聚合物反应加工原理复习题.

《聚合物加工工程》复习题

一.概念

1.挤出成型：挤出成型又称挤塑（挤压模塑），在挤出机的螺杆或柱塞的挤压作用下，使高聚物的熔体（或高弹体），通过一定形状的口模，而成为具有恒定截面的连续型材的一种成型方法。

2.注射成型：注射成型是将固体聚合物加热塑化成熔融体，并高压、高速注射入模具中，赋予模腔的形状，经冷却（或交联、硫化）成型的过程。

3.压延成型：压延成型是利用压延机的辊筒之间的挤压力作用并在适当的温度（接近粘流温度）条件下，使聚合物发生塑性变形，制成薄膜或片状材料的加工工艺。

4.螺杆的长径比：指工作部分有效长度与直径之比。几何压缩比p116：是螺杆第一螺槽容积与最后一个螺槽容积之比。

5.反应挤出成型：是一种连续地将单体进行聚合以及对现有聚合物进行改性的成型方法。

6.反应注射成型：是高分子领域的一种新工艺，它是把两种或两种以上具有高化学活性的低相对分子质量的液体原料，在一定的温度下，通过高压（14-20MPa）作用，使它们相互碰撞混合，并立即注射入密封的模腔内，完成聚合，交联（或相分离）固化等反应并形成制品的工艺过程。

7.塑化能力：是指注射机塑化装置在1h内所能塑化物料的质量（以标准塑料聚苯乙烯为准），它是衡量注射机性能优劣的重要参数。

8.注射量：通常是指注射机的最大注射量或公称注射量。

9.注射过程：塑化良好的聚合物熔体，在柱塞或螺杆的压力作用下，由料筒经过喷嘴和模具的浇注系统进入并充满模腔这一重要又复杂的阶段称为注射过程。

10.保压过程：压实结束后柱塞或螺杆不立即退回，而必须在最大前进位置上再停留一段时间使成型物在一定压力作用下进行冷却产生保压流动，这过程就是保压过程。

11.背压：采用螺杆式注射成型机时，螺杆顶部熔料在螺杆旋转后退时所受到的压力称为塑化压力，也称背压。

12.注射压力：是柱塞或螺杆头部对塑料所施加的压力。

13.硫化：线型聚合物在化学或物理作用下，通过化学键的连接，成为空间网状结构的化学变化过程称为硫化（交联）。

14.压延效应：在压延的片材半成品中，有时会出现一种纵、横方向物理力学性能的差异的现象，即沿片材纵向（沿着压延方向）的拉伸强度大、伸长率小、收缩率大；而沿片材横方向（垂直与压延方向）的拉伸强度小、伸长率大、收缩率小。这种纵横方向性能差异的现象就叫做压延效应。

15.中空吹塑成型：是借助于气体的压力，把在闭合模具中呈橡胶态（Tg~Tf）的塑料型坯吹胀形成中空制品的二次成型技术。

16.注射吹塑成型：是用注射机先在模具内注射有底的型坯，然后开模将型坯移至吹塑模内、进行吹塑成型，冷却开模取出制品的成型过程。

17.浇铸成型：浇铸来源于金属成型，又叫铸塑。是将聚合物的单体、预聚的浆状物、塑料的熔融体、高聚物的溶液等倒到一定形状规格的模具里，而后使其固化定型从而得到一定形状的制品的一种方法。

18.共混：是两种或两种以上聚合物加以混合，使之形成表观均匀的混合物的混合过程。

19.共混物分散程度：是指被分散相在共混体中的破碎程度。

20.塑炼：使弹性高分子材料降低弹性提高可塑性的工艺过程。

21.加工助剂（添加剂）：是实现高分子材料加工过程，最大限度地发挥制品的性能或赋予某些特殊性能，便于加工，可降低成本的重要辅助成分。

22.压延效应：物料压延时，受到剪切力和一些拉伸应力，而使高聚物或填料粒子沿着压延方向做定向排列，以至制品在物理力学性能上出现各向异性，这种效应称为压延效应。

23.增塑剂：是指用以使高分子材料塑性增加，改善其柔软性、延伸性和加工性的一类物质，增塑剂80%以上用于PVC树脂。二次成型:是指在一定条件下将高分子材料一次成型所得的型材，通过再次加工成型，以获得制品的最终形状的加工工艺。

24.塑料涂层：是指为了防腐、绝缘、装饰等目的，以液体或粉末在织物、纸张、金属箔或板等物体表面上涂盖塑料薄层，的成型方法。

25.铸塑：是将单体、预聚的浆状物、单体的溶液等倾倒到一定形状规格的模具里，而后使其固化定型从而得到一定形状的制品的方法。吹胀比：是指吹塑制品的最大外径与型胚的最大外径之比。

二．填空

1.聚合物的加工工程研究制品成型加工过程中的及、及，加工过程的投入产出比等。

2.高聚物加工中的三种力学状态是、、。

3.普通螺杆的三段是：、、。对应的物料三区是：、、。

4.为了获得最佳螺旋角，常用螺杆设计总是使螺杆外径与螺距，此时的螺旋角是。

5.挤出机由、、、组成。

6.普通螺杆的结构可分为、、三种形式。

7.双螺杆可以实现比单螺杆更强的、、能力。

8.注射工艺包括：、和基本过程。

9.50%以上的塑料制品采用挤出成型，主要制品有、、、、、、等，它们都是变换不同形状的，改变的组成来实现的。

10.按制品厚度δ分：为板材，为片材，为薄膜。

11.成型塑料薄膜的方法有：、、、、以及使用等方法制造。

12.化纤纺织方法采用最多的是：融体纺丝、和，其中采用融体纺丝时必须具备高聚物分解温度熔点或粘流温度。

13.注射成型的优点是：、、、等。

14.注射机的作用包括：、和。

15.对于塑化过程的要求是：要使物料获得完全的，获得充分的，达到规定的，并且均匀，无现象。

16.注射用聚合物包括绝大多数的、和。

17.注射成型工艺包括、和。

18.注射成型最重要的工艺条件是影响、和的、和相应的各个作用。

19.酚醛塑料PF的优点有、、、以及等。

20.在成型助剂中发泡剂ADC的中文名称为，增塑剂邻苯二甲酸二丁酯简称，硬脂酸钙则用做。

21.气体辅助注射成型既解决了普通注射成型，又解决了结构发泡成型的缺点。

22.压延过程一般分为两个阶段，前阶段是压延前的备料阶段，包括所压延原材料的、、和等，后阶段是压延成型的主要阶段，包括：、、、、、等。

23.压延机XY-4Γ-1730表示的意义是：XY表示、4Γ表示、1730表示。

24.橡胶压延得到的是，必须经过处理，才能得到最终产品，如压延过久就会导致。

25.二次成型方法有、、和等，它只适用于，而不适用于和。

26.一般热成型工艺操作均包括、、、和等五个工序。

27.泡沫塑料按弹性模量的范围分类原则是：软质、半硬质、硬质。

28.泡沫塑料成型的发泡方法有、和三种。

29.泡沫塑料成型的三个阶段是、和。

30.浇铸分为、、、、、和旋转成型等。

31.挤出吹塑工艺过程：

32.注射吹塑工艺过程：

参考答案

1.工艺流程、设备配型、加工原理、工艺实施条件

2.玻璃态、高弹态、粘流态

3.进料段、压缩段、计量段（均化段）、固体输送区、熔融区、融体输送区

4.相等、17°41′

5.挤压系统、加料系统、传动系统、后加热冷却系统

6.等距变深螺杆、等深变距螺杆、变深变距螺杆

7.输送能力、塑化和混合能力、混炼能力

8.塑化熔融、注射保压、冷却定型

9.管、棒、型材、板、片、薄膜，口模、辅机10.>1mm、0.25-1mm、<0.25mm11.挤出吹塑、压延、流延、挤出拉幅、狭缝机头直接挤出12.湿法纺丝、干法纺丝，大于 13.生产周期短、适应性强、生产率高、易于自动化14.塑化、注射、保压15.熔融、混合，成型温度，温度分布，过热分解16.热塑性塑料、部分热固性塑料、某些橡胶17.成型前准备、注射成型过程、制件的后处理18.塑化、流动、冷却、温度、压力、时间19.制品刚度大、耐热性好、尺寸稳定、电性能好、耐腐蚀性好20.偶氮二甲酰胺、DBP、脱膜剂21.注料不全、外层粗糙22.配制、塑化、热炼、向压延机供料，压延、牵引、轧花、冷却、卷取、切割23.橡胶压延机、四辊Γ型排列、辊筒工作部分的长度mm24.半成品、硫化、焦烧25.中空吹塑、薄膜的双向拉伸、热成型、合成纤维的拉伸，热塑性塑料、热固性塑料、橡胶26.片材的夹持、片材的加热、片材成型、制品的冷却、制品脱模27.<70Mpa、70-700Mpa、>700Mpa28.惰性气体发炮、低沸点液体发泡、固体空心球发泡29.气泡核的形成、气泡的膨胀、气泡的稳定30.静态浇铸、离心浇铸、流延浇铸、搪塑、嵌铸、滚塑31.挤出管坯→管坯入模→管坯吹胀→冷却定型32.注射有底的型坯→移到吹塑模→吹塑成型→冷却定型

三．简答题

1.单头螺杆并标注主要参数。

挤出机的主要技术参数：螺杆直径D（20~250mm）、螺杆长度L （600~4000mm）、长径比L/D（18~30）、转速n （10~250r/min）、2.螺杆挤出机生产率的影响因素有哪些？这些因素是如何影响生产率的？

1）机头压力：压力增加，生产率减小，但有利于混合和塑化。有时增大口模尺寸，挤出量虽然增加，但对制品质量不利。2）螺杆转速：转速增大，生产率提高，但要适度。④螺杆与机筒间隙增大，生产率变小

3）螺杆几何尺寸：①螺槽深度增大，生产率下降；②均化段长度增加，生产率增大；③螺杆直径增大，生产率增大；

3.双螺杆挤出机有同向、异向转动之分，若分别加工不同产品有那些？

答：①用于共混造粒，②用于异型材成型

4.注射成型制品内应力的产生来自哪几个方面？怎样消除内应力？

一是由于温度梯度产生的体积温差应力：壳层→凝封→内部收缩→应力。

二是由于分子解取向受到阻滞而产生取向应力：流动取向→凝结。

三是结晶聚合物产生的内应力：结晶→体积收缩→冷却凝固。

四是由金属嵌件和脱模顶出时的内应力。

消除内应力：制品在Tg以上温度下，通过热处理，可以使高聚物分子由不平衡构象向平衡构象转变，使强迫冻结处于不稳定的高弹形变获得能量而进行热松弛，从而降低或基本上消除内应力。

5.图解描述注射成型周期分布。

答：将模腔压力变化对注射成型时间进程作图，就得到行腔压力

周期图，图t0—t1称注射时间。塑料熔体进入型腔，并达

到最远处，而且压力得到急剧升高。t1—t2为保压时间，

也称压实补缩阶段。螺杆作少量推进，以维持一定压力。

于时间t1，模内物料温度明显下降。于时间t2螺杆后撤

喷嘴口压力Pz下降最快。t2—t3称倒流时间。时间t3

是注射模中内浇口的冻结时间。螺杆后撤时，内浇口尚未

冻结，型腔内熔体回头倒流至浇道。t3—t4是静态冷却时

间。t4是模具打开时间。Pr为该时间的型腔内的残余压力。

6.简述热固性塑料注射成型过程和原理。

答：热固性塑料的注射过程包括塑化、注射充模和固化三个阶段。

原理：固体物料在注射机中在加热和剪切作用下而熔融；熔体以最好的流动状态通过喷嘴注射入模具；在模腔中加热，熔体通过自身反应基团或硬化剂的作用下发生交联反应，及时排出小分子，经过保压固化，得到所需的制品。

7.简述橡胶的注射成型过程和原理。

答：硫化：线性聚合物在化学或物理作用下，通过化学键的联接，成为空间网络结构的化学变化过程称为硫化（交联）。橡胶的注射成型过程：原料→预热→塑化→注射→硫化→脱模→制品。

8.何谓压延效应？产生的原因及减小方法有哪些？

答：物料在压延过程中，在通过压延辊筒间隙时受剪切力作用，大分子作定向排列，以致制品物理力学性能会出现纵、横方向差异的现象，即沿片材纵向(沿着压延方向)的拉伸强度大、伸长率小、收缩率大；而沿片材横向(垂直于压延方向)的拉伸强度小、伸长率大、收缩率小。这种纵横方向性能差异的现象就叫做压延效应。

产生这种现象的原因主要是由于高分子链及针状或片状的填料粒子，经压延后产生了取向排列。压延效应消除的方法是提高温度、降低压延速度。

9.什么是中空吹塑成型？分哪两种工艺？简述操作过程。

答：中空吹塑成型：是借助于气体的压力，把在闭合模具中呈橡胶态（Tg~Tf）的塑料型坯吹胀形成中空制品的二次成型技术。有挤出吹塑和注射吹塑两种工艺。挤出吹塑工艺过程：挤出管坯→管坯入模→管坯吹胀→冷却定型→制品取出修饰。注射吹塑工艺工艺过程：注射有底的型坯→移到吹塑模→吹塑成型→冷却定型→制品取出修饰

10.简述热成型的制造过程，其加工温度范围怎样？

答：温度范围Tg~Tf，最低以不出现牵伸泛白为下限，最高以片材不降解或过分下垂为上限

11.泡沫塑料成型的有哪些发泡方法？

答：发泡方法：可分为物理发泡法、化学发泡法和机械发泡法三种

12.浇铸成型方法有哪几种？各举一个加工产品实例。

答：浇铸成型方法有：静态铸塑、离心浇铸、流延铸塑、搪塑、嵌铸、

滚塑和旋转成型等。实例：静态浇铸：有机玻璃板是最典型的铸塑制品。离心浇铸：聚酰胺、聚烯烃等。嵌铸：常用作保存生物和医学标本，或使嵌件隔绝空气等、工艺品。搪塑：应用：常用于生产PVC儿童玩具及其它中空制品。流延铸塑：用于电影胶卷等光学胶片。

13.在注射保压过程中，实现保压补料的必要条件是什么？影响保压补料的主要因素是什么？怎样影响的？

答：实现保压补料的必要条件是：模腔充满后，料筒前端应当还剩有一定量的熔体，而且从料筒到模腔的通道的熔体尚未凝固。响保压补料的主要因素是：（1）保压压力的影响： P↑时，增密好、强度↑，但应力和取向↑、易变形； P ↓时，补料不足、制品缺陷。（2）保压时间的影响：t ↑时，相当于P↑，但过长，模腔残余压力大，模腔压力降为零的时间长，造成脱模困难； t ↓时，产生倒流。

20.聚合物成型加工主要研究内容

答：聚合物成型加工主要研究内容：成型加工原理研究；成型加工方法及工艺条件的优化；

成型设备的合理配置与控制

19.高分子材料制品生产三大要素是？

适宜的材料组成：聚合物（化学组成和结构）和添加剂及配比；

正确的加工方法：成型方法和工艺条件；

配套的成型设备：成型机械和成型模具。

20.什么是高分子材料加工性能？

答：可模塑性；可延展性；可挤压性；可纺性

21.聚合物混炼的三要素是什么？

答:剪切、分流和分配置换是混炼的三要素

22塑炼过程的目的和实质是什么？

答：获得合适加工要求的可塑性，实质是使橡胶的大分子链断裂，大分子链由长变短，降低聚合物分子量的过程。

23.影响塑炼的主要因素有哪些？

答：机械力作用、氧的作用、温度的作用、静电作用和化学降解作用

25.聚合物间的共混原则有哪些？

答：相容性原则、流变学原则、表面张力相近原则、分子链段渗透相近原则。

26.常用的间歇式混合与混炼设备有哪些？

答：Z形捏合机、高速混合机、开炼机、密炼机

27.常用的连续式混合与混炼设备有哪些？

答：单螺杆挤出机和双螺杆挤出机。

28.共混的目的目的是什么？

答：（1）提高聚合物的使用性能，这是共混的主要目的。a.多种聚合物共混能综合均衡各组分的性能，取长补短，获得综合性能较好的材料。b.聚合物加入不同功能助剂共混，以增加或改善聚合物的综合通用性。

（2）改善聚合物的加工性能（3）降低生产成本 .在不影响性能的前提下混入一些比主体聚合物价廉的材料。

28、共混有哪些方法？

答：1）机械共混法，是借助机械力作用制备出分散度高，均匀性好的聚合物共混物的过程。

2）液体共混法，将聚合物溶液或乳液混合后，再干燥或沉析得到聚合物共混物的过程。

3）共聚-共混法，分为接枝共聚-共混和嵌段共聚-共混法。过程：聚合物→溶于另一种单体→聚合物溶液→引发接枝共聚→聚合物共混物。

4）互穿网络聚合物（IPN）制备技术过程，交联聚合物→在第二聚合物单体中溶胀→引发→聚合→交联→互穿网络聚合物。三．分析论述

1.何谓注射成型，它有何特点？请用框图表示一个完整的注射成型工艺过程。

答：注射成型是将固体聚合物加热塑化成熔融体，并高压、高速注射入模具中，赋予模腔的形状，经冷却（或交联、硫化）成型的过程。注射成型又叫注塑成型（=注射+模塑）。

注射成型特点：生产周期短、适应性强、生产率高和易于自动化。

2.画出挤出机压缩段熔融理论的物理模型，并文字叙述之

（1）.正流：Z方向主流流动，是由干螺杆旋转时螺棱的推挤作用所引起的；QD

（2）. 逆流：机头口模、过滤网等对料流的阻碍的反压流动又称压力流动，QP。正流与逆流的代数和称为净流；

（3）. 漏流：物料在螺杆和料筒的间隙沿螺杆的轴向反向流动，故漏流要比正流和逆流小很多。QL挤出机总生产能力：Q = QD –QP –QL

4.图解说明注射成型中熔体流动的运动机理。

答：熔体在模腔内流运时，其表面被空气冷却形成前缘膜不断前移

料流中心的质点温度高，速度较快，追上前缘时因受前缘膜阻

滞，而速度与与前缘一致，但在后面熔体的推挤作用下移向靠近的

模壁的料层。当大分子链的一端靠近模壁被迅速冷却粘度大增而

不能动，另一端被中心层前进的料流掀拉继续向前移动，使分子

沿着料流方向取向。

5.述硬管材挤出成型工艺过程，并用框图表示。

答：硬管材挤出成型工艺过程：将固体颗粒或粉末加入挤出机的料斗，在料简预热，干燥；物料在运动过程中与料筒、螺杆、以及物料与物料之间相互摩擦、剪切，产生大量的热，这时物料由玻璃态→高弹态→粘流态转变；熔融物料被螺杆输入通过具有一定形状口模后成型，进入冷却定型装置，再经过牵引，获得最终的制品尺寸。最后根据需要切割成一定长度的制品，再堆放在堆放架上。

框图表示：聚合物熔融(挤出机)—成型(口模)—定型(定型装置)—冷却（水或风冷装置）—牵引(牵引机）—切割(切割机) ——堆放(堆放装置)。

6.注射成型过程和特点，并用框图表示一个完整的注射成型工艺过程(答案同第一题)

7.、与单螺杆挤出机相比，双螺杆挤出机有何特点？多应用在哪些场合？

双螺杆挤出机有以下特点：

①加料容易。可直接加入带状料、粉料及玻璃纤维这些具有很高或很低粘度，与金属表面有很宽摩擦系数的物料，输

送效率高。根据工艺需要还可开设多个加料口，用于玻璃纤维、加工助剂等的加入。

②物料在料筒里停留时间短，特别适用于加工那些停留时间长就会凝聚或固化物料的着色和混料，如热固性粉末涂料

的混合挤出。

③优异的排气性能。由于双螺杆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

新所致。

④优异的混合、塑化效果。物料在料筒的运动更复杂，在纵向和横向同时受到挤压、剪切、置换，混合充分，热传递良好，熔融能力大，排气能力强，对物料温度控制良好等，因此混合、塑化效果更好。

⑤比功率消耗低。比单螺杆挤出机的功率消耗要低50%。

⑥其产量主要决定于加料量，其螺杆特性线较硬，产量对压力不敏感。

双螺杆挤出机可用于管材、异型材、板材等的加工成型；作为连续混合机，已广泛用来进行聚合物共混，填充和增强改性，反应挤出、聚合物着色、色母粒的制造等。

8.试述挤出成型具有哪些突出的特点？

答：（1）生产过程连续：可成型任意长度的制品，生产过程可实现自动化，生产效率很高。

（2）适应性广：生产制品的种类多，只需要改变机头上口模的断面形状，便可制备聚合物各种管材、棒材、片材、板材、薄膜、电缆、单丝、中空制品及各种异型材。

（3）范围广：可用于成型几乎全部热塑性及部分热固性聚合物材料。

（4）生产操作简单：工艺控制容易，产品质量较为稳定。

（5）设备成本低：投资少，见效快，主机可以用于多种用途。

9.简述塑料成型中，初混（预混）的目的。

答：初混（预混）的目的是通过一定加料顺序，将树脂、增塑剂、稳定剂、润滑剂、填充剂、着色剂、偶联剂等组分充分混合，使增塑剂等液体添加剂充分地渗入树脂中，并保证各组分分散均匀

10.开炼机和密炼机各有什么优点？

答：开炼机：结构简单、操作和维护容易、加工适应性强、使用方便、价格低等；

密炼机：环保、节能、生产率高、工作安全性和混炼效果都更好

11. 开炼机的主要作用是什么？

答：开炼机的主要作用是将已配好的配料、捏合的物料的各组分料进行进一步的分散和混合塑化，由此制成塑料半成品（如压片）或者给压延机供料。

12.简述注射机的结构和作用。

1）注射系统其作用是使塑料受热、均匀塑化直到粘流态，并以足够的压力和速度将一定量的熔体注射入模具型腔中。2）合模系统其作用是固定模具，实现模具的启闭动作：在注塑时能可靠地锁紧塑模；在脱模时能打开塑模取出制品。3）液压传动系统其作用为注射机实现塑化、注射、固化成型各个工艺过程的预定要求和动作程序提供动力；满足机器工作时的速度要求。

4）电器控制系统其作用与液压传动系统相配合，正确无误地实现注射工艺过程要求的压力、温度、速度、时间和各程序动作。

13. 简述挤出—吹塑工艺过程及其优缺点。

答：挤出—吹塑工艺过程：

１）由挤出装置挤出半熔融状管坯；

２）当型坯达到一定长度时，模具移到机头下方闭合，抱住管坯，切刀将管坯割断；

３）模具移到吹塑工位，吹气杆进入模具吹气，使型坯紧贴模具内壁而冷却定型(吹气压力0.25~0.8MPa）；

４）打开模具，取出制品。

优点：可吹制各种尺寸的中空制品，设备费用低，可制造形状不规则和有手柄或嵌件的制品；

缺点：容器精度不高，壁厚分布不均匀。