聚合物成型工艺学复习提纲

聚合物成型工艺复习题1、非牛顿流体的类型和特征？答：（1）粘性系统在受到外力作用而发生流动时的特性是：其剪切速率只依赖于所施加剪切应力的大小。

根据其剪切应力和剪切速率的关系。

又可分为宾哈(汉)流体、假塑性流体和膨胀性流体三种。

特征：<1>宾哈流体：与牛顿流体相比，剪切应力与剪切速率之间也呈线性关系。

但此直线的起始点存在屈服应力τу，只有当剪切应力高于τу时，宾哈流体才开始流动。

宾哈流体因流动而产生的形变完全不能恢复而作为永久变形保存下来，即这种流动变形具有典型塑性形变的特征，故又常将宾哈流体称为塑性流体。

<2>假塑性流体：非牛顿流体中最为普通的一种。

流动曲线不是直线，而是一条斜率先迅速变大而后又逐渐变小的曲线，而且不存在屈服应力。

流体的表观粘度随剪切应力的增加而降低。

即：剪切变稀。

<3>膨胀性流体：流动曲线非直线的，斜率先逐渐变小而后又逐渐变大的曲线，也不存在屈服应力。

表观粘度会随剪切应力的增加而上升。

即：剪切变稠。

(2)有时间依赖性的系统：这类液体的流变特征除与剪切速率与剪切应力的大小有关外，还与施加应力的时间长短有关，即在恒温、恒剪切力作用下，表观粘度随所施应力持续时间而变化(增大或减小，前者为震凝液体，后者为触变性液体)，直至达到平衡为止。

特征：<1>摇溶性（或触变性）流体：表观粘度随剪切应力持续时间下降的流体。

如：涂料、油墨。

<2>震凝性流体：表观粘度随剪切应力持续时间上升的流体。

如：石膏水溶液。

3、聚合物熔体的黏度的影响因素？答：在给定剪切速率下，聚合物的粘度主要取决于实现分子位移和链段协同跃迁的能力(大分子长链之间的缠结解开)以及在跃迁链段的周围是否有可以接纳它跃入的空间(自由体积)两个因素，凡能引起链段跃迁能力和自由体积增加的因素，都能导致聚合物熔体粘度下降。

自由体积：自由体积大，分子间距就大，分子间作用力小，大分子链段容易活动，聚合物粘度小。

因此凡能引起自由体积增大的因素都能使聚合物粘度降低。

大分子长链之间的缠结：它使分子链运动变得非常困难。

分子间缠结程度大，分子间作用力增大，大分子形成网络，分子不容易活动，聚合熔体粘度就大。

因此凡能减小缠结作用的因素都能使熔体粘度降低。

主要影响因素：（1）温度对剪切粘度的影响：对于处于粘流温度以上的聚合物，很多研究结果表明：热塑性聚合物熔体的粘度随温度升高而呈指数函数的方式降低。

（2）压力对剪切粘度的影响：聚合物在高压下体积收缩，自由体积减小，分子间距离缩短，链段活动范围减小，分子间作用力增大，粘度增大。

（3）聚合物的结构因素和组成对粘度的影响：<1>分子结构：①链的刚柔性：链的柔性越大，缠结点越多，链的解缠和滑移越困难，聚合物流动时非牛顿性越强，对剪切速率越敏感。

链的刚性增加和分子间吸引力越大，熔体粘度对温度的敏感性越大，提高加工温度有利于增大流动性。

②支链：a.短支链：相同分子量时，η短支链〈η无支链，自由体积↑，η↓；b.长支链：相同分子量时，η无支链〈η长支链，长链与周围分子缠结成网，η↑。

另外长支链对剪切速率敏感；c.含有较大侧基的聚合物对压力、温度比较敏感。

<2>分子量与分子量分布：①平均分子量大，粘度随分子量增加而增加。

②粘度与分子量分布有关，一般在平均分子量相同时，熔体的粘度随分子量分布增宽而迅速下降，其流动行为表现出更多的非牛顿性。

<3>组成对粘度的影响：填充剂、着色剂、润滑剂、溶剂、增塑剂、稀释剂、稳定剂等添加剂在不同程度上会影响塑料的流变行为。

6、聚合物成型的流动缺陷的种类及产生的原因？答：（1）管壁上的滑移：滑移产生原因：1剪切速率的径向不均匀分布(靠管壁附近剪切速率最大)；2流动中出现分级效应(即相对分子质量低的级分较多地集中在管壁附近)；3管壁附近的弹性形变的不均匀性(管壁处弹性形变大)。

（2）端末效应：:不管是那种截面流道的流动方程，都只能用于稳态流动的流体，但总有不稳态流动。

（包括入口效应和离模膨胀）末端效应产生原因：1入口效应：1>.物料从料筒进入口模时由于熔体粘滞流动，流线在入口处产生收敛所引起的能量损失；2>.在入口处由于聚合物熔体产生弹性变形，因弹性能的贮蓄所造成的能量损失；3>.熔体流经入口时，由于剪切速率的剧烈增加所引起的速度的激烈变化，为达到流速分布所造成的。

2离模膨胀：1>取向效应：聚合物熔体流动期间处于高剪切场内，其大分子在流动方向取向，但在口模处发生解取向。

2>记忆效应：当聚合物熔体由大直径的料筒进入小直径的口模时，产生了弹性形变，而熔体离开口模时，弹性变形获得恢复。

3>正应力效应：由于粘弹性流体的剪切变形，在垂直于剪切方向上引起了正应力的作用。

（3）弹性对层流的干扰：1塑料熔体在成型过程中的雷诺准数通常均小于10，故不应出现湍流。

2塑料熔体的可逆弹性形变的回复引起湍流。

3弹性湍流对塑料熔体的剪切流动来说，只有当γR的值超过4.5－5时才会发生。

（4)“鲨鱼皮”症：产生原因：挤压口模对挤出物表面所产生的周期性的张力和流体在管壁上的滑移(时粘时结的间断性流动)的结果。

（5）熔体破裂：产生原因：熔体在导管（流道）内流动时，各点所受应力作用的经历不尽相同，因此在离开导管后所出现的弹性恢复就不可能一致，如果弹性恢复的力不为熔体强度所容忍，则挤出物就会出现表面毛糙、螺旋型的大规则性、细微而密集的裂痕，一致成块地断裂。

9、结晶度和性能之间的关系？答：：结晶态聚合物抵抗形变的能力优于非晶态下的同一聚合物。

结晶度高的优于低的。

绝大多数结晶聚合物，在其Tg~Tm之间，出现屈服点。

12、成型操作过程中，仅凭增加温度来增加流动性，是否适合于任何聚合物？答：不是，用升高温度增加流动性，只适用于对粘度的温度敏感性大的聚合物，即刚性聚合物，而不适合于对温度敏感性较小的热塑性聚合物。

17、同种聚合物结晶度的变化如何影响熔点、弹性模量、密度、透明度？答：结晶度增加熔点上升、弹性模量增加、密度增加、透明度降低1、聚合物成型用物料的形态类型？答：•粉料：主要用于双螺杆挤出机的挤出成型，压延成型，滚塑。

•粒料：主要用于单螺杆挤出机的挤出成型，注射成型。

•分散体：主要用于涂覆成型，搪塑。

•溶液：主要用于流涎成型，浇铸成型。

2、成型用粉料与粒料的组成？答：由聚合物和助剂两类物质组成，聚合物为主要成分。

聚合物助剂：助剂是为了使复合物或制品具有某种特性所加入的物质。

常用的助剂有：增塑剂、稳定剂、填充剂、增强剂、着色剂、润滑剂、防静电剂、防火剂、防静电剂等二十多类。

3、增塑剂的作用机理和种类？答：（1）作用机理：聚合物分子链常会以次价键力而彼此形成聚合物－聚合物联结点，从而使聚合物具有刚性，这些联结点在分子热运动中会解而复结的，但是在一定温度下，联结点的数目却相对稳定，所以是一种动平衡。

加入增塑剂后，增塑剂的分子因溶剂化及偶极力等作用而“插入”聚合物分子之间并与聚合物分子的活性中心发生时解时结的联结点。

这种联结点也处于一种动平衡。

但是聚合物－增塑剂联结点会使聚合物原有的联结点减少，从而使分子间的力减弱，导致聚合物材料性能改变。

（2）种类：1按化学组成分为：邻苯二甲基酸酯、脂肪族二元酸酯、石油磺酸苯酯、磷酸酯、环氧化合物、含氯化合物等。

2按相容性分为：主增塑剂和次增塑剂。

3按结构分为：单体型和聚合体型。

4按用途分为：耐热、耐寒、电绝缘等增塑剂。

4、内外润滑剂的作用机理和种类？答：（1）作用机理：<1>内润滑剂：内润滑剂与聚合物有一定的相容性，加入后可减少聚合物分子间的内聚力，降低其熔体粘度，减少聚合物分子间的内摩擦；如硬脂酸及其盐类。

<2>外润滑剂：外润滑剂与聚合物仅有很低的相容性，故能保留在聚合物的表面，降低塑料与设备的摩擦。

石蜡、矿物油、硅油等。

（2）种类：脂肪酸及其皂类、脂肪酸酯类、脂肪醇类、酰胺类、石蜡、低分子量PE、合成蜡、丙烯酸酯类、某些有机硅化合物。

5、稳定剂的类型？答：按所发挥的作用分热稳定剂、光稳定剂、及抗氧剂等。

6、润性物料的混合方法？答：润性物料：树脂→增塑剂→稳定剂→其它助剂投料。

对于润性物料（加入相当数量的液态助剂如增塑剂），增塑剂需事先预热，强化传热过程，加速扩散速率，使聚合物加速溶胀，以提高混合效率。

10、混合作用的机理？答：混合一般是靠扩散、对流、剪切三种作用来完成的。

（1）扩散：利用物料各组分的浓度差，推动构成各组分的微粒，从浓度较大的区域中向较小的区域迁移，以达到组成均一。

（2）对流：靠各组分在外界因素下向其它组分所占空间流动，达到各组分在空间上的均匀分布（主要手段为机械搅拌）。

（3）剪切：依靠机械的作用产生的剪切力，促使物料组分均一的混合过程。

1、热固性塑料的模压过程？答：加热加压，熔融流动，充模，交联固化，开模取出制品。

2、为何要进行预压和预热？答：（1）预压原因：主要是针对压缩模塑周期长、效率低的特点而采取的措施。

（2）预热原因：为提高制品质量和便于模压进行，须预热4、简述聚四氟乙烯的烧结过程？答：（1）升温阶段：将型坯由室温加热至烧结温度。

聚四氟乙烯的传热性能差，加热应按一定的升温速率进行。

（2）保温：将达到烧结温度的型坯在该温度下保持一段时间使其完全“烧透”的过程。

（3）冷却：将已经烧结好的成型物从烧结温度降到室温的过程。

（4）成品检验和后加工。

1、挤出工艺及其特点？答：（1）定义：也称挤压模塑或挤塑，即借助螺杆或柱塞的挤压作用，使受热熔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。

（2）特点：1挤出成型生产工艺分干法和湿法；2挤出过程分连续和间歇式挤出；3挤出成型工艺控制参数除与挤出温度、压力、速率有关外，挤出机结构参数、冷却、牵引等控制因素都会影响制品的质量；4挤出机因机头及辅机不同，可生产多种产品；5挤出成型工艺按用途可分为：挤出制品成型和成型用原料配制。

2、单螺杆挤出机的基本结构？3、挤出螺杆的主要参数？答：表示螺杆结构特征的基本参数有直径、长径比、各段长度比例以及螺槽深度等，对螺杆的工作特性均有重大的影响。

（1）螺杆直径（D）：根据所制制品的形状、大小及需要的生产率来决定的。

一般45～150mm，螺杆直径增大，加工能力提高，挤出机的生产率与螺杆直径D的平方成正比。

（2）长径比（L/D）：螺杆工作部分有效长度与直径之比。

通常为18～25，目前以25居多。

1L/D大，能改善物料温度分布，有利于塑料的混合和塑化，并能减少漏流和逆流，提高挤出机的生产能力。

2L/D大，螺杆适应能力强，能用于多种塑料的挤出。

3但L/D过大，使塑料受热时间增长而降解；螺杆自重增加，自由端挠曲下垂，引起料筒与螺杆间擦伤，使制造加工困难，增大功率消耗。