温也会延长成型周期。因此，高模温适合于生

9、产结晶速率很低的塑料。无定形塑料，注射充模后无相转变，故模温高低主要影响冷却时间长短，较低的模温，冷却快，生产效率提高。对熔融粘度较低或中等的无定形塑料，如PS等采用较低的模温。对熔融粘度较高的无定形塑料，如PPO,PC，PSF应采用较高的模温。4 影响注射成型制品内应力的因素有哪些？如何消除内应力？如何减少注射制品的收缩率？分析注射成型过程中料筒、喷嘴、模腔内入口处和最远端的压力变化曲线。答：（1）温度梯度产生的体积温差应力。分子解取向受到阻滞而产生的取向应力。结晶聚合物产生的内应力。金属锻件和脱模顶出时产生的内应力。各种内应力中温度应力和取向应力最重要。消除方法：使用温度以上10-20，或

10、HDT以下10-20进行热处理。保压压力高，补料多，可以使成品收缩率下降；凝封时，封口压力越高，封口料温越低，有利于降低制品的收缩率。5 热成型过程压力来源有几类？如何制得H/D高、表面光滑、壁厚均匀的高精度制品？答：热成型过程中压力来源主要靠抽真空和引进压缩空气在器件两面形成压差，有时也借助于机械压力或液压力。气压成型适合于成型精度高，H/D高、表面光滑、壁厚均匀的高精度制品。6 如何用三种不同方法，从粉末料出发，制造形状如下、内外表面光滑的PC水杯杯体? 说明配方、成型设备、工艺及主要工艺参数（每个杯体容积1 L，重30 g）。由杯体结构和性能要求分析，决定采用中空吹塑三种方法：注射吹塑，

11、挤出吹塑，拉伸吹塑:设备：型坯成型装置，吹胀装置，辅助装置配方：PC粉体以及增塑剂，稳定剂，填充剂，润滑剂，增强剂，着色剂等助剂1) 注射吹塑工艺过程：由注射机在高压下将熔融塑料注入型坯模具形成管状型坯，开模后型坯留在芯模上，通过机械装置将热型坯置于吹塑模具内，合模由芯模通道引入压缩空气，吹胀达到所需的形状，在空气压力下冷却定型，脱模后得到制品。工艺条件型坯温度是关键。2) 挤出吹塑挤出吹塑成型是将挤出成型的半熔融状态的塑料管坯(型坯)，趁热置于各种形状的模具中， 并即时在管坯中通入压缩空气将其吹胀， 使其紧贴于模腔壁上成型，经冷却脱模后得到中空制件的热成型过程。它的整个成型过程可以分为型坯形

12、成、型坯吹胀以及冷却和固化三阶段。工艺参数：型坯温度应适当，太低，表面粗糙，太高，下垂严重。挤出速度适当。空气压力在27个大气压。吹胀比在24之间。3)拉伸吹塑：在挤出或注射型坯基础上，通过适宜拉伸温度下先纵向拉伸同时或稍后以压缩空气进行横向拉伸，得到的制品透明性增加。如采用一步法：先挤出管坯，型坯定型，之后将型坯移至拉伸吹塑模具，进行拉伸吹塑，最后脱模得到制品。成型中需对塑化温度，拉伸倍率等工艺条件进行控制。7 复杂多层中空制件如何用注塑方法成型？答：可以采用多层吹塑成型：通过多层挤出成型工艺或注塑工艺制得的两层以上的坯壁分层而又粘在一起的型坯，再经吹塑得到多层中空制品成型。几种常见的多层吹

13、塑用塑料：双层复合：1.聚乙烯/尼龙（壁厚 9:1）2.聚乙烯/聚氯乙烯（壁厚 2:1）3 层复合：1.聚乙烯/乙烯- 醋酸乙烯共聚物/尼龙2.聚乙烯/乙烯- 醋酸乙烯共聚物/聚乙烯3.聚丙烯/黏合剂/尼龙5 层复合：高密度聚乙烯/黏合剂/EVOH/黏合剂/高密度聚乙烯6 层复合：聚乙烯共聚物/回收料/黏合剂/EVOH/黏合剂/聚丙烯共聚物8 压延成型的设备及工艺特点如何？几种制品厚度调节方法的依据是什么？橡胶的压延成型有几类？各有何特点？答：按用途分为：压片压延机，擦胶压延机，压片擦胶压延机，贴合压延机，压型压延机，压光压延机，实验用压延机。按辊筒数目：两辊压延机，三辊压延机，四辊擦胶压延机

14、，五辊压延机。工艺特点：连续成型，生产能力大，操作方便，易自动化；产品质量均匀，致密、精确成型不用模具，辊筒为成型面，表面可压花纹制品为薄层连续型材，断面形状固定，制品尺寸大成型适应性不是很宽供料必须紧密配合，是连续生产线设备大，投资高，辅助设备多，但生产能力大。调节方法：中高度补偿法，因为震动的轴在中间容易凸起；轴交叉法，通常最后一个辊筒，轴交叉在2以内，否则辊筒两侧接近中区的部分产品偏薄。橡胶的压延成型：压片压延机，三辊或四辊，各辊的转速相同；擦胶压延机，三辊，各辊间有一定的转速比。通用压延机三辊或四辊各辊的速比可变。压型压延机二辊、三辊或四辊，一个辊筒表面刻有花纹或沟槽，并可以拆换。钢丝压延机四辊用于钢丝帘布的贴胶。9 指出压延操作时两辊间物料翻转、停滞、加速（超