高分子材料成型加工原理复习题及答案

高分子材料加工成型原理考试复习资料

可挤压性是指聚合物通过挤压作用是获得形状和保持形状的能力。

可挤压性主要取决于熔体的剪切粘度和拉伸粘度。

熔融指数是评价热塑性聚合物特别是聚烯烃的挤压性的一种简单而实用的方法，它是在熔融指数仪中测定的。

可模塑性是指材料在温度和压力作用下形变和在模具中模制成型的能力。可模塑性主要取决于材料的流变性，热性质和其它物理力学性质。

聚合物的可延性取决于材料产生塑性形变的能力和应变硬化能力作用。

由于松弛过程的存在，材料的形变必然落后于应力的变化，聚合物对外力响应的这种滞后现象称为滞后效应或弹性滞后。

聚合物熔体的流变行为按作用力可分为剪切流动、拉伸流动。

均相成核又称散现成核，是纯净的聚合物中由于热起伏而自发的生成晶核的过程，过程中晶核的密度能连续上升。异相成核又称瞬时成核是不纯净的聚合物中某些物质起晶核作用成为结晶中心，引起晶体生长过程，过程中晶核密度不发生变化。

在Tg~Tm温度范围内，常对制品进行热处理以加速聚合物的二次结晶或后结晶的过程，热处理为一松弛过程，通过适当的加热能促使分子链段加速重排以提高结晶度和使晶体结构趋于完善。

通常热处理的温度控制在聚合物最大结晶速度的温度Tmax。

塑料成型加工一般包括原料的配制和准备、成型及制品后加工等几个过程。

混合过程一般是靠扩散、对流、剪切三种作用来完成。

衡量其混合效果需从物料的分散程度和组成的均匀程度两方面来考虑。

最常见的螺杆直径为45~150毫米。长径比L/D一般为18~25。

压缩比是螺杆加料段最初一个螺槽容积于均化段最后一个螺槽容积之比，表示塑料通过螺杆全长范围时被压缩的倍数，压缩比愈大塑料受到的挤压作用愈大。

根据物料的变化特征可将螺杆分为加料段、压缩段和均化段。

锁模机构在启闭模具的各阶段的速度都不一样的，闭合时应先快后慢，开启时则应先慢后快再转慢。

利用本身特定形状，使塑料或聚合物成型为具有一定形状和尺寸的制品的工具称模具。

浇注系统是指塑料熔体从喷嘴进入型腔前的流道部分，包括主流道、分流道、浇口等。

完成一次注射成型所需的时间称注射周期或称总周期。

压制成型的加料方法可以分为重量法、容量法、计数法。

分离力与辊筒的半径、长度和速度成正比，而和辊间距称反比。

通常可将辊筒设计和加工成略带腰鼓型，或调整两辊筒的轴，使其交叉一定角度或加预应力，就能在一定程度上克服或减轻分离力的有害作用，提高压延制品厚度的均匀性。

在压延过程中，热塑性塑料由于受到很大的剪切应力的作用，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，这种现像称为压延效应。压延效应的大小，受压延温度、转速、供料厚度和物料性能等的影响，升温或增加压延时间，均可减轻压延效应。

压延机的二辊用于橡胶或PVC的塑炼，三辊用于橡胶，四辊塑料；固定倒数第二辊。

人造革就是以布或纸为基体，在其上覆以聚氯乙烯糊的一种复合材料。

在一定条件下将片、板、棒等塑料型材通过再次加工成型为制品的方法，称为二次成型法。二次成型包括：中空吹塑成型、热成型、取向薄膜的拉伸等。

中空吹塑成型是将挤出或注射成型的塑料管坯或型坯趁热于半熔融的类橡胶状时，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。

拉幅薄膜热定型的目的：（1）消除内应力（2）降低收缩率（3）改善性能。

1、简述离模膨胀的含义、原因及主要影响因素。

答：定义：被挤出的聚合物熔体断面积远比口模断面积大的现象。

离模膨胀比定义为充分松弛的挤出物直径d与口模直径D之比。圆形口模的离模膨

胀比为：B = d/D 或B’ = d2/D2＝B2

原因：a、取向效应b、弹性变形效应c、正应力效应

影响因素：

1)长径比一定，B随剪切速率增加而增大。在熔体破裂临界剪切速率之前有最大值Bmax，而后下降；

2)低于τc之下，B随τ增加而增大。高于τc时，B值则下降；

3)在低于临界?c的一定的剪切速率下，B随温度升高而降低；

4)剪切速率恒定，B随长径比L/D的增大而降低。L/D超过某一数值时，B为常数。

5)离模膨胀比随熔体在口模内停留时间呈指数关系地减少。

6)离模膨胀比随聚合物的品种和结构不同而异。线性、柔性聚合物位阻低，松弛时间短，B 值小；粘度大，分子量高，分布窄，非牛顿性强，松弛缓慢，B值大。

2、为什么要对一些成型物料进行（干燥）预处理？举例说明，并列出工艺条件。

答：水分以及其它低分子物的存在，一方面因其在塑料的成型温度下会挥发成气体，从而造成制品表面缺乏光泽和出现气泡与银丝等外观缺陷；另一方面有可能促使聚合物大分子在高温下发生降解或交联反应，其结果不仅会使塑料熔体的粘度改变，给成型工艺控制带来困难，而且对制品的力学性能和电性能等也会产生不利的影响。

各种热塑性塑料成型时的允许含水量很不相同。一般来说，成型温度较高而且在高温下较容易发生水解的塑料，其允许含水量就比较低；反之，允许含水量就比较高。例如，PC的成型温度高达300℃，因大分子链中有酯键，高温下的水解稳定性差，粒料的含水量大于0.02％就很难成型，而且随含水量的增加，其制品外观和冲击强度明显下降；而PS由于成型温度不超过200℃，且大分子链中无易水解基团，故在其粒料含水量高达0.5％时仍可顺利成型。PC干燥的工艺条件:循环鼓风干燥,温度110℃，时间:12h，料层厚度25～50mm。

3、在生产硬聚氯乙烯管材时，物料经挤出塑化后，由机头挤出后，紧接着进行什么工序，说明此工序的作用，该工序是如何影响管材质量的？

答：紧接着进行冷却定型工序，它的作用是将从口模挤出的物料的形状和尺寸进行精整，并将它们固定下来，从而得到具有更为精确的截面形状、表面光亮的制品；

影响：定型装置的内表面的粗糙度直接影响管材的外观质量，定型装置内径尺寸决定了管材外径尺寸精度。真空度太小，吸管不紧影响尺寸和表面，真空度太大，牵引困难，不能正常生产。

4、为什么说物料的初始温度过高，对加料段的固体输送能力不利？

答：物料的初始温度过高，易形成架桥，进料不畅，严重时不能进料。

另外，高聚物与金属的摩擦因数是温度的函数，过高降低了物料与料筒的摩擦因数，降低了固体输送能力。

5、为什么在一种设备上螺杆转速（n）不能过高？并且靠增加转速来提高生产率也是有限度的？

答：随着转速的增加，物料所受到的剪切作用加大，即剪切速率增大，因为大多数聚合物都是假塑性流体，因此，随γ↑，η↓，则漏流↑，逆流↑，所以，当转速高到一定程度时，漏流和逆流对产量的影响就不能忽略了。

在实际生产中，也不能靠提高螺杆的转速无限制的增加生产能力，随n不断提高，剪切速率达到一定范围后，就会出现熔体破裂现象。也就是说，对n的提高，限制性的因素就是是否出现了熔体破裂。经以上讨论，可知，随n的提高，可以提高生产率，但n的提高是有限制的。

6、在模压成型过程中，为什么要采取预热操作？预热有哪些设备？

答：模压前对塑料进行加热具有预热和干燥两个作用，前者为了提高料温，后者为了去除水分和其他挥发物。

作用：

①能加快塑料成型时的固化速度，缩短成型时间；

②提高塑料流动性，增进固化的均匀性，提高制品质量，降低废品率；

③可降低模压压力，可成型流动性差的塑料或较大的制品。

（预热：15～20 mpa，未预热：30 ±5 mpa）

预热设备：①电热板加热；②烘箱加热；③红外线加热；④高频加热等。

7、在模压成型过程中，为什么要采取预压操作？预压有那些设备？

预压就是在室温下将松散的粉状或纤维状的热固性模塑料压成重量一定，形状规则的型坯的工序。

预压作用：

①加料快、准确、无粉尘；

②降低压缩率，可减少模具装料室和模具高度；

③预压料紧密，空气含量少，传热快，又可提高预热温度，从而缩短了预热和固化的时间，制品也不易出现气泡；

④便于成型较大或带有精细嵌件的制品。

预压的设备是预压机和压模。

8、压延效应产生的原因及减小的方法是什么？

答：产生的原因：

在压延过程中，热塑性塑料由于受到很大的剪切应力和拉伸应力作用，因此高聚物大分子会沿着压延方向作定向排列，以至制品在物理机械性能上出现各向异性，即压延效应。

减小的方法：

物料温度适当提高，可以提高其塑性，加强大分子的运动，破坏其定向排列，可降低压延效应；降低辊筒转速，则压延时间增加，压延效应降低；辊筒存料量少，压延效应也降低；增加制品的厚度，可减小压延效应；尽量不使用各向异性的配合剂，压延后缓慢冷却，有利于取向分子松弛，也可降低压延效应。

9、什么是人造革，简述其用压延法生产的工艺流程，并用示意图表示。

答：人造革是以布、纸或玻璃布为基材，在其上覆以粘流态塑料（如PVC、PU）的一种复合材料。

以压延法生产人造革时，基材应先经预热，同时粘流态塑料可先经挤压塑化或辊压塑化再喂于压延机的进料辊上，通过辊筒的挤压和加热作用，使塑料与基材紧密结合，再经压花、冷却、切边和卷取而得制品。

下图为四辊压延机生产人造革示意图（擦胶法）。

五、论述题

1、论述注射成型的工艺过程。

答：按其先后顺序主要包括：

1)成型前的准备。

①原料性能的了解，主要指热性能、流变性能、压缩率、吸湿性、细度、均匀度等；

②原料的预处理，主要指原料的干燥、着色等；

③料筒的清洗，在更换原料、调换颜色或发现正在加工中的塑料有一定降解现象出现时，

就需要对料筒进行清洗；

④嵌件预热；

⑤脱模剂的选择，Ⅰ. 硬脂酸锌：不适用于PA。Ⅱ. 白油（液体石蜡）：对PA效果好，还

可防止空隙。Ⅲ. 硅油：虽效果好，但价格高，使用麻烦（需配甲苯溶液）。

2)注射过程。

具体过程为：

①加料塑化

塑料粒子加入到料筒中，通过加热逐渐变成熔体（柱塞式），或沿螺杆槽向前移动，通过料筒外的加热及螺杆转动时塑料产生的摩擦热逐渐转变为熔体。

②充模（注射）

柱塞或移动螺杆把塑料均匀的熔体推向料筒前端，经过喷嘴及模具浇注系统注入并充满模具的型腔。

③保压

充满之后，柱塞或移动螺杆仍保持施压状态，使喷嘴的熔体不断充实型腔，以确保不缺料。另可使大分子进一步松弛（因有滞后）。

④凝封

在浇注系统里的熔体（体积比制品小的多）先行冷却硬化，模腔内还未冷却固化的熔体就不会向喷嘴方向倒流，这一现象叫凝封。凝封则保压结束，可退螺杆和注塞。同时下一周期的加料塑化开始。

⑤冷却

保压结束，同时对模具内制品进行冷却、固化，一般冷却到塑料的玻璃态或结晶态。

⑥脱模

3)制品的后处理。主要指退火和调湿处理。

退火是将制品放在一定温度的加热介质（热水、热油等）或热空气循环箱中静置一段时间，然后缓慢冷至室温，消除制品在加工过程中产生的复杂内应力。

调湿处理是将刚出模的热制品放入热水中放置一段时间。主要是为了避免氧化变色（放入热水中，隔绝氧）；加快得到吸湿平衡，稳定制品尺寸；适量水分对PA等有增塑作用。可以改善柔性、韧性、拉伸强度等性能。

2、论述塑料的一次成型和二次成型的联系和区别，并举例说明。

答：一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。一次成型包括挤出成型、注射成型、模压成型、压延成型等，成型制品从简单到极复杂形状和尺寸精密的制品，应用广泛，绝大多数塑

料制品是从通过一次成型法制得的。

二次成型是将一次成型所得的片、管、板等塑料型材，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简单形状，再经冷却定型而得制品。二次成型包括中空吹塑成型、热成型、拉幅薄膜的成型等方法，仅适用于热塑性塑料的成型。二次成型是在一次成型的基础上进行成型的一种方法。

区别：

如PVC挤出吹塑成型过程：

挤出管坯→合模→送入压缩空气，吹胀型坯→保压、冷却定型后脱模

挤出管坯应属于一次成型，后面的成型过程属于二次成型，具体从成型对象、成型温度、形变来具体说明二者联系和区别。