塑料成型工艺学复习习题及答案

1. 何谓成型加工？高分子材料成型加工的基本任务是什么？

将聚合物（有时加入各种添加剂、助剂或改性材料）转变为制品或实用材料的一种工程技术。

基本任务：研究各种成型加工方法和技术。研究产品质量与各种因素之间的关系。研究提高产量和降低消耗的途径。

因素包括：a.聚合物本身的性质；b.各种加工条件参数；c.设备和模具的结构尺寸；d.各种添加剂、助剂；

2. 简述聚合物成型加工时的关键步骤。 A.如何使聚合物产生流动与变形？ 方法: a.加热 熔体； b.加溶剂 溶液； c.加增塑剂或其它悬浮液。

3. 简述聚合物转变时所发生的主要变化。

a.形状：满足使用要求而进行，通过流动与变形而实现

b.结构：组成：非纯聚合物。组成方式：层压材料，增强材料，复合材料。宏观结构：如多孔泡沫，蜂窝状，复合结构。微观结构：结晶度，结晶形态，分子取向等

c.性质： 有意识进行：生橡胶的两辊塑炼降解，硫化反应，热固性，树脂的交联固化

方法条件不当而进行：温度过高、时间过长而引起的降解

4.聚合物成型加工方法是如何分类的？简要分为那几类？

有无物理或化学变化分为三类：主要发生物理变化：如 注射，挤出，压延，热成型，流涎薄膜等。主要发生化学变化：如 浇铸成型。既有物理变化又有化学变化：热固性塑料的加工和橡胶加工。

5. 简述成型加工的基本工序？

成型加工完整工序：

1.预处理：准备工作：原料筛选，干燥，配制，混合

2.成型：赋予聚合物一定型样

3.机械加工：车，削，刨，铣等。

4.修饰：美化制品。

5.装配： 粘合，焊接，机械连接等。

6. 简述塑料的优缺点。

优点：a.原料价格低廉；b.加工成本低；c.重量轻；d.耐腐蚀；e.造型容易；f .保温性能优良；g.电绝缘性好。缺点：a.精度差；b.耐热性差；c.易燃烧；d.强度差；e.耐溶剂性差；f .易老化。

第二章 聚合物成型加工的理论基础

加工性质包括：可模塑性、可挤压性、可延性、可纺性

名词解释：

可挤压性：是指聚合物通过挤压作用是获得形状和保持形状的能力。

可挤压性主要取决于熔体的剪切粘度和拉伸粘度。

熔融指数：是评价热塑性聚合物特别是聚烯烃的挤压性的一种简单而实用的方法，它是在熔融指数仪中测定的。

可模塑性：是指材料在温度和压力作用下形变和在模具中模制成型的能力。可模塑性主要取决于材料的流变性，热性质和其它物理力学性质。

可延性：取决于材料产生塑性形变的能力和应变硬化能力作用。

可纺性：指聚合物通过加工形成连续固体纤维的能力。具有可纺性的聚合物可以进行纺丝，作成纤维。

滑移：高分子在导管中流动时，在管壁处是时停时动的，这种现象称为滑移。

端末效应：入口效应是指在管子进口处一段区域，产生较大的压力降。出口效应指聚合物由管子流出时，料流直径发生先收缩后膨胀的现象。

鲨鱼皮症：指挤出物表面像鲨鱼皮那样，非常毛糙。如果用显微镜观察，制品表面是细纹状。它是不正常流动引起的不良现象，只有当出口速度很大时才能看到。 产生原因：挤出口模对挤出物表面产生周期性张力和口模对熔体时粘时滑造成的。

2、试述聚合物成型加工对聚集态转变的依赖性

把聚合物分为：玻璃态、高弹态、粘流态。线性聚合物聚集态的重要性质：聚集态间可转变且可逆 可逆性的转变对成型加工的重要性：a.使聚合物材料的加工性更多样化b.成型加工是一种“转变”技术。

3，简述无定形聚合物聚集态与加工方法之间的关系

玻璃态，坚硬的固体，链段处于冻结状态，普弹形变。加工方法：适合机械加工、固相成型（小形变加工）

高弹态。加工方法：压力成型、吹塑成型、弯曲和拉伸操作。

在高弹态下进行加工时，关键问题是：在保持外力作用下，把制品的温度迅速冷却到Tg 以下。也就是说要充分考虑到加工中的可逆形变，否则就得不到符合形状尺寸要求的制品。

粘流态。大分子除了链段运动以外，整个大分子链在外力作用下也产生滑移。加工方法：熔体加工，如注射、挤出、压延、熔融纺丝、热贴合等。

4、简述结晶聚合物聚集态与加工方法之间的关系？

A 是轻度结晶聚合物曲线，形状与无定形聚合物的曲线形状基本类似；

B 是结晶度较高的聚合物的曲线，但分子量相对较低，因此Tf <=Tm;

C 是分子量较大的结晶型聚合物。 Tf >Tm ，当聚合物温度达到熔点后，还会出现高弹态，因此，只有连续提高加工温度才能使聚合物转变为粘流态。

5.为什么聚合物表现出可纺性，而小分子不具有可纺性？

一般，聚合物熔体粘度η很大，而它的表面张力较小，因此η/ γf的比值较大。这种关系是聚合物具有可纺性的重要条件。而低分子与高分子相比，它的粘度很小，所以不具可纺性。

8、影响粘度的因素有那些？是如何影响的？

1.自由体积：指聚合物中的空隙。它是大分子链段进行扩散运动的场所。自由体积大，分子间距就大，分子间作用力小，大分子链段容易活动，聚合物粘度小。因此凡能引起自由体积增大的因素都能使聚合物粘度降低。

2.大分子长链之间的缠结：它使分子链运动变得非常困难。分子间缠结程度大，分子间作用力增大，大分子形成网络，分子不容易活动，聚合熔体粘度就大。因此凡能减小缠结作用的因素都能使熔体粘度降低。

9、何谓温度－压力等效性？生产时为什么不能同时大幅度提高温度和压力

增加压力对粘度的影响和降低温度的影响具有等效性。增大压力，粘度增大；升高温度，粘度降低。

在成型加工中，为提高产量，如果同时升高温度和压力，有可能使效果相反的两种效应相互抵消。如果压力效果大于温度效果，产量反而下降。

10、何谓弹性？如何进行弹性或粘性形变属性的估计？

无论是固体聚合物还是聚合物熔体，在受力时都具有粘性形变和弹性形变，只是在不同条件下两种形变的比例不同。

判断方法：比较松弛时间t*和外力作用时间t的大小

①t >>t*，聚合物总形变中以粘性形变为主；

②t <

松弛时间t *是剪切粘度η和剪切模量G之比。它是表示高聚物从一种平衡态到另一种平衡态所经历的时间。

t*＝η/ G

11、何谓滑移？产生滑移的原因是什么？如何克服？

高分子在导管中流动时，在管壁处是时停时动的，这种现象称为滑移。

产生滑移的原因：

a. τR、R的差别，在管壁处熔体η最低，流体沿着管壁形成一个低粘度液体圆环；

b. 分子量分级效应，即分子量小的级分趋于管壁，分子量大的级分趋于管中心。

在管壁处形成低粘度的液体圆环，使流速增加。

此外，滑移还与管壁的性质、润滑剂的性质有关，而且剪切速率越高滑移越严重。

克服：降低剪切速率

12、何谓熔体破裂？产生熔体破裂的原因是什么？如何避免？

当τ、增加到某一数值时，挤出物表面粗糙失去光泽，粗细不均，严重时出现波浪竹节状扭曲的挤出物，甚至发生支离或断裂，形成不规则碎片或圆柱。这种在高τ、下发生熔体破坏的现象，称为“熔体破裂”

a.只有τ、增大到一定数值时才出现熔体破裂；

b.τc c与温度有关；温度升高，τc c 增大。τc c

越小越易出现破裂。

c.对大多数聚合物来说，τc=105-106 N/m2

d.τc c随分子量下降、分布增宽而上升；

e.与口模光滑程度不大，与制模材料关系较大；

f.若使口模进口区流线型化，常可使临界剪切速率增大十倍或更多；特别的，HDPE有超流动区，> c时也不出现熔体破裂。

13、简述聚合物加工过程中的热效应？有何特点？

热效应包括：摩擦生热、体积膨胀吸热、相变的热效应

14、加工过程中聚合物结晶有何特点？为什么升、降温速率都不能过快？

大分子链段来不及重排而变成过冷液体。这种结构具有明显的松散性，强度低。

15、简述注射成型制品的定向过程与特点。

定向情况：定向程度较高的区域是浇口附近中心的四周。制品各向异性。

16、何谓降解？加工过程中是如何利用或避免降解？

定义：聚合物大分子可能由于受到热和应力的作用或由于高温下微量水分、酸、碱等杂质及空气中氧的作用而导致分子量降低、大分子结构改变等化学变化。通常称分子量降低的作用为降解。

a.轻度降解会使聚合物带色；

b.进一步降解会使聚合物分解出低分子物质，分子量降低，制品出现气泡或流纹等弊病，削弱制品的各项物理机械性能；

c.严重的降解会使聚合物焦化变黑，产生大量的分解物质，甚至分解的聚合物会从加热料筒中喷出，使加工过程不能顺利进行。

17、何谓交联？影响交联速度和交联程度的因素有那些？

形成三向网状结构的反应称为交联（一）温度的影响（二）硬化时间的影响（三）反应官能度的影响（四）应力的影响

第六章注射模塑

1、名词解释：塑化、塑化压力、注射压力、

注射压力：1.作用：克服流动阻力，给予充模速度，压实。2.注射压力与油缸表压关系：

P表压·B=P注·A P表压=P注·A/B

B：油缸活塞面积

A：螺杆横截面积

塑化：塑料在料筒内经加热达到流动状态并有良好的可塑性的全过程。

2、注射成型方法适合于何种制品的生产？为什么？请用框图形式表示一个完整的注射成型工艺过程。

完整的注射成型工艺包括：成型前的准备、注射过程、制品的后处理。

成型前的准备。一.原料的检验与处理。二.设备的清洗。三.嵌件的预热与安装四.脱模剂的选用

注射过程

加料塑化注射入模稳压冷却脱模

塑化流动与冷却

两个过程

3、简述注射机的基本结构及工作原理

注射系统由三大部分组成：注射系统、锁模系统（合模系统）、模具，此外还有电器控制系统、液压系统

注射系统组成：加料装置、料筒、螺杆（或柱塞）、喷嘴等

螺杆a.从作用上与挤出机螺杆相比

注射机螺杆除了送料、压实、塑化外，还有注射作用，对于塑化能力、压力稳定以及操作连续性和对操作稳定性的要求没有挤出机螺杆的高。

b.从螺杆运动形式比较

挤出机的螺杆只在原位作连续旋转，而注射机除旋转外，还前后往复运动，并时转时停。当料筒前端料压大于螺杆背压时，螺杆边转边后退，这种情况工艺上称为予塑化。

背压：螺杆转动后退时螺杆顶部熔体物料所受到的压力，也就是阻力。可由液压系统中的溢流阀来调节。

从螺杆结构上比较注射螺杆和挤出机螺杆：·注射机螺杆的均化段长度较短，螺槽较深；·加料段长度较长，约为螺杆长度一半；·螺杆头部是尖头形，优点是可减少脉冲流动，不易积存物料，可减少塑料发生降解，对粘度低的塑料带有止逆环；·注射螺杆的长径比和压缩比较小。L/D=16-20, ε=2-2.5

5、注射机的注射系统和合模系统的作用是什么？其中注射系统主要由哪几部分

组成？

压实(保压)段：从熔体充满模腔起到螺杆撤回时止。（t1 ～t2）

保压原因：防止因热胀冷缩而引起制品内部出现空洞。大分子定向形成的主要阶段。

喷嘴

a.作用：引导物料从料筒进入模具；控制料流，防止物料流涎，使物料流积存在料筒前端；提高注射压力，使物料具有一定射程；进一步塑化。

b.种类：

按喷嘴分：通用式(延伸式)：喷嘴孔径大，呈短管状，优点是阻力小。适用于粘度高的塑料。

自锁式：用于注射粘度较低的塑料。

杠杆针阀式：

充模阶段：从螺杆开始向前移动起，到模腔被熔体充满为止。（0～t1）

快速充模原因：防止分子定向程度增大，引起制品出现裂纹、变形等现象。

b.压实(保压)段：从熔体充满模腔起到螺杆撤回时止。（t1 ～t2）保压原因：防止因热胀冷缩而引起制品内部出现空洞。大分子定向形成的主要阶段。

c.倒流阶段：从螺杆开始回退起到浇口处熔体冻结时止。（t2 ～t3）倒流原因：若保压时间短，浇口没有封冻，这时模腔内的压力就会比流道内压力高，会发生倒流现象。

d.冷却阶段：从浇口处塑料完全冻结到制品从模腔中脱出为止。（t3 ～t4）这一阶段，制品的温度、压力、体积继续下降，到制品脱模时，模内压力不一定比外界压力相等，其差值称为残余压力。保压时间长，残余压力大；保压时间短，残余压力小。当其值为正时，脱模困难；当其值为负时，因保压时间短，制品表面易有陷痕或内部有真空泡。一般希望残余压力为零。

10、要缩短注射机的成型加工周期，可以采用哪些措施？

料筒温度的确定（Tf（Tm）~Td之间）

喷嘴温度1. 略低于料筒最高温度。一.注射压力

1.作用：克服流动阻力，给予充模速度，压实。

2.注射压力与油缸表压关系：P表压·B=P注·A P表压=P注·A/B

B：油缸活塞面积

A：螺杆横截面积