塑料成型加工与模具课后习题答案

答：①在圆形管道中
牛顿与非牛顿流体的切应力
任一半径处 τ=rΔp/2L
管壁处 τR=RΔ
p/2L
牛顿流体剪切速率
任一半径处
• r∆p γ=
2ηL
管壁处
• R∆p γ R = 2ηL
非牛顿流体剪切速率
任一半径处
1
•
γ
=
⎜⎛
r∆p
⎞n ⎟
⎝ 2KL ⎠
牛顿流体体积流率
管壁处
1
•
γR
= ⎜⎛ R∆p ⎟⎞ n ⎝ 2KL ⎠
牛顿流体剪切速率
上、下壁面处
任一液层处
•
γ
h
=
⎛ ⎜ ⎝
h∆p ⎞ ⎟
LK ⎠
上、下壁面处
•
γH
=
⎛ ⎜
H∆p
⎞ ⎟
⎝ LK ⎠
非牛顿流体剪切速率
任一液层处
•
γH
=
⎛ ⎜
H∆p
1/
⎞ ⎟
n
⎝ LK ⎠
•
γ
h
=
⎛
h∆p
1
⎞
/
n
⎜⎟
⎝ LK ⎠
牛顿流体体积流率
上、下壁面处
qv
=
2H 3W∆p 3ηL
非牛顿流体体积流率
③θf（熔点温度θm）开始，塑料呈黏流态（为熔体）。在θf
以上不高的温度范围内压延、挤出和吹塑成型等。在θf 以上较 高的温度下，E 降低到最低值，较小的外力就能引起熔体宏观 流动。此时形变主要是不可逆的黏性变形，塑料在冷却后将形 变永久保持下去。在这个温度范围内常进行熔融纺丝、注射、 挤出和吹塑等加工。但，过高的温度容易引起制品产生溢料、 翘曲等弊病，当温度高到分解温度θd 会导致塑料分解，会降低 制品的物理、力学性能，引起制品外观不良。 4、 热塑性塑料的主要成型方法有哪些?热固性塑料的主要
3.125 ×105 K
1.43
⎞ ⎟⎟ ⎠
0.705×103=
⎜⎜⎛ ⎝
3.125 × K
105
1.43
⎞ ⎟⎟ ⎠
K= (解上面方程，具体答案略)
其流动方程τ = Kγ n
（将上面算得的结果代入，略）
9．挤出硬质 PVC 圆棒时，已知口模处料温为 177℃，口模直
径为 30mm，口模长为 120mm，挤出速率为 8．0cm3／s，现不
《塑料模具与设备》习题解
陈吉平编
第一章 概 论 1、 什么是合成树脂?什么是塑料?为什么塑料能得到日益广
泛的应用? 答：合成树脂是人们模仿天然树脂的成分，并克服了产量
低、性能不理想的缺点，用化学方法人工制取的各种树脂。 塑料是以高分子聚合物为主要成分，并在加工为制品的某
阶段可流动成型的材料。 塑料具有特殊的物理力学性能和化学稳定性能，以及优良
= 137.5s−1
假塑性流体在等截面圆管中流动时的表观黏度ηa
ηa
=
τR
•
γR
=
0.5 ×106 137.5
= 3.6 ×103
10．温度、压力和时间如何影响热塑性塑料熔体的流动性?
答：①聚合物熔体的温度升高后体积膨胀，大分子之间的自由
空间随之增大，彼此间的范德华力减小，黏度下降，有利于大
分子变形和流动，聚合物熔体的流动性增加。
答：随着加工温度的逐渐升高，热塑性塑料将经历玻璃态、 高弹态、黏流态直至分解。不同状态其性能不同，决定了对加 工的适应性。
∗
①θg 以下玻璃态，坚硬的固体。E 高、γ 小，不宜大变形
加工，可车、铣、刨、钻等机械加工。
∗
②θg~θf 高弹态，橡皮状弹性体。E 显著减小，γ 大大增强。
a、无定形塑料在高弹态靠近聚θf 一侧，材料的黏性很大，某些 塑料可进行真空、压力、压延和弯曲成型等。形变是可逆的， 制品温度迅速冷却到θg 才能得到符合形状尺寸要求的制品。b、 结晶形塑料，外力大于材料的屈服点时，可在θg 至θm 内进行薄 膜或纤维的拉伸。
②聚合物熔体的压力增大，熔体所受到的剪切速率增加，而
熔体的表观黏度随之减小，因而熔体的流动性增加。
③聚合物熔体成型温度下长时间受热，会产生不同程度的降
解，导致熔体黏度下降、流动性增加。 11．不稳定流动区压力降增大的原因是什么?如何校正? 答：不稳定流动区压力降突增的原因：①聚合物以收敛方式进 入小直径管时，为保持体积流率不变，只有增大熔体内的速度 梯度，才能满足调整流速的要求，为此只有消耗适当的能量才 能增大速度梯度，加之随流速的增大，流动的动能也相应增大， 这也使能量的消耗增多；②熔体内的剪切速率增大，迫使聚合 物大分子更大和更快的变形，沿流动方向更充分地伸展，而且 这种方式的形变过程从入口端开始并在一定的流动距离内持续 地进行，而这种具有高弹性特征的形变，需克服分子内和分子 间的作用力，也要消耗一定的能量。
度）值愈高，流体黏度愈大；n（非牛指数，小于 1）离整数 1
愈远，流体的非牛顿性愈强。
•
4.在宽广的剪切速率范围内，聚合物熔体的η与γ 之间的关系会
出现怎样的变化？
答：⑴聚合物熔体在低剪切速率(
•
γ
=1~102s—1)作用下呈现牛
•
顿性质，η为零切牛顿黏度（ηo），在此区域η不随γ 变化；⑵熔
体在高剪切速率(
成型方法有哪些? 答：热塑性塑料的主要成型方法：注塑、挤塑、吹塑、固
相成型；热固性塑料的主要成型方法：压缩、压注成型，有时 也用注塑成型。
第二章 塑料成型理论基础
1． 什么是牛顿流动定律?牛顿流体?
答：牛顿流动定律：τ
= η dv
= η dγ
•
=ηγ
dr dt
牛顿流体：流体以切变方式流动，切应力与剪切速率间呈线
qv
=
πR 4∆p 8ηL
（
•
γR
=
4qv πR 3
）
非牛顿流体体积流率
1
qv
=
πn
⎛ ⎜
∆p
⎞ ⎟
n
R
3n+1 n
3n + 1 ⎝ 2KL ⎠
②在平行板狭缝管道中
•
（γ R
=
⎜⎛ ⎝
3n + n
1
⎟⎞ ⎠
qv πR
3
）
牛顿与非牛顿流体的切应力
任 一 液 层 处 τ h=h Δ p/L
∆p τH = H L
3n+1
R n ，将两组数据带入，
则：
1
0.05 ×103
=
πn ⎛ 1×106 3n + 1 ⎜⎜⎝ 2KL
⎞n ⎟⎟ ⎠
3n+1
Rn
1
0.5 ×103
=
πn 3n + 1
⎛ ⎜⎜⎝
5 ×106 2KL
⎞n ⎟⎟ ⎠
3n+1
Rn
（a） (b)
将(b)除以（a），得
1
10
=
1
(5)n
，n=0.699。将
答：最大切应力、剪切速率、牛顿黏度分别为 2.08×105Pa、
91.7s-1、2.3×102Pa.s。
8.一聚合物熔体以 1 MPa 的压力降通过直径 2 mm、长 8 mm 的
等截面圆管时，测得的体积流率为 0，05cm3／s，在温度不变
的情况下以 5 MPa 压力降测试时体积流率增大到 0．5 cm3／s，
2 ×105 = K ′(10)n′′
（a）
5 ×105 = K ′(100)n′′
(b)
将(b)除以（a），得
2.5 = (10)n′′
得 n’=0.40,代入（a），得
K’=
（具体结果略）
假设 n=n’,且在 4qv 测定的数据范围内保持不变，则根据式
πR 3
K
′
=
K
⎛ ⎜
3n
+
1
n
⎞ ⎟
，即可求出该熔体的真正稠度
的成型加工性能，在加热和压力下，利用不同的成型方法几乎 可将塑料制成任何形状的制品。同时，塑料原料来源广泛，价 格低廉，所以，随着塑料工业的迅速发展，塑料得到了日益广 泛的应用。 2、 什么是热塑性塑料和热固性塑料?两者在本质上有何区
别? 答：热塑性塑料，主要由聚合树脂制成。其特点是受热后
软化或熔融，此时可成型加工，冷却后固化，再加热仍可软化。 热固性塑料，大多数是以缩聚树脂为主，加入各种添加剂
n=0.699
带入 qv
=
πn ⎛ ∆p ⎞ n ⎜⎟
3n + 1 ⎝ 2KL ⎠
3n+1
R n 中，
有
1
0.5 ×103
=
3.14 × 0.699 ⎛ 5 ×106 3 × 0.699 + 1 ⎜⎜⎝ 2 × 8K
⎞ 0.699 3×0.699+1 ⎟⎟ 1 0.699 ⎠
0.5 ×103
=
0.709⎜⎜⎛ ⎝
性关系。
2． 什么是非牛顿流体?什么是假塑性流体?η与ηa 本质有何
不同?
答：非牛顿流体：流体以切变方式流动，切应力与剪切速
率间呈非线性关系。
假塑性流体：假塑性流体是非牛顿流体中最普遍、最常见的
一种，近似服从幂律流动规律τ
=
•n
Kγ
=
K ( dv )n
，且
n<1。
dr
η为牛顿黏度，是牛顿流体本身所固有的性质，与流体的分
变学性质，熔体的表观黏度随剪切速率增大呈幂律规律减小。
但在较低和较高的剪切速率范围内，黏度的变化梯度(即对剪切
•
速率的敏感性)不同。在较低的剪切速率区域，γ 发生任何微小 的变化都会使黏度出现很大的波动，这会给注射控制造成极大