高分子材料成型加工原理 期末复习重点(升华提升版)

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 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 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 Tg T > 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解释：应变软化；应力硬化；塑性形变及其实质。Tb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 5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 6分析讨论聚集态与成型加工的关系; T< Tg ，玻璃态，链段冻结，自由体积小，内聚力较强，力学强度较大，为坚硬固体；外力作用下，大分子链的键角或键长发生变形，形变小，为可逆普弹形变，弹性模量高；适于机械加工,如车削,锉削,制孔,切螺纹等； Tg 较大变形的成型, 如压延，中空吹塑，热成型，薄膜或纤维拉伸等。但此形变是可恢复的；加工的关键的是将制品温度迅速冷却到Tg以下； T > Tf 粘流态 ，整个大分子运动, 滑移和解缠，外力作用下，主要为不可逆的粘性形变，产生宏观流动，可进行变形大，形状复杂的成型。如熔融纺丝、注射、挤出等。冷却后形变永久保存 7写出线型聚合物的总形变γ公式，画出聚合物在外力作用下的形变-时间曲线, 分析各部分的性质特点; 8画出线性聚合物塑性拉伸的应力-应变曲线，并说明各阶段的应力-应变行为特点

1.直线o—a线段 普弹形变，模量高，由键角和键长拉伸引起，形变很小, ab弯曲，形变加速，由普弹形变向高弹形变转变； 2.屈服点b点，水平曲线，屈服应力σy下，链段逐渐形变和位移，应变增大。 由高弹形变发展为塑性形变 (大分子链解缠和滑移) ； “应变软化”： 拉伸时 材料发热(外力功 → 分子热运动能)，温度升高变软，形变加速。 “细颈”现象： 拉应力下，材料形变加速，截面突然变细。 屈服应力下，聚合物中结构单元(链段、大分子和微晶)拉伸取向。

9聚合物加工技术分类及其过程 按材料分类 （1）化学纤维成型加工 熔体纺丝, 溶液纺丝。 （2）塑料成型加工 注塑、挤塑、吹塑、模压、层压、传递模塑、浇铸、旋转成型、涂覆等 。 （3橡胶成型加工 工艺过程包括：塑炼、混炼、压出 (压延) 、成型、硫化等过程 根据加工过程中的物理或化学变化 （1）主要是物理变化 热塑性聚合物：加热软化或熔融 - 施压流动 - 冷却固化； 纤维或薄膜： 拉伸取向以及结晶； （2）主要是化学变化 引发剂或热作用下，单体或低聚物的交联固化反应； （3）兼有物理和化学变化 加热 —流动 ， 交联—固化。 热固性塑料的模压、注射和传递模塑成型、橡胶成型、反应挤出等。

10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） 11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

12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 13比较热塑性聚合物和热固性聚合物在加工过程中的流变行为特点； 分析讨论温度对热固性聚合物流动性的影响 热固性与热塑性聚合物粘度变化的差别 (1) 热塑性聚合物加工主要为物理过程 多次塑化引起材料一定变化 (部分降解或局部交联等)，但未改变材料整体的可塑性。 （2）加热, 材料熔融，压力作用下流动，获得所需形状；一定温度下, 活性基团交联硬化，粘度变大，失去再次加热软化和流动能力。 温度对热固性聚合物粘度的影响 硬化时间H（流动度降低到某一定值时所需的时间）

温度升高，固化时间缩短，固化速度加快，粘度增高

热塑性聚合物 热固性聚合物 加工温度对聚合物粘度的影响

14讨论热塑性聚合物分子量及其分布、剪切速率、熔体粘度的关系 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。 分子量相同时，从加工性能（熔体粘度）考虑，聚合物分子量分布可适当宽些

15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。

16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。10 -2 秒-1以下，溶液。 4）熔融指数仪、螺旋流动试验和转矩流变仪等。

17分析管道中流动液体，管中心区域温度低 ，管壁附近区域温度高的原因。 （1）摩擦热 管中心，剪应力（剪切速率）低，摩擦热小； 随半径增大，剪应力和剪切速率增加，管壁区域的摩擦热最大。 （2）膨胀冷却效应 流体沿流动方向，存在压力降，体积逐渐膨胀，表观密度减小。 膨胀作用消耗液体中部分能量，产生冷却效应。管壁： 限制和摩擦力较大，膨胀率小，冷却效应较小；管中心：膨胀率大，冷却效应更大。

18“拉伸变硬”及其在加工中的应用。 吹塑薄膜或挤压中空容器型型坯时，采用 “拉伸变硬” 的物料, 制品很少出现应力集中或局部强度变弱而破裂，可获得形变均匀的制品，有利于挤压中空容器型坯、纺丝、吹塑薄膜以及片材的热成型。“拉伸变稀”会导致材料破坏。

19入口效应（入口端产生更大压力降）的原因 （1）大管小管（液体收敛流动），流速和剪切速率增大，要消耗更多的能量才能相应提高剪应力和压力梯度； （2）流速增大，液体动能增加，使能量消耗增多； （3）液体剪切速率的增大，使大分子伸展取向更大，高弹形变增加，要克服分子内和分子间的作用作力，也要消耗能量。导致液体进入小管时，能量消耗增多，