高分子材料加工成型原理作业

《高分子材料加工成型原理》主要习题

第二章聚合物成型加工的理论基础

1、名词解释:牛顿流体、非牛顿流体、假塑性流体、胀塑性流体、拉伸粘度、剪切

粘度、滑移、端末效应、鲨鱼皮症。

牛顿流体:流体的剪切应力与剪切速率之间呈现线性关系的流体,服从牛顿黏性定律的流体称为非牛顿流体。

非牛顿流体:流体的剪切应力与剪切速率之间呈现非线性关系的流体,凡不服从牛顿黏性定律的流体称为非牛顿流体。

假塑性流体:就是指无屈服应力,并具有黏度随剪切速率或剪切应力的增大而降低的流动特性的流体,常称为“剪切变稀的流体”。

胀塑性流体:就是指无屈服应力,并具有黏度随剪切速率或剪切应力的增大而升高的流动特性的流体,常称为“剪切增稠的流体”。P13

拉伸粘度:用拉伸应力计算的粘度,称为拉伸粘度,表示流体对拉伸流动的阻力。

剪切粘度:在剪切流动时,流动产生的速度梯度的方向与流动方向垂直,此时流体的粘度称为剪切粘度。

滑移:就是指塑料熔体在高剪切应力下流动时,贴近管壁处的一层流体会发生间断的流动。P31 端末效应:适当增加长径比聚合物熔体在进入喷丝孔喇叭口时,由于空间变小,熔体流速增大所损失的能量以弹性能贮存于体系之中,这种特征称为“入口效应”也称"端末效应"。

鲨鱼皮症:鲨鱼皮症就是发生在挤出物表面上的一种缺陷,挤出物表面像鲨鱼皮那样,非常毛糙。

如果用显微镜观察,制品表面就是细纹状。它就是不正常流动引起的不良现象,只有当挤出速度很大时才能瞧到。

6、大多数聚合物熔体表现出什么流体的流动行为？为什么？P16

大多数聚合物熔体表现出假塑性流体的流动行为。假塑性流体就是非牛顿型流体中最常见的一种,聚合物熔体的一个显著特征就是具有非牛顿行为,其黏度随剪切速率的增加而下降。此外,高聚物的细长分子链,在流动方向的取向粘度下降。

7、剪切流动与拉伸流动有什么区别？

拉伸流动与剪切流动就是根据流体内质点速度分布与流动方向的关系区分,拉伸流动就是一个平面两个质点的距离拉长,剪切流动就是一个平面在另一个平面的滑动。

8、影响粘度的因素有那些？就是如何影响的？

剪切速率的影响:粘度随剪切速率的增加而下降;

温度的影响:随温度升高,粘度降低;

压力的影响:压力增加,粘度增加;

分子参数与结构的影响:相对分子质量大,粘度高;相对分子质量分布宽,粘度低;支化程度高,粘度高;

添加剂的影响:加入增塑剂会降低成型过程中熔体的粘度;加入润滑剂,熔体的粘度降低;加入填料,粘度升高。

12、何谓熔体破裂？产生熔体破裂的原因就是什么？如何避免？

高聚物熔体在挤出过程中,当挤压速率超过某一临界值时挤出物表面出现众多的不规则的结节、扭曲或竹节纹,甚至支离与断裂成碎片或柱段,这种现象称为熔体破裂。

原因:一种认为就是由于熔体流动时,在口模壁上出现了滑移现象与熔体中弹性恢复所引起;另一种就是认为在口模内由于熔体各处受应力作用的历史不尽相同,因而在离开口模后所出现的弹性恢复就不可能一致,如果弹性恢复力不为熔体强度所容忍,就会引起熔体破裂。

避免熔体破裂需注意:控制剪切应力与熔体温度;设计口模模唇时,提供一个合适的入口角,使用流线型的结构就是防止聚合物熔体滞留并防止挤出物不稳定的有效方法。

第三章成型用的物料及其配制

4、简述增塑剂的增塑机理,如何选用增塑剂？

增塑剂在加入聚合物大分子后,增塑剂的分子因溶剂化及偶极力等作用而“插入”聚合物分子之间并于聚合物分子的活性中心发生时解时结的联结点,由于有了增塑剂-聚合物的联结点,聚合物之间原有的联结点就会减少,从而使其分子间的力减弱,并导致聚合物一系列性能的改变。选用增塑剂要选择与树脂的相容性好、增速效率高、增塑效果持久、低温柔韧性好、电绝缘性好、耐老化性好、阻燃性好、毒性低等。

5、何谓稳定剂？简述热稳定剂的稳定机理。

凡在成型加工与使用期间为有助于材料性能保持原始值或接近原始值而在塑料配方中加入的物质称为稳定剂。热稳定剂的作用机理归纳如下:(1)捕捉降解时放出的HCL。(2)置换不稳定的氯原子(3)钝化具有催化作用的金属氯化物(4)防止自动氧化(5)与共轭双键结构起加成作用(6)能与自由基起反应。

8、何谓润滑剂？为什么润滑剂有内、外之分？

为改进塑料熔体的流动性能,减少或避免对设备的摩擦与粘附以及改进制品表面光亮度等,而加入的一类助剂称为润滑剂。

润滑剂中有一类与高聚物有一定的相容性,加入后可减少高聚物分子的内聚力,降低其熔融粘度,从而减弱高聚物分子间的内摩擦,此类润滑剂为内润滑剂。还有一类与高聚物仅有很小的相容性,它在加工机械的金属表面与高聚物表面的界面上形成一润滑层,以降低高聚物与加工设备之间的摩擦,此类润滑剂为外润滑剂。不同的相容性让润滑剂有了内外之分。

第五章挤出成型

2、普通螺杆在结构上为何分段,分为几段？各段的作用如何？

螺杆的主要功能包括输送固体物料,压紧与熔化固体物料,均化、计量与产生足够的压力以挤出熔融物料,所以根据物料在螺杆上运转的情况可将螺杆分为加料、压缩与计量三段。

加料段就是自物料入口向前延伸约4~8D的一段,主要功能就是卷取加料斗内物料并传送给压缩段,同时加热物料;压缩段(又称过渡段)就是螺杆中部的一段,在这段中物料除受热与前移外,主要就是由粒状固体逐渐被压实并软化为连续的熔体,同时还将夹带的空气排出;计量段就

是螺杆的最后一段,其长度约为6~10D,主要的功能就是使熔体进一步塑化均匀,克服口模的阻力使物料定量、定压的由机头与口模流道中挤出,所以这一段也称为均化段。

3、根据固体输送率的基本公式,分析当螺杆的几何参数确定之后,提高固体输送率的

途径及工业实施方法。

提高固体输送率可从挤出机结构与挤出机挤出工艺两个方面采取措施。从挤出机结构角度来考虑,可增加螺槽深度;其次,可降低塑料与螺杆的摩擦系数,这就需要提高螺杆的表面光洁度;再者,可增大塑料与料筒的摩擦系数,料筒内表面要尽量光洁。

从挤出工艺角度来考虑,关键就是控制送料段料筒与螺杆的温度。

9、何谓螺杆压缩比？为什么要有压缩比？在螺杆结构上如何实现？

通常将加料段一个螺槽的溶剂与计量段一个螺槽容积之比称为螺杆的压缩比。

压缩比对塑料挤出成型工艺控制有重要影响。挤出不同的塑料,根据塑料的物理性能选择螺杆的压缩比。

实现压缩比的途径:变动螺纹的高度或导程;螺杆根径由小变大或外径由大变小;螺纹的头数由单头变成二头或三头。

13、用方框图表示出挤出成型工艺,并注明各工艺环节所用的设备。

各工艺环节所用的设备:

原料的预处理与混合:烘箱或烘房;

挤出成型:挤出机、挤出机机头口模;

定性装置:真空定径(真空定径套、冷却水槽、真空泵等)与内压定径;

冷却装置:浸浴式冷却水箱或喷淋式冷却水箱;

牵引装置:滚轮式牵引机或履带式牵引机;