高分子材料加工成型原理题库
填空：
1． 聚合物具有一些特有的加工性质，如有良好的__可模塑性__，__可挤压性__，__可纺性__和__可延性__。正是这些
加工性质为聚合物材料提供了适于多种多样加工技术的可能性。
2． __熔融指数__是评价聚合物材料的__可挤压性__这一加工性质的一种简单而又实用的方法，而__螺旋流动试验__
是评价聚合物材料的__可模塑性__这一加工性质的一种简单而又实用的方法。 3． 在通常的加工条件下，聚合物形变主要由__高弹形变__和__粘性形变__所组成。从形变性质来看包括__可逆形变__
和__不可逆形变__两种成分，只是由于加工条件不同而存在着两种成分的相对差异。
4． 聚合物的粘弹性行为与加工温度T有密切关系，当T>Tf时，主要发生__粘性形变__，也有弹性效应，当Tg 三部分所组成。 6． 假塑性流体在较宽的剪切速率范围内的流动曲线，按照变化特征可以分为三个区域，分别是：__第一牛顿区__、__ 非牛顿区__和__第二牛顿区__。 7． 聚合物液体在管和槽中的流动时，按照受力方式划分可以分为__压力流动__、__收敛流动__和__拖拽流动__； 按流动方向分布划分：__一维流动__、__二维流动__和__三维流动__。 8． 影响聚合物流变形为的的主要因素有：_温度_、_压力_、_应变速率_和_聚合物结构因素_以及_组成_等。 9． 聚合物流动行为最常见的弹性行为是_端末效应_和_不稳定流动，它们具体包括：_入口效应_、出口膨胀效应、__ 鲨鱼皮现象__和__熔体破裂__。 10.聚合物加工过程中的主要的物理变化有：结晶_和_取向；主要化学变化有：降解_和_交联。 11.加工成型过程中影响结晶的主要因素有：_冷却速率_、_熔融温度_、_熔融时间_、_应力作用__以及__低分物和链结构的影响__。 12.加工成型过程中取向按照流动成因可分为：拉伸取向_和_流动取向；按照取向方式可分为：单轴取向_和__双轴取向__。 13.聚合物在成型加工过程或长期使用容易发生老化现象，有效方法之一是添加__防老剂__，按照功用的不同可将防老剂具体分为：__稳定剂__、__光稳定剂__、__抗氧剂__和__驱避剂__等。 14.聚合物在成型加工过程中物料的混合过程一般是靠__扩散__、__对流__和__剪切__三种作用实现的。 15.单螺杆挤出机的基本结构主要包括五个部分，它们分别是：传动装置_、加料装置_、料筒_、螺杆、机头口模。 16.根据物料在螺杆中的变化特征将螺杆分为三个部分：__加料段__、__压缩段__、__均化段__。 17.挤出机的机头与口模的组成部件包括：__过滤网_、多孔板_、_分流器__、__模芯__、__口模_和__机颈__等。 18.注射机按照结构特征划分可以分为__柱塞式__和__螺杆式__。它们都主要由三个主要系统构成，具体包括：__注射系统__、__锁模系统__和__模具系统__。 19.注射机的螺杆的主要作用是：__送料__、__压实__、__塑化__、__传压__。 20.塑料一次成型工艺有多种，其中用于最广泛的四种分别有：挤出成型、注塑成型、模压成型_和__压延成型__。 21.注射模具的结构可以千变万化，而且基本结构都是一致的，主要由：浇注系统、成型零件__和__结构零件__三大部分组成。 名词解释： 一次成型：—次成型是通过加热使塑料处于粘流态的条件下，经过流动、成型和冷却硬化(或交联固化)，而将塑料制 成各种形状的产品的方法 二次成型：在一定条件下将一次成型得到的片、板、棒等塑料成品，加热使其处于类橡胶状态，通过外力作用使其形 变而成型为各种较简单形状，再经冷却定型而得新产品。 1 挤出成型：借助螺杆或柱塞的挤压作用，使受热融化的塑料在压力推动下，强行通过口模而成为具有恒定截面的连续 型材的一种成型方法。 压制成型：将粉状或糊团等形状的热固性树脂加入加热的模具型腔内，然后闭合模具加压加热，使树脂达到流动状态， 并充满模具型腔的各个角落，同时，通过交联反应固化定型，经适当的固化时间后，打开模具取出制品。 压延成型：先用各种塑炼设备将成型物料熔融塑化，然后使已塑化的熔体通过一系列相向旋转的滚筒间隙，使之经受 挤压与延展作用成为平面状的连续塑性体，再经过冷却定型和适当的后处理即得到膜、片类塑料制品。 注射周期：注射周期或称总周期，指完成一次注射成型所需的时间。 压延效应：在压延过程中，热塑性塑料由于受到很大的剪切应力作用，因此大分子会顺着薄膜前进方向发生定向作用， 使生成的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。 中空吹塑成型：将挤出或注射成型的塑料管坯(型坯)在高弹态时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，经冷却脱模后即得中空制品。 热成型：利用热塑性塑料的片材作为原料，夹在模具的框架上，让其在Tg至Tf间的适宜温度加热软化，施加压力， 使其紧贴模具的型面，取得与型面相仿的形状尺寸，经冷却定型和修整后即得制品。 牛顿流体：在一维剪切流动情况下，当有剪切应力于定温下施加到两个相距dr的流体平行层面并以相对速度dv运动， 剪切应力与剪切速率成线性关系的流体称为牛顿流体. 非牛顿流体：不遵从牛顿流动定律的流体统称为非牛顿流体。 粘度：又叫切变粘度系数，简称粘度产生单位剪切速率（速度梯度）所必须的剪切应力值 宾汉液体：与牛顿流体相同， 剪切速率～ 剪切应力的关系也是一条直线，不同处：它的流动只有当 高到一定程度 后才开始，需要使液体产生流动的最小应力y称为屈服应力。当 y时，完全不流动 。 假塑性液体：流体的表观粘度随剪切应力的增加而降低。也即切力变稀现象。 膨胀性液体：流体的表观粘度随剪切应力的增加而增加，也即切力增稠现象。 剪切速率：单位时间内流体所产生的剪切应变 端末效应：管子进口端与出口端与聚合物液体弹性行为有关的现象称为端末效应。 鲨鱼皮症：一般指“鲨鱼皮症”，是发生在挤出物熔体流柱表面上的一种缺陷现象，其特点是在挤出物表面形成很多细 微的皱纹，类似于鲨鱼皮。 熔体破碎：也是一种不稳定流动现象，具体是挤出物表面出现凹凸不平，外形畸变支离断裂，内部和外部都产生破坏 的现象。 结晶：是指晶体形成的具体过程。 2 取向：聚合物结构单元或纤维状填料在某种程度上顺着流动的方向作平行排列，这种排列常成为取向 降解：降解：聚合物分子量降低的作用。 交联：聚合物的加工过程，形成三向网状结构的反应称为交联 熔融指数：是指在一定载荷下定温下10分钟内聚合物从出料口挤出的重量，单位是克。 温度敏感指标：给定剪切速率下相差40℃的两个温度T1和T2的粘度比。 2、分别阐述聚合物在高弹态和粘流态时的粘弹性形变特点。 即使在较小的外力作用下，也能迅速产生很大的形变，并且当外力除去后，形变又可逐渐恢复。这种受力能产生很大的形变，除去外力后能恢复原状的性能称高弹性，相应的力学状态称高弹态。 当温度升到足够高时，在外力作用下，由于链段运动剧烈，导致整个分子链质量中心发生相对位移，聚合物完全变为粘性流体，其形变不可逆，这种力学状称为粘流态。 3、什么是聚合物的力学三态，各自的特点是什么？各适用于什么加工方法？ 玻璃态、高弹态和粘流态称为聚合物的力学三态。 聚合物在外力作用下的形变小，具有虎克弹性行为：形变在瞬间完成，当外力除去后，形变又立即恢复，表现为质硬而脆，这种力学状态与无机玻璃相似，称为玻璃态。 车、铣、刨、削等机械加工 这种受力能产生很大的形变，除去外力后能恢复原状的性能称高弹性，相应的力学状态称高弹态。 真空成型、压力成型、压延、弯曲成型等加工 聚合物完全变为粘性流体，其形变不可逆，这种力学状称为粘流态。 熔融纺丝、注射、挤出、吹塑、贴合等加工 4、画出几种典型流体的剪切力-剪切速率流动曲线，并简单说明各自的流变行为特征。 宾汉流体： 与牛顿流体相同， 剪切速率～ 剪切应力的关系也是一条直线，不同处：它的流动只有当 高到一定程度后才开 3 始，需要使液体产生流动的最小应力y称为屈服应力。当 y时，完全不流动 。 假塑性流体： 流体的表观粘度随剪切应力的增加而降低。也即切力变稀现象。 膨胀性流体： 流体的表观粘度随剪切应力的增加而增加，也即切力增稠现象。 牛顿流体： 在一维剪切流动情况下，当有剪切应力于定温下施加到两个相距dr的流体平行层面并以相对速度dv运动，剪切应力与剪切速率成线性关系的流体称为牛顿流体. 6、影响聚合物粘度的因素分别有哪些？ 对于高聚物熔体来说，影响粘度的因素有许多，应力、应变速率、温度、压力、分子参数和结构、相对分子质量分布、支化和添加剂等。但归结起来有两个方面： ❖ (1)熔体内的自由体积因素，自由体积 粘度 ❖ (2)大分子长链间的缠结，凡能减少缠结作用因素，都能加速分子运动，粘度 7、压力流动、收敛流动、拖拽流动的定义及各自常见发生场合。 ❖ 压力流动：在简单的形状管道中因受压力作用而产生的流动。<受力:压力、剪切力>；聚合物成型时在管内的 流动多属于压力梯度引起的剪切流动。如注射时流道内熔体的流动。 ❖ 收敛流动：在截面积逐渐减小的流道中的流动。<受力:压力、剪切力、拉伸力>；多发生在在锥形管或其他截 面积逐渐变小的管道中。 ❖ 拖拽流动：在具有部分动件的流道中的流动。<受力：拉伸力、剪切力>，如在挤出机螺槽中的聚合物流动以及 线缆包覆物生产口模中。 8、牛顿流体及非牛顿流体在圆管中的流动特征各是什么？ 牛顿流体在圆管中的流动特征: ❖ 剪切应力：管壁处剪切应力最大，中心处为零；剪切应力在液体中的分布与半径成正比，并呈直线关系。 ❖ 流体速度：液体在圆形管道中的流动时具有抛物线型的速率分布；管中心处的速率最大，管壁处为零，圆管中 的等速线为一些同心圆。 非牛顿流体流动的特征： ❖ 剪切应力：管壁处剪切应力最大，中心处为零；剪切应力在液体中的分布与半径成正比，并呈直线关系。（与 牛顿流体相同） ❖ 流体速度：对于膨胀性非牛顿液体(n＞1)，速度分布曲线变得较为陡峭，n值愈大，愈接近于锥形；对假塑性 非牛顿液体(n＜1)，分布曲线则较抛物线平坦；n愈小，管中心部分的速度分布愈平坦，曲线形状类似于柱塞。管中心处的速率最大，管壁处为零，圆管中的等速线为一些同心圆。 9、聚合物加工中，对于尺寸变化的管道中通常采用一段有收敛作用的管道来连接，是何原因？ 答：避免任何死角的存在，减少聚合物因过久停留而引起的分解，同时有利于降低流动过程因强烈扰动带来的总压力降，减少能耗，减少流动缺陷，提高产品质量和设备生产能力。 10、入口效应和出口效应对聚合物加工有何不利？一般怎样去降低？ 1入口效应和离膜膨胀效应通常对聚合物加工来说都是不利的，特别是在注射、挤出和纤维纺丝过程中，可能导○ 制产品变形和扭曲，降低制品尺寸稳定做并可能在制品内引入内应力，降低产品机械性能。 2增加管子长度、增加管径、L/D增加，减小入口端的收敛角，适当降低加工应力、增加加工温度、给以牵伸力，○ 4 减小弹性变形的不利因素。 11、什么是鲨鱼皮症？试总结产生的原因。 一般指“鲨鱼皮症”，是发生在挤出物熔体流柱表面上的一种缺陷现象，其特点是在挤出物表面形成很多细微的皱纹，类似于鲨鱼皮。 原因： ❖ 一方面主要是熔体在管壁上的滑移，熔体在管道中流动时，管壁附近速度梯度最大，其大分子伸展变形程度比 中心大，在流动过程中因大分子伸展产生的弹性变形发生松弛，就会引起熔体流在管壁上出现周期性滑移。 ❖ 另一方面，流道出口对熔体的拉伸作用也是时大时小，随着这种张力的周期性变化，熔体流柱表层的移动速度 也时快时慢，流柱表面上就会出现不同形状的皱纹。 12、总结并简单分析加工成型过程中影响结晶的因素。 1、冷却速度的影响 2、熔融温度和熔融时间的影响 3、应力作用的影响： 压力影响球晶的大小：压力低能生成大而完整的晶体；高压下形成小而形状不规则的球晶。压应力会使聚合物的结晶温度提高。 4、低分子物和固体杂质的影响 14、聚合物成型加工过程中在管道或模具中取向结构分布规律？ 分子取向从浇口处起顺着料流方向逐渐增加，达到最大点后逐渐减小，中心区和表面层取向程度不高，中心区四周取向程度高。 15、聚合物取向对制件性能的影响有哪些？（详细在课本P82） ① 单轴取向：取向方向上制品的拉伸屈服强度↑，模量↑，压缩屈服强度↓，非晶聚合物断裂伸长率↑，结晶聚合物断裂伸长率↓；非取向方向上性能变化和上述相反。 ② 双轴取向：两个取向方向上制品的模量、抗拉强度和断裂伸长率↑，但取向度小的取向方向上的性能变化程度低于另一个方向上的。 16、成型加工过程中如何避免聚合物的降解？ (1)严格控制原材料技术指标，使用合格原材料； (2)使用前对聚合物进行严格干燥； (3)确定合理的加工工艺和加工条件，使聚合物能在不易产生降解的条件下加工成型； (4)加工设备和模具应有良好的结构； (5)在配方中考虑使用抗氧剂、稳定剂等以加强聚合物对降解的抵抗能力。 17、塑料制品中有哪些原材料和添加剂？其各自的作用？ 聚合物是塑料的主要成分 主要添加剂有： 增塑剂 作用：降低塑料的软化温度范围、提高其加工性、柔韧性或延展性 防老剂 防老剂的作用： （1）抑制聚合物的降解作用：稳定剂——去除聚合物中原有的和新形成的活性中心，以抑制聚合物继续降 解。 （2）抑制聚合物的氧化作用：抗氧剂——能代替易受氧化分解的聚合物与氧反应，防止或推迟氧对聚合物 的影响，抑制聚合物的氧化。 5 填料 作用： ① 降低成本，减少聚合物消耗； ② 提高制品性能。 润滑剂 作用：是减少分子之间、聚合物粒子之间、树脂和填料之间的摩擦，以及熔体和设备、制品和模具之间的摩 擦，以改善加工流动和脱模性。 着色剂作用：使制品获得鲜艳的色彩，增进美观。 固化剂 使树脂完成或加快交联反应的物质。 18、常见的混合设备有哪些？并说明每种设备主要采用什么作用实现混合的？（课本P112） ❖ 初混合：捏合机、高速混合机、管道式捏合机等； ❖ 混合塑炼：双辊塑炼机、密炼机、挤出机等。 作用：。。。。。。。。 19、简述单螺杆挤出机的基本结构，螺杆的基本参数，机头和口模的组成部件。 基本结构主要包括：传动装置、加料装置、料筒、螺杆、机头与口模。 螺杆的主要参数：直径、长径比、压缩比、螺距螺槽深度、螺旋角、杆筒间隙 机头与口模： 主要组成：滤网、多孔板、分流器、模芯、口模和机颈等。 20、分析主要螺杆参数对加工过程的影响。 直径：D↑，加工能力↑。挤出机生产率∝D2，D通常为45~150mm； 长径比：L/D↑，改善物料温度分布，有利于混合及塑化，生产能力↑； 但L/D过大，物料可能发生热降解，螺杆也可能因自重而弯曲，功耗增大；L过小则塑化不良。L/D通 常为18~25； 螺槽深度： 螺槽深度↓，剪切速率↑，传热效率↑，混合及塑化效率↑，生产率↓。故热敏性塑料宜用深螺槽， 而熔体粘度低且热稳定性好的塑料宜用浅螺槽。 螺旋角： 螺旋角↑，生产能力↑，对塑料的剪切作用和挤压力↓。 21、根据物料的变化特征可将螺杆分为几个阶段，它们各自的作用是什么？ 加料段（Ⅰ）、压缩段（Ⅱ）、均化段（Ⅲ） 加料段（Ⅰ）作用：将料斗供给的料送往压缩段，塑料在移动过程中一般保持固体状态由于受热而部分熔化。 压缩段（Ⅱ）作用：压实物料，使物料由固体转化为熔体，并排除物料中的空气。 均化段(计量段)的作用：是将熔融物料，定容(定量)定压地送入机头使其在口模中成型。均化段的螺槽容积与加料一样 恒定不变。 6 22、简单叙述挤出成型、注射成型、压制成型、压延成型各自的工艺过程。 1、挤出成型工艺主要程序：物料的干燥，成型，定型与冷却，制品的牵引与卷取，制品的后处理。 2、注射过程：塑化→充模→保压→冷却→脱模 3、压制成型过程主要包括：加料、闭模、排气、固化、脱模与清理模具。 4、压延工艺过程： 1供料阶段：捏合 → 塑化 → 供料 ○ 2压延阶段：压延 → 牵引 → 刻花 → 冷却定型 → 输送 → 切割、卷取 ○ 23、比较注塑螺杆和挤出螺杆在结构上的主要差别。 注塑螺杆和挤出螺杆在结构上的主要差别： ❖ 注塑螺杆长径比比挤出螺杆小； ❖ 注塑螺杆均化段螺槽深度比挤出螺杆深； ❖ 注塑螺杆压缩比比挤出螺杆小； ❖ 注塑螺杆加料段长度比挤出螺杆长，而均化段长度比挤出螺杆短； ❖ 挤出螺杆多为圆头或锥头，而注塑螺杆多为尖头并带有特殊结构。 ❖ 注塑螺杆只起预塑化和注射作用，对塑化能力、压力稳定性以及操作连续性和稳定性没有挤出螺杆要求高。 24、阐述注射机的基本结构。 注射系统——包括：加料装置、料筒、螺杆（分流梭和柱塞）、喷嘴； 锁模系统——是实现闭合模具、开启模具和顶出制品的机构。 模具——包括：主流道、分流道、浇口、型腔、排气孔、导向零件、脱模装置、抽芯机构、加热或冷却系统 25、分析在注射成型中确定料筒温度的依据 ❖ 料筒末端温度要高于Tf或Tm，但不能超过分解温度Td ❖ 一般地，螺杆式注射机的料筒温度要比柱塞式的低10~20℃ ❖ 薄制品采用较高料筒温度，厚制品需要较低的料筒温度，形状复杂或有嵌件的制品采用较高温度。 26、如何确定注射成型中的喷嘴温度？ ❖ 喷嘴温度一般要稍低于料筒的最高温度 27、注射制品产生内应力的主要原因有哪些？ 当注射制件脱模时，大分子的形变并非已经停止，在贮存和使用过程中，制件中大分子的进一步形变能使制件变形。制品收缩的主要原因是熔体成型时骤冷使大分子堆积得较松散（即存在“自由体积”）之故。在贮存和使用过程中，大分子的重排运动的发展，使堆积逐渐紧密，以致密度增加体积收缩。能结晶的聚合物则因逐渐形成结晶结构而使成型的制品体积收缩。 28、有哪些成型方法属于一次成型？ 1、挤出成型2、注射成型3、模压成型4、压延成型5、铸塑成型6、传递模塑成型7、模压烧结成型和泡沫塑料和成型 29、中空吹塑成型和热成型各自主要的工艺方法有哪些？ 1、中空吹塑的主要的工艺方法：挤出吹塑成型、注射吹塑成型、注射拉伸吹塑成型。 2、热成型的主要的工艺方法：真空成型、压力成型、覆盖成型、柱塞辅助成型、推气成型、对模成型。 30、对于一次成型和二次成型中常见的成型方法各有哪些？每种方法各举出至少一例对应的制 1、一次成型： 7 1挤出成型：管材、板材、薄膜、线缆包覆物 ○ 2注射成型： ○ 3模压成型：块状模塑复合料BMC和片状模塑复合料SMC。 ○ 4压延成型品：管材、板材 ○ 2、二次成型： 1中空吹塑成型：瓶、容器、儿童玩具、家电零部件办公用品，还可以用于汽车保险杠，燃油箱等汽车工业零部件，○ 叫做“工程吹塑”。 2热成型：热成型适应性很广，如一粒小药片的包装、一次性使用的饮料杯、各种商品的仿型包装、冰箱内胆、汽车○ 和游艇的外壳部件、化工容器直到一个室内游泳池的成型，都可用热成型方法制造。 ○3拉幅薄膜的成型：薄膜 四、分析与论述 1.图为注射过程过程柱塞、喷嘴和模具内压力的关系，请结合图说明注射过程可分为哪些阶段？（课本P146） 答：按时间次序，注射过程可分为以下几个阶段： 空载期(a)——充模期(b)——保压期(c)——反料期(d)——凝封期(e)——继冷期(f) 8 2.图为典型的模具结构图，请指出图中的数字标示各指的是什么零件？ 3.图为圆管挤出机头结构示意图，请指出图中的数字标示各指的是什么部件。 9 4.图为螺杆结构的结构示意图，图中的字母标示了螺杆的主要参数，请分别指出它们是什么？这些参数是怎样影响加工性能的？（课本P119） 螺杆的主要参数对加工的影响： 直径：D↑，加工能力↑。挤出机生产率∝D2，D通常为45~150mm； 长径比：L/D↑，改善物料温度分布，有利于混合及塑化，生产能力↑； 但L/D过大，物料可能发生热降解，螺杆也 可能因自重而弯曲，功耗增大；L过小则塑化不良。L/D通常为18~25； 螺槽深度： 螺槽深度↓，剪切速率↑，传热效率↑，混合及塑化效率↑，生产率↓。故热敏性塑料宜用深螺槽，而熔 体粘度低且热稳定性好的塑料宜用浅螺槽。 螺旋角： 螺旋角↑，生产能力↑，对塑料的剪切作用和挤压力↓。 10 5.图为典型的模塑面积图，请结合该图说明注射产品质量和温度、注射压力的关系。（课本P152） 11 因篇幅问题不能全部显示，请点此查看更多更全内容