材料成型加工与工艺学 习题解答7

第六章压制成型

2. 简述热固性塑料模压成型的工艺步骤。

将热固性模塑料在以加热到指定温度的模具中加压，使物料熔融流动并均匀地充满模腔，在加热和加压的条件下经过一定的时间，使其发生化学反应而变成具有三维体形结构的热固性塑料制品。

(1)计量

(2)预压

(3)预热

(4)嵌件安放

(5)加料

(6)闭模

(7)排气

(8)保压固化

(9)脱模冷却

(10)制品后处理

4. 在热固性塑料模压成型中，提高模温应相应地降低还是提高模压压力才对模压成型工艺有利？为什么？

在一理论的操作温度下，模温提高时，物料的黏度下降、流动性增加，可以相对应的降低模压；但若继续升高模温会使塑料交联反应速度增快、固化速率升高此时便需要提高模压。一般而言提高温度应提高模压压力。

8. 试述天然橡胶硫化后的物理性能的变化，并解释之。

橡胶在硫化的过程中，交联密度发生了显着的变化。随着交联密度的增加，橡胶的密度增加，气体、液体等小分子就难以在橡胶内运动，宏观表现为透气性、透水性减少，而且交联后的相对分子质量增大，溶剂分子难以在橡胶分子之间存在，宏观表现为能使生胶溶解的溶剂只能使硫化胶溶胀，而且交联度越大，溶胀越少。硫化也提高了橡胶的热稳定性和使用温度范围。

天然橡胶在硫化过程中，随着线型大分子逐渐变为网状结构，可塑性减小，拉伸强度、定伸强度、硬度、弹性增加，而伸长率、永久变形、疲劳生热等相应减小，但若硫化时间再延长，则出现拉伸强度、弹性逐渐下降，伸长率、永久变形反而会上升的现象。

10. 橡胶的硫化历程分为几个阶段？各阶段的实质和意义是什么？

(1) 焦烧阶段又称硫化诱导期，是指橡胶开始前的延迟作用时间，在此阶段胶料尚未开始交联，胶料在模型内有良好的流动性。对于模型硫化制品，胶

料的流动、充模必须在此阶段完成，否则就会发生焦烧，出现制品花纹不清、缺胶等缺陷。焦烧阶段的长短决定了胶料的焦烧性能和操作安全性。

(2) 预硫化阶段焦烧期以后橡胶开始交联的阶段。在此阶段，随着交联反应得

进行，橡胶的交联程度逐渐增加，并形成网状结构，橡胶的物理机械性能逐渐上

升，但尚未达到预期的水平，但有些性能如撕裂性能、耐磨性能等却优于正硫化

阶段时的胶料。预硫化阶段的长短反应了橡胶硫化反应速度的快慢，主要取决于

胶料的配方。

(3) 正硫化阶段橡胶的交联反应达到一定的程度，此时各项物理机械性能均达

到或接近最佳值，其综合性能最佳。此时交联键发生重排、裂解等反应，同时存

在的交联、裂解反应达到了平衡，因此胶料的物理机械性能在一个阶段基本上保

持恒定或者变化很少，所以该阶段也称为平坦硫化阶段。此阶段所取的温度和时

间称为正硫化温度和正硫化时间。硫化平坦阶段的长短取决于胶料的配方，主要

是生胶、促进剂和防老剂的种类。

(4) 过硫阶段正硫化以后继续硫化便进入过硫阶段。交联反应和氧化及热断链

反应贯穿于橡胶硫化过程的始终，只是在不同的阶段，这两种反应所占的地位不

同，在过硫阶段中往往氧化及热断链反应占主导地位，因此胶料出现物理机械性

能下降的现象。天然橡胶、丁苯橡胶等主链为线形大分子结构，在过硫阶段断

链多于交联而出现硫化返原现象；对于大部分合成橡胶，如丁苯、丁腈橡胶，在

过硫阶段中易产生氧化支化反应和环化结构，胶料的物理机械性能变化很小，甚

至保持恒定，这种胶料称硫化非返原性胶料。

11. 橡胶制品生产过程中，残余焦烧时间的长短与橡胶制品的类型有什么关系？

剩余胶烧时间是指胶料在模型中加热时保持流动性的时间。如果胶料在混炼、停

放、熟炼和成型中所耗的时间过长或温度过高，则操作焦烧时间长，占去的整个

胶烧时间就多，则剩余焦烧时间就少，易发生焦烧。因此，为了防止焦烧，一方

面设法使胶料具有较长的焦烧时间，如使用后效性促进剂；另一方面在混炼、停

放、熟炼、成型等加工时应低温、迅速，以减少操作焦烧时间。

15. 某一胶料的硫化温度系数为2，当硫化温度为137℃时，测出其硫化时间为

80 min，若将硫化温度提高到143℃，求该胶料达正硫化所需要的时间？上述胶

料的硫化时间缩短到60 min时，求所选取的硫化温度是多少？

使用范特霍夫方程式：

(T2－T1)/10K/ t(1) t＝21(143－137)/10280/ t＝2t＝52.77 min1.516 t80＝22

(T2－T1)/10K(2) t/ t＝21(T2－137)/10280/60＝137)/10(T2－1.333＝2两边同

成以log

0.1248＝(T2－137)/10．log2

T2＝141.16℃

16. 某胶料的硫化温度系数为2，在实验室中用试片测定，当硫化温度达到143℃

时，硫化平坦时间为20~80 min，该胶料在140℃下于模型中硫化了70 min，问

是否达到正硫化？

使用范特霍夫方程式：

首先考虑某橡胶在143℃的硫化平坦时间开始点 20min 推算其在140℃下其硫

化平坦时间开始点

(T2－T1)/10K(1) t/ t＝21(140－143)/10220/ t＝220＝0.8122 tt＝24.62 min22 首先考虑某橡胶在143℃的硫化平坦时间终止点 80min 推算其在140℃下其硫

化平坦时间终止点

(T2－T1)/10K/ t(2) t＝21(140－143)/102＝80/ t280＝0.8122 tt＝98.50 min22 最后即依上列方程得知判断出某橡胶在140℃下其硫化平坦时间为时已达到了

正硫化且并未进入过硫阶段。70 min24.62~98.50 min 其在

17. 绘出增强热固性塑料层压板成型时热压过程五个时期的温度和压力与时间

的关系曲线，并说明各时期的温度和压力在成型中的作用。

(pic. 6-25, page 207)

220

200180160140溫度120100壓力806040200第五階段第三階段第四階段第一階段第二階

段第一阶段为塑料开始预热阶段板胚的温度从室温升至树脂开始交联反应的温

度，这时树脂开始熔化并进一步渗入增强材料中，同时使部分挥发物排出。此时

施加的最高压力的1/3~1/2，一般为4~5MPa之间，若压力过大，胶液将大量流

失。

第二阶段为塑料中间保温阶段树脂在较低的反应速度下进行交联固化反应，直

至溢料不能成丝为止，然后开始升温升压。

第三阶段将温度和压力升至最高，此时树脂的流动性已下降，高温高压不会造

成胶液流失，却能加快交联反应。升温速度不宜过快，以免制品出现裂纹和分层，

但应加足压力。

第四阶段热压保温阶段在规定的压力和温度下(9~10MPa，160~170)，保持一段

时间，使树脂充分交联固化。

第五阶段冷却阶段树脂充分交联固化后即可逐渐降温冷却。冷却时应保持一定

压力，否则制品表面发泡和翘曲变形。

第七章挤出成型

1. 挤出机螺杆的结构上为何分段？分段的根据是什么？

螺杆对物料所产生的作用在螺杆的全长范围内各段的不同。根据物料在螺杆中的

温度、压力、黏度等的变化特征，可将螺杆分为加料段、压缩段和均化段。

(1)加料段其长度随塑料品种而异，挤出结晶型热塑性塑料的加料段要求较长，

使塑料有足够的时间，慢慢软化，该段约占螺杆全长60%~65%。挤出无定型塑料

的加料段较短，约占螺杆10%~25%。但硬质无定型塑料也要求长一些，软质无定

型塑料则较短。