高分子材料成型加工原理 期末复习重点教案资料

1聚合物主要有哪几种聚集态形式？玻璃态（结晶态）、高弹态和粘流态2线性无定形聚合物当加工温度T处于Tb < T <Tg，Tg<T<Tf，Tf <T <Td时，分别适合进行何种形式的加工？聚合物加工的最低温度？T < Tg 玻璃态——适应机械加工；聚合物使用的最低 (下限) 温度为脆化温度Tb Tg <T <Tf 高弹态，非晶聚合物 Tg <T <Tf 温度区间，靠近Tf一侧，粘性大，可进行真空、压力、压延和弯曲成型等；高弹形变有时间依赖性，加工中有可逆形变，加工的关键的是将制品温度迅速冷却到Tg以下；结晶或部分结晶聚合物在Tg～Tm, 施加外力 > 材料的屈服强度，可进行薄膜或纤维拉伸；聚合物加工的最低温度: 玻璃化温度 TgT > Tf (Tm) 粘流态（熔体，液态）比Tf略高的温度，为类橡胶流动行为，可进行压延、挤出和吹塑成型。

可进行熔融纺丝、注射、挤出、吹塑和贴合等加工3熔融指数？说明熔融指数与聚合物粘度、分子量和加工流动性的关系, 挤出和注塑成型对材料的熔融指数要求有何不同？熔融指数（Melt Flow Index）一定温度（T >Tf 或Tm）和压力（通常为2.160kg ）下，10分钟内从出料孔(Ø= 2.095mm ) 挤出的聚合物重量（g∕10 min）。

a评价热塑性聚合物的挤压性;b评价熔体的流动度(流度φ= 1/η), 间接反映聚合物的分子量大小;c购买原料的重要参数。

分子量高的聚合物，易缠结，分子间作用力大，分子体积大，流动阻力较大，熔体粘度大，流动度小，熔融指数低；加工性能较差。

分子量高的聚合物的力学强度和硬度等较高。

分子量较低的聚合物，流动度小，熔体粘度低，熔融指数大，加工流动性好。

分子量较低的聚合物的力学强度和硬度等较低4成纤聚合物的一般特性，纤维成型过程，纺丝液体的制备，工业生产主要纺丝成形方法。

1）分子量较高，分子间作用力（含强极性基团或氢键）较大；可制成强度好的纤维；2）无较长支链、交联结构和很大的取代基团，为线型结构，结晶性较好，使拉伸取向结晶后，纤维的强度和模量较高。

3）分子量分布窄：低分子级份过多，纤维强度下降；高分子级份太多，熔体粘度急剧增大，出现凝胶型颗粒，难于拉伸取向。

4）溶解或熔融后，液体具有适度的粘度；5）良好的热稳定。

纤维成形过程包括：液体纺丝及液体细流的冷却固化过程纺丝液体的制备：成纤聚合物的熔融/成纤聚合物的溶解：溶剂同高聚物相互扩散、渗透、溶解的过程。

工业生产中，纤维纺丝成形的方法：熔法纺丝、干法纺丝、湿法纺丝5解释：应变软化；应力硬化；塑性形变及其实质。

T b是塑料使用的下限温度; 应变软化：材料在拉伸时发热，温度升高，以致形变明显加速，并出现形变的细颈现象。

应力硬化：随着取向度的提高，分子间作用力增大，引起聚合物粘度升高，表现出“硬化”倾向，形变也趋于稳定而不再发展。

塑性变形：材料在外力作用下产生不可逆的变形。

实质：大分子链的解缠和滑移随温度升高，屈服强度和断裂强度均下降，两曲线在Tb 相交。

T<Tb时，断裂强度低于屈服强度，曲服前材料已断裂；材料因脆性而失去使用价值；温度在Tb ～Tg ，较大外力作用下，非晶高聚物产生强迫高弹形变，强迫高弹性是塑料具有韧性的原因6根据线性聚合物塑性拉伸的应力-应变曲线，可获得哪些性能参数?弹性模量，屈服强度（应力），定伸强度, 抗张强度（应力），断裂伸长率，断裂能7分析聚合物在贮存或使用过程中，制品变形和收缩的原因，提出稳定制品形状的方法。

原因：1) 成型时熔体的骤冷，使大分子堆积松散 (自由体积大)；2) 贮存或使用中，大分子或链段重排运动，后结晶等，使堆积变紧密，密度增加，体积收缩。

随冷却速度增大，体积收缩程度增大。

3) 骤冷对制件质量不利，降低制品尺寸和形状的稳定性，严重变形或收缩不匀形成的内应力，使制品开裂。

同时降低制品的综合性能改进方法：在（Tg～Tf）对制品热处理，可缩短松弛时间，加速结晶，使制品形状较快稳定。

如PC, PS, PA, PVC等。

8说明粘度对剪切速率和温度的敏感性在成型加工中的应用。

1）在炼胶、压延、压出和注射成型中，提高剪切速率和温度，聚合物粘度降低，可改善加工流动性。

2）外力解除或流动停止时（材料或半成品停放过程中），降低温度，粘度增大，使半成品有良好的挺性，不易变形。

3）可根据原材料特性，正确选择加工工艺（剪切速率和温度）PS、PE、PP和PVC等的粘度对剪切速率敏感，通过提高剪切速率可降粘，改善加工流动性。

PS、PC、PMMA 、CA 、PET 、PA等的粘度对温度敏感，通过提高加工温度可降粘，改善加工流动性。

POM、PC、PET和PA 的粘度对剪切速率不敏感4）加工制品时，合理的加工剪切速率范围应选择在粘度对剪切速率不敏感区域（400秒-1 ～600秒-1以上）9 说明压力对熔体粘度的影响机理，压力-温度等效性原理。

增大压力，自由体积减小，大分子间距离缩小，链段活动范围减小，分子间作用力增加，熔体粘度增大。

但单纯通过增大压力提高熔体流量不恰当，过大压力造成功率消耗过大，设备磨损更大。

不同聚合物的压缩率不同，粘度对压力的敏感性不同压力从138公斤／厘米2升至173公斤／厘米2 ，HDPE和PP的粘度增加4～7倍，PS的粘度增加100倍压力—温度等效性加工温度范围，增加压力或降低温度，可使熔体获得同样的粘度变化。

压力增加到1000大气压，等效于降温30～50℃。

根据压力-温度等效性原理，加工中为维持粘度恒定，增加熔体压力的同时，应提高温度10解释控制加工温度是调节热塑性聚合物熔体流动性的重要手段, 但PE、PP 、POM和天然橡胶等加工时，粘度对加工温度变化并不敏感。

11分别说明固体填充剂（以炭黑为例）、增塑剂或溶剂对聚合物粘度的影响。

通常，固体填料用量（ 10%～50wt% ）增加，粒径减小，表面活性增高，会阻碍大分子链段的运动，使聚合物熔体粘度增大。

尤其加入活性炭黑的橡胶。

炭黑粒子细、表面含有活性基团，与高聚物的亲合性极好，可形成化学或物理结点，阻碍大分子链的运动和滑移，使粘度大幅升高。

增塑剂类小分子或溶剂，会增大分子间距离，减小分子间作用力和流动阻力，使聚合物粘度降低。

液体或增塑剂的作用：削弱聚合物分子间力，分子间距离增大，缠结减少，使聚合物粘度降低；随溶剂含量增加，出现非牛顿流动的临界剪切速率升高，牛顿性增强。

相容性对粘度影响：1)增塑剂与聚合物之间相溶性好随浓度增大，增塑剂/聚合物体系的粘度上升；聚合物粒子被溶胀，形成软外层，剪切力增大时，容易变形滑过，表现假塑性流动；2)增塑剂与聚合物之间相溶性差剪应力作用时，粒子间相互滑移困难，膨胀性流动行为。

12热固性聚合物加工工艺关键?使热固性聚合物在交联之前，完成流动过程热固性成型设备与模具温度的控制：注射或挤出的温度控制：粘度最低，不迅速交联的温度；模具或后处理的温度控制：有利于迅速硬化的温度。

13.宾汉流体、牛顿流体、膨胀性流体、假塑性流体、触变性液体，震凝性液体触变性液体：在恒温和恒定的切变速率下，粘度随时间递减的流体。

震凝性流体：在恒温和恒定的切变速率下，粘度随时间递增的流体。

宾汉流体：与牛顿型流体的流动曲线均为直线，但它不通过原点，只有当剪切应力超过一定屈服应力值之后才开始塑性流动14宾汉流体、牛顿流体、膨胀性流体、假塑性流体、触变性液体，震凝性液体?对于每一种流体，各试举出一个例子，其中多数聚合物熔体属于哪一类流体？宾汉流体：牙膏，巧克力酱牛顿流体：酒，汽油膨胀性流体：淀粉溶液，蜂蜜假塑性流体：蛋黄酱，血液触变性液体：油漆，护手霜震凝性液体：饱和聚酯15影响聚合物粘度的环境因素有哪些? 粘度对剪切速率敏感的聚合物有哪几种? 粘度对温度敏感的聚合物有哪几种?温度、应力、应变速率、低分子物(溶剂)等PS、PE、PP和PVC等的粘度对剪切速率敏感，通过提高剪切速率可降粘，改善加工流动性PS、PC、PMMA 、CA 、PET 、PA等的粘度对温度敏感，通过提高加工温度可降粘，改善加工流动性16 影响聚合物粘度的结构因素有哪些?如何用熔融指数仪辨别聚合物分子量大小及其分布?聚合物结构（链结构和极性、分子量、分子量分布和组成等）流动粘度源于分子间内摩擦，分之间作用力小，分子链柔性高，相对位移容易，粘度低，流动性好。

（1）链柔性大，缠结点多，解缠和滑移困难，非牛顿性愈强；（2）链刚性或分子间力大(极性和结晶)，粘度高，加工难；粘度的温敏性增加，升温可增大流动性(PC、PS、PET 、PA)；（3）长支链高分子中，主链及支链均形成缠结结构，其粘度大于直链高分子粘度，其粘度对剪切速率的敏感性增大。

短支链高分子, 大分子缠结减小，分子间距离增大，分子间作用力降低, 其粘度低于直链高分子粘度。

（4）分子中含大侧基，自由体积增大，粘度对压力和温度敏感性增加，升温和升压均能改变流动性（PMMA，PS）流动是分子链间发生相对位移，分子量增大，分子的缠结程度提高，分子间作用力增大，分子链重心移动愈慢，流动需更长时间和更多能量，粘度增大分子量分布宽，剪切速率增大，熔体粘度迅速下降，表现更多假塑性；分子量分布窄，在宽剪切速率范围内，熔体表现更多牛顿性17聚合物流体有几种流动类型?什么是零切粘度、极限粘度、表观粘度?零切粘度，就是当剪切速率趋于零时，非牛顿指数n=1，表观粘度与剪切速率无关，流体流动性之与牛顿性流体相仿，粘度趋于常数，称零切粘度表观黏度，是指在一定速度梯度下，用相应的剪切应力除以剪切速率所得的商。

表观黏度有可能大于真实黏度也有可能小于真实黏度极限黏度18拖曳流动，收敛流动，管外拉伸流动的特点收敛流动：在流道截面尺寸逐渐变小的锥管或其它形状管道中的流动。

特点：流动液体受剪切和拉伸两种作用。

拖曳流动：管道或口模的一部分运动，使聚合物随管道或口模的运动部分产生拖曳流动。

特点：剪切流动，液体压力降及流速分布受运动部分的影响。

管外拉伸流动：非抑制性收敛流动（拉伸流动），壁面速度不为0；收敛角很小；拉伸方向存在速度梯度dvz / dz；拉伸流动区，聚合物细流在径向不存在速度梯度，细流截面上各点的速度相同。

19评价聚合物流变性的常用仪器和方法有哪些?毛细管粘度计、旋转粘度计、落球粘度计、熔融指数仪、螺旋流动试验和转矩流变仪等。

1）挤出式毛细管粘度计：剪切速率，10-1～6 秒-1 ，熔体和溶液，102 ～8 泊能观察熔体弹性行为和熔体破裂等现象。

2）旋转粘度计：剪切速率，10-3～105秒-1转筒式适合浓溶液，锥板和平板式适合熔体。

能观测聚合物体系的弹性行为和松弛特性。

3) 落球粘度计：剪切速率。