高分子材料成型加工
高分子材料成型加工
考试重点内容及部分习题答案
第二章高分子材料学
1、热固性塑料:未成型前受热软化,熔融可塑制成一定形状,在热或固化剂作用下,一次硬化成型。受热不熔融,达到一定温度分解破坏,不能反复加工。在溶剂中不溶。化学结构就是由线型分子变为体型结构。举例:PF、UF、MF
2、热塑性塑料:受热软化、熔融、塑制成一定形状,冷却后固化成型。再次受热,仍可软化、熔融,反复多次加工。在溶剂中可溶。化学结构就是线型高分子。举例:PE聚乙烯,PP聚丙烯,PVC聚氯乙烯。
3、通用塑料:就是指产量大、用途广、成型性好、价格便宜的塑料。
4、工程塑料:具有较好的力学性能,拉伸强度大于50MPa,冲击强度大于6kJ/m2,长期耐热温度超过100度的、刚性好、蠕变小、自润滑、电绝缘、耐腐蚀可作为结构材料。举例:PA聚酰胺类、ABS、PET、PC
5、缓冷:Tc=Tmax,结晶度提高,球晶大。透明度不好,强度较大。
6、骤冷(淬火):Tc 定义:就是指熔融状态或半熔融状态的结晶性聚合物,在该温度下保持一段时间后,快速冷却使其来不及结晶,以改善制品的冲击性能。 7、中速冷:Tc>=Tg,有利晶核生成与晶体长大,性能好。透明度一般,结晶度一般,强度一般。 8、二次结晶:就是指一次结晶后,在一些残留的非晶区与结晶不完整的部分区域内,继续结晶并逐步完善的过程。 9、后结晶:就是指聚合物加工过程中一部分来不及结晶的区域,在成型后继续结晶的过程。 第三章添加剂 1、添加剂的分类包括工艺性添加剂(如润滑剂)与功能性添加剂(除润滑剂之外的都就是,如稳定剂、填充剂、增塑剂、交联剂) 2、稳定剂:防止或延缓高分子材料的老化,使其保持原有使用性能的添加剂。针对热、氧、光三个引起高分子材料老化的主要因素,可将稳定剂分为热稳定剂、抗氧剂(防老剂)、光稳定剂。 热稳定剂就是一类能防止高分子材料在成型加工或使用过程中因受热而发生降解或交联的添加剂。主要用于热敏性聚合物(如PVC聚氯乙烯树脂),就是生产PVC塑料最重要的添加剂。 抗氧剂就是可抑制或延缓高分子材料自动氧化速度,延长其使用寿命的物质。 光稳定剂就是指可有效抑制光致降解物理与化学过程的一类添加剂。 3、热稳定剂分为 A、铅盐类稳定剂(包括三盐基硫酸铅、二盐基亚磷酸铅、二盐基硬脂酸铅),具有优良的热稳定性、电绝缘性、润滑性,毒性大,透明性差。 B、金属皂类稳定剂,包括硬脂酸、油酸等的金属盐。加工性能好,润滑性。 C、有机锡类稳定剂,包括硫醇盐类、马来酸盐型。优良的稳定性、透明性。 D、有机锑类稳定剂,包括硫醇锑类。 E、有机辅助稳定剂,包括环氧化物、亚磷酸酯、多元醇类。 F、复合稳定剂,由金属皂类稳定剂与有机辅助稳定剂以及润滑剂复配而成。 G、稀土类稳定剂,属于镧系稀土元素的有机复合物。 4、增塑剂:就是指添加到高分子材料中能使体系的可塑性增加,改进其柔软性、延伸性与加工性的物质。 增塑剂按作用方式,有外增塑作用与内增塑作用。起外增塑作用的增塑剂大多就是有机低分子化合物或聚合物,通常为高沸点的油类或低熔点的固体,有极性与非极性之分。 极性增塑剂的溶解度参数高,主要增塑极性聚合物,非极性增塑剂的溶解度参数低,多数用于非极性聚合物的增塑。 非极性增塑剂对非极性聚合物的增塑就是溶剂化作用机理,即增塑剂进入聚合物的分子链段之间,加大了大分子之间的距离,降低了聚合物分子间的作用力,其增塑效果与增塑剂的体积成正比,故又称“体积效应”。 极性增塑剂对极性聚合物的增塑机理就是“屏蔽效应”,即增塑剂分子中的极性基团与聚合物分子的极性基团互相吸引,取代了聚合物分子间的极性基团的相互作用,从而削弱了聚合物分子间的作用力,其增塑效果与增塑剂分子数有关,同时体积效应也起作用。 5、常用的增塑剂: 塑料增塑剂与橡胶增塑剂。 塑料增塑剂,极性,酯类增塑剂(常用在PVC中)。 橡胶增塑剂,非极性,包括:物理增塑剂(又称软化剂)(包括石油系、煤焦油系、松油系、合成酯类、液体聚合类)与化学增塑剂(又称塑解剂)(包括含硫化合物、噻唑类与胍类) 6、增塑与塑炼的区别: 增塑就是加小分子的增塑剂,使制品的塑性增加,改进其柔软性、延伸性与加工性。塑炼:为了满足各种加工工艺的要求,必须使生胶由强韧的弹性状态变成柔软而具有可塑性的状态,这种使弹性生胶变成可塑状态的工艺过程称作塑炼。 区别:增塑就是依靠增加小分子增塑剂,塑炼就是依靠剪切或塑解剂来降低过高的橡胶分子量,提高橡胶塑性。 7、润滑剂:定义就是降低熔体与加工机械或成型模具之间以及熔体内部相互之间的摩擦与黏附,改善加工流动性,提高生产能力与制品外观质量的一类添加剂。 润滑剂就是典型的工艺性添加剂,仅在加工时发挥作用。 分为内润滑剂与外润滑剂。 内润滑剂就是降低物料之间的内摩擦,外润滑剂就是降低物料与设备之间的外摩擦。 8、交联剂:定义就是凡能引起聚合物交联的物质就称为交联剂。(橡胶的交联剂习惯上称为硫化剂) a硫磺,适用于不饱与橡胶、含少量双键的三元乙丙橡胶与丁基橡胶。 b含硫化合物,就是分子中含有硫原子,能够在硫化温度下分解出活性硫使得橡胶硫化的物质。常用于电线绝缘层。 c有机过氧化物,最常用的就是过氧化二异丙苯与过氧化苯甲酰,适用于氟橡胶、硅橡胶、乙丙橡胶等饱与橡胶、部分不饱与橡胶以及聚烯烃的交联,不能用于丁基橡胶与氯磺化聚乙烯橡胶。 d金属氧化物,常用的有氧化锌、氧化镁,适用于含极性基团或活泼酸性基团的聚合物,如氯丁橡胶、氯化丁基橡胶的交联。还可作为硫磺硫化体系中的硫化活性剂。 e胺类化合物,含有两个或以上的胺基,主要用于酚醛树脂、氨基树脂等热固性塑料以及氟橡胶的交联。 f双官能团化合物,可作为不饱与聚酯树脂的交联剂。 g合成树脂,主要为酚醛树脂,可作为不饱与丁基橡胶、乙丙橡胶的交联剂。 9、不同交联剂与聚合物的一一对应: 不饱与橡胶选择硫磺、促进剂、活性剂组成的硫化体系。 饱与橡胶选择过氧化物作为硫化剂。 有极性基团的橡胶用金属氧化物交联。 大多数热固性塑料与丙烯酸酯类橡胶一般用胺类交联剂。 10、交联体系:包括交联剂、促进剂、活性剂。 促进剂:凡在胶料中能够提高硫化速度、缩短硫化时间、降低硫化温度、减少硫化剂用量,并能提高或改善硫化胶物理机械性能的物质称为硫化促进剂。按与硫化氢反应的性质分为酸性、碱性、中性促进剂。 活性剂:凡能够提高胶料中硫化促进剂的活性、减少硫化促进剂的用量、缩短硫化时间的物质称为硫化活性剂,也叫“促进助剂”,一般分无机活性剂与有机活性剂。 无机活性剂主要就是氧化锌、氧化镁、氧化钙等金属氧化物。氧化锌就是最重要的,还可作为含卤橡胶的硫化剂。 有机活性剂主要就是硬脂酸(HSt)。 11、填充剂(也称“填料”):为了改善高分子材料的成型加工性能,赋予或提高制品某些特定的性能,或为了增加物料体积、降低制品成本而加入的一类物质。 一般为固体物质,分为增量填充剂与补强填充剂。 增量填充剂(又叫“增量剂”),用于橡胶时一般没有补强作用,仅为了增加胶料体积与降低制品成本,对材料的使用性能无影响或影响很小,但往往能够改善压出、压延等工艺性能。用于塑料时虽不能提高制品的力学性能,但可改善成型加工性能或赋予制品某些新的性能。 补强填充剂(又叫“补强剂”)主要用于橡胶,不但能改善胶料的工艺性能,提高硫化胶的拉伸强度、定伸强度、弹性、耐磨性等力学性能,而且能增大胶料体积、降低制品成本。 最常用的填充剂就是碳酸钙。橡胶最常用的补强剂就是炭黑。 12、哪一类热塑性聚合物在成型加工中需使用热稳定剂？为什么？对于加有较多增塑剂与不加增塑剂的两种塑料配方,应如何考虑热稳定剂的加入量？为什么？ 答:热敏性聚合物,如聚氯乙烯PVC树脂,由于PVC就是一种极性高分子,分子间作用力很强,导致加工温度超过分解温度,只有加入热稳定剂才能实现在高温下的加工成型,制得性能优良的制品。 加有较多增塑剂的塑料不加或少加热稳定剂,不加增塑剂的塑料应多加热稳定剂。假如增塑剂的塑料降低了聚合物分子间的作用力,制品的玻璃化温度与软化温度均降低,故可少加热稳定剂。 13、什么就是增塑剂？根据塑化效率可分为哪些类型？其各自的特点如何？ 答:增塑剂就是指添加到高分子材料中能使体系的可塑性增加,改进其柔软性、延伸性与加工性的物质。 根据塑化效率可分为三种类型: a主增塑剂,与聚合物的相容性好,凝胶化能力很强,可大量添加并单独使用。 b辅助增塑剂,与聚合的相容性有限,凝胶化能力较低,只能与主增塑剂并用,但往往起到功能性作用。 c增量剂,与聚合物的相容性很差,凝胶化能力极差,不可单独使用,只可限量使用,以减少主增塑剂用量。 14、橡胶硫化体系主要就是由哪些添加剂组成的？各自作用就是什么？ 答:a硫化促进剂,作用就是能提高硫化速度、缩短硫化时间、降低硫化温度、减少硫化剂用量,并能提高、改善硫化胶物理机械性能。 b硫化活性剂,作用提高胶料中硫化促进剂的活性、减少硫化促进剂的用量、缩短硫化时间、可使交联键的数量增加、交联键中硫原子数减少、因而硫化胶的热稳定性能得到提高。 c防焦剂,作用就是可防止或延迟胶料在加工与贮存时产生焦烧、提高胶料的操作安全性与贮存稳定性。 第四章制品设计与配方设计 分析下列配方,要求:1、指出各组分在配方中的作用;2、判断制品基本性能,并说出相应的理由。 配方1:PVC树脂(XS-4)100,邻苯二甲酸二辛酯10,邻苯二甲酸二丁酯8,环氧脂肪酸辛酯3,液体钡-镉2,硬脂酸钡0、5,硬脂酸镉0、3,硬脂酸0、3,二氧化钛3 配方2:PVC树脂(XS-5)100,三盐基性硫酸铅5,二盐基性亚磷酸铅1、5,亚磷酸三苯酯0、5,硬脂酸铅0、5,硬脂酸正丁酯0、3,石蜡0、3,氧化锑5 配方3:PVC树脂(XS-3)100,DOP 20,DBP20,DOS10,氯化石蜡5,UV-90、1,滑石粉1,氧化钛0、2,二月桂酸二丁基锡3 配方4:丁腈橡胶100,硫磺1、5,促进剂M 1、5,促进剂TMTD0、2,ZnO 5,硬脂酸1,防老剂4010NA 1,半补强碳黑60,陶土30,沥青5,石蜡1、5 答:配方1:增塑剂体系:邻苯二甲酸二辛酯,有良好综合性能,混合性能好、增速效率高、挥发性较低、耐水抽出、电气性能高、耐热及耐气候性良好。苯二甲酸二丁酯,稳定性、耐挠曲性、粘结性与防水性均优于其她增塑剂。环氧脂肪酸辛酯,具有杰出的热稳固性、同时耐寒性、耐候性与光稳固性亦佳。与聚氯乙烯的相容性好,塑化速度快,塑化温度比DOP低,增速效力高,润滑性,可改良共同料的操纵机能。在成品中参加一定比例的成品,在低温中能坚持成品的坚韧柔嫩,增添产物的光泽度,延伸产物的应用寿命。热稳定体系:液体钡-镉,液体稳定剂,分散性好,透明性优良,具有优良的热与光稳定性、润滑性、无析出性,优良的初期着色与色泽保持稳定性。硬脂酸钡,热稳定剂,具有良好的长期耐热性及润滑性,稳定效果比硬脂酸钙大,但不及硬脂酸铅,与镉皂、锌皂或环氧化合物并用有良好的协同效应。硬脂酸镉,热稳定剂与润滑剂,具有优良的透明性、光稳定性、耐水性、电绝缘性,初期着色性极小,热稳定效能高,制品的耐候性好。本品可单独使用,也可与钡皂、有机锡化合物、环氧化合物或亚磷酸酯并用,有显著的协同效应。本品常与钡皂并用,但加工操作性不太好,加工温度低时,塑化不完全,温度过高时易焦化。在硬质制品中与铅类稳定剂配合可改善加工性。硬脂酸,热稳定剂与润滑剂,具有很好的润滑性与较好的光热稳定作用。在塑料PVC中,硬脂 酸有助于防止加工过程中的焦化。着色剂:二氧化钛,白色无机颜料,就是白色颜料中着色力最强的一种,具有优良的遮盖力与着色牢度,适用于不透明的白色制品。从配方1中可知,由于用的就是中等粘度的4型PVC树脂,加有增塑剂体系用量21份,故应属半硬制品,又因加入了二氧化钛作着色剂,所以就是一种白色的半硬制品。 第六章高分子材料混合与制备 1、混合:定义就是将两种组分相互分布在各自所占的空间中,即,使两种或多种组分所占空间的最初分布情况发生变化。 混合分为非分散混合与分散混合。 非分散混合:在混合中仅增加粒子在混合物中空间分布均匀性而不减小粒子初始尺寸的过程称为非分散混合或简单混合。 分散混合:就是指在混合过程中发生粒子尺寸减小到极限值,同时增加相界面与提高混合物组分均匀性的混合过程。分散混合主要靠剪切应力与拉伸应力作用实现的。混合设备 高速混合机:非分散混合。 挤出机、开炼机、密炼机:分散混合。 2、橡胶的塑炼目的、实质、机理、影响因素: 目的:主要就是为了降低生胶的弹性、增加可塑性、获得适当的流动性、使橡胶与配合剂在混炼过程中易于混合分散均匀,有利于胶料进行各种成型操作,使生胶分子量分布变窄,胶料质量均匀一致。 实质:就是橡胶分子链断裂,相对分子质量降低,从而橡胶的弹性下降。 机理:塑炼方法分为机械塑炼法与化学塑炼法,机械塑炼法最广泛,机械塑炼分为低温塑炼与高温塑炼,低温塑炼以机械降解作用为主,氧起稳定游离基的作用,高温塑炼以自动氧化降解作用为主,机械作用强化橡胶与氧的接触。 机械塑炼机理:就是典型的力化学反应过程,在机械塑炼过程中,机械力作用使大分子链断裂,氧对橡胶分子起化学降解作用,这两个作用同时存在。 低温机械塑炼机理:机械力作用,对橡胶塑炼的直接结果就就是使橡胶分子断裂。造成橡胶分子断裂的主要作用力,就就是塑炼中的剪切力。 高温塑炼机理:温度提高,橡胶分子与氧均活泼,可直接进行氧化反应,使橡胶分子降解。 影响因素: 机械塑炼有开炼机塑炼、密炼机塑炼、螺杆塑炼机塑炼。 开炼机塑炼:辊距、辊速比、温度就是影响塑炼效果的主要因素。 密炼机塑炼:装胶容量与上顶栓压力就是影响塑炼效果的主要因素。 螺杆塑炼机塑炼:温度就是影响因素。 3、橡胶的混炼,加料次序: 开炼机混炼中最常用的投料顺序就是:生胶--固体软化剂--促进剂、促进助剂、防老剂--补强剂、填充剂--液体软化剂--硫磺、超促进剂。 密炼机混炼加料顺序:基本同上,但交联剂与促进剂须在密炼后的开炼辅助操作中加入。 4、什么就是“非分散混合”,什么就是“分散混合”,两者各主要通过何种物料运动与混合操作来实现？ 答:非分散混合:在混合中仅增加粒子在混合物中空间分布均匀性而不减小粒子初始尺寸的过程称为非分散混合或简单混合。 这种混合的运动基本形式就是通过对流来实现的,可以通过包括塞形流动与不需要物料连续变形的简单体积排列与置换来达到。 分散混合:就是指在混合过程中发生粒子尺寸减小到极限值,同时增加相界面与提高混合物组分均匀性的混合过程。分散混合主要靠剪切应力与拉伸应力作用实现的。 5、塑料的塑化与橡胶的塑炼二者的目的与原理有何异同？ 答:塑料的塑化:就是使物料在温度与剪切力的作用下熔融,获得剪切混合的作用,驱出其中的水分与挥发物,使各组分的分散更趋均匀,得到具有一定可塑性的均匀物料,就是分散混合过程。 橡胶的塑炼:强迫生胶反复通过两个转速不同的滚筒之间的间隙,使之在强剪切力作用下长分子链被切断,相对分子量减小,降低生胶的弹性,从而流动性增加(即可塑性增加)的工艺过程,使橡胶与配合剂在混炼过程中易于混合分散均匀,此外使得制得的胶料质量也均匀一致。 第七章压制成型 1、压缩率与螺杆压缩比的区别: 压缩率的定义就是热固性塑料制品的比重与粉状或粒状的热固性模塑料的表观比重之比。即,压塑料在压制前后的体积变化。 螺杆的压缩比:螺杆第一螺槽的容积/螺杆最后螺槽的容积。压缩比的获得:等距变深,等深变距,变深变距。压缩比升高,制品致密,排除物料中所含空气的能力大。 2、排气的作用、方式: 排气的作用:赶走气泡、水分、挥发物,缩短固化周期,避免制品内部出现气泡或分层现象。 排气的方式:卸压,松模,时间很短即可(零点几秒-几秒),如此连续几次(2-5次)。排气的次数、间隔时间决定于所模压物料的性质。排气不能过早,也不能过迟。 3、保压的作用与方法: 排气后以慢速升高压力,在一定的模压压力与温度下保持一段时间,使热固性树脂的缩聚反应推进到所需的程度。 保压固化时间取决于塑料的类型、模压温度与压力,时间不能过长也不能过段,一般在模内的保压固化时间为数分钟左右。 4、模型硫化:硫化历程分四个阶段:焦烧阶段、预硫阶段、正硫化阶段、过硫阶段。焦烧阶段:又称“硫化诱导期”,就是指橡胶在硫化开始前的延迟作用时间,在此阶段胶料尚未开始交联,胶料在模型内具有良好的流动性。 预硫阶段:焦烧期以后橡胶开始交联的阶段。随着交联反应的进行,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,但有些性能却优于正硫化阶段时的胶料。 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。此时交联键会发生重排、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变化很少,所以也称为“平坦硫化阶段”。 过硫阶段:正硫化以后继续硫化便进入过硫阶段,此阶段往往氧化及热断链反应占主导地位,因此胶料会出现物理机械性能下降的现象。 返原性胶料:在过硫阶段中,天然橡胶、丁基橡胶等主链为线型大分子结构,在过硫阶段断链多于交联而出现硫化返原现象的胶料称为返原性胶料; 非返原性胶料:大部分合成橡胶,如丁苯、丁腈橡胶等在过硫阶段中易产生氧化支化反应与环化结构,胶料的物理机械性能变化很小,甚至保持恒定,这种胶料称为硫化非返原性胶料。 5、硫化仪测得的胶料硫化曲线: 硫化仪能连续的测定与加工性能与硫化性能有关的参数,包括初始黏度、最低粘度、焦烧时间、硫化速度、正硫化时间与活化能等。测定的基本原理就是根据胶料的剪切模量与交联密度成正比为基础的。硫化仪在硫化过程中对胶料施加一定振幅的剪切变形,通过剪切力的测定,即可反映硫化交联过程的情况。 第八章挤出成型 1、挤出螺杆分哪三段,各段的作用、结构参数、形式、适应性、温度设置 a加料段。作用就是对料斗送来的塑料进行加热,同时输送到压缩段。塑料在该段螺槽内始终保持固体状态。加料段对塑料一般没有压缩作用,故螺距与螺槽深度都可以保持不变,而且螺槽深度也较深,因此加料段通常就是等深等距的深槽螺纹。 b压缩段。又叫相迁移段,作用就是对加料段送来的物料起挤压与剪切作用,螺杆与料筒配合使物料接触传热面不断更新,在料筒的外加热与螺杆摩擦作用下,固体物料逐渐软化、熔融为黏流态。同时赶走塑料中的空气及其她挥发成分,增大塑料的密度,塑料通过压缩段后,能够成为完全塑化的黏流状态。压缩段应能对塑料产生较大的压缩作用与剪切作用,该段螺槽容积应逐步减小。从螺杆的结构特征来瞧,压缩作用可以通过减小螺距及螺槽深度来实现。压缩段的长度与塑料的性质有关。 (渐变型与突变型螺杆有何区别？各适合哪类塑料的挤出？为什么？答:无定形塑料的压缩段较长,熔融温度范围宽的塑料其压缩段最长,如PVC挤出成型用的螺杆,压缩段为螺杆全长的100%,即全长均起压缩作用,这样的螺杆叫渐变型螺杆。结晶型塑料熔融温度范围较窄,压缩段较短,某些熔化温度范围很窄的结晶型塑料,如PA,其压缩段更短,甚至仅为一个螺距的长度,这样的螺杆叫突变型螺杆。非晶型塑料适合选用渐变形螺杆,结晶型塑料适合选用突变型螺杆。) c均化段。又叫计量段,作用就是将塑化均匀的物料在均化段螺杆与料筒与机头相配合所产生的强大剪切作用与回压作用下进一步搅拌塑化混合均匀,并定量定压的通过机头口模进行挤出成型。由于从压缩段来的物料已达到所需的压缩比,故均化段一般无压缩作用,螺距与螺槽深度可以不变,这一段常常就是等距等深的浅槽螺纹。为了稳定料流,均化段应有足够的长度,通常就是螺杆全长的20%-25%。但对于PVC等热敏性塑料,所采用的渐变型螺杆往往无均化段,可避免黏流态物料在均化段停留时间过长而导致分解。 2、挤出理论:固体输送理论、熔化理论与熔体输送理论。 熔融过程的两种物态:固体物料与熔融物料。 熔体输送(四种流动):通常把物料在螺槽中的流动视为四种类型的流动组成: a正流。就是物料沿螺槽方向向机头的流动,就是均化段熔体的主流,起挤出物料的作用。 b逆流。沿螺槽与正流方向相反方向的流动,就是由机头口模、过滤网等对料流的阻碍所引起的反压流动,故又称压力流动,它将引起挤出生产能力的损失。 c横流。物料沿X轴与Y轴两方向在螺槽内往复流动,也就是由螺杆旋转时螺棱的推挤作用与阻挡作用所造成的,仅限于在每个螺槽内的环流,对总的挤出生产率影响不大,但对于物料的热交换、混合与进一步均匀塑化影响很大。 d漏流。物料在螺杆与料筒的间隙沿着螺杆的轴向往料斗方向的流动,也就是由于机头与口模等对物料的阻力所产生的反压流动。 影响挤出机生产能力的就是正流、逆流、漏流,横流对挤出量没有影响。 3、橡胶压出,半成品:不就是制品,经过硫化才能得到制品。 第九章注射成型 1、柱塞式分流梭的作用: 减毛料,增加流速,促进混合分散。作用就是将料筒内流经该处的物料引导成为薄层,使塑料流体产生分流与收敛流动,以缩短传热导程。既加快了热传导,也有利于减少或避免塑料过热而引起的热分解现象。在塑料熔体分流后,在分流梭与料筒间隙中的流速增加,剪切速度增大,从而产生较大的摩擦热,料温升高,黏度下降,使塑料得到进一步的混合塑化,有效提高柱塞式注射机的生产率及制品质量。 高分子材料成型加工 考试重点内容及部分习题答案 第二章高分子材料学 1、热固性塑料:未成型前受热软化,熔融可塑制成一定形状,在热或固化剂作用下,一次硬化成型。受热不熔融,达到一定温度分解破坏,不能反复加工。在溶剂中不溶。化学结构就是由线型分子变为体型结构。举例:PF、UF、MF 2、热塑性塑料:受热软化、熔融、塑制成一定形状,冷却后固化成型。再次受热,仍可软化、熔融,反复多次加工。在溶剂中可溶。化学结构就是线型高分子。举例:PE聚乙烯,PP聚丙烯,PVC聚氯乙烯。 3、通用塑料:就是指产量大、用途广、成型性好、价格便宜的塑料。 4、工程塑料:具有较好的力学性能,拉伸强度大于50MPa,冲击强度大于6kJ/m2,长期耐热温度超过100度的、刚性好、蠕变小、自润滑、电绝缘、耐腐蚀可作为结构材料。举例:PA聚酰胺类、ABS、PET、PC 5、缓冷:Tc=Tmax,结晶度提高,球晶大。透明度不好,强度较大。 6、骤冷(淬火):Tc A 卷 一、 填空题:(30X1) 1、高分子或称聚合物分子或大分子 由许多重复单元通过 键有规律地连接而成的分子,具有高的分子量。 2、添加剂包括工艺添加剂与功能添加剂请任意写出四种添加剂的名称: 、 、 、 。 3、 聚合物物理状态有 、 、 。所对应的温度有: 、 、 。 4、写出四种聚合物成型方法: 、 、 、 。 5、通常单螺杆挤出机由 、 、 组成。 6、据实现功能的不同,可将双螺杆元件分为 (由正向螺纹元件组成,不同的螺杆头数与导程)、 (主要就是指反向螺纹元件)、 (就是捏合盘及其组合)、 (主要就是指齿形盘元件)等。 注塑机性能的基本参数有: 、 、 、 。等。 8、压延辊表面应该具有高的光洁度、机械 与 精度。 9、锁模力的校核公式: 中,p 就是 A 分就是 。 二、简答题(3X10) 1、聚合物成型过程中降解？ 分锁pA F 2、什么单螺杆的几何压缩比？长径比？ 3、什么就是双螺杆传动过程中的正位移移动？ 三、说明题:(2X10) 1、注塑成型的一个工作周期？(以生产一产品为例) 2、在单螺杆设计过程中,采用那些方法可实现对物料的压实？(从螺杆的结构上说明) 四、分析题:(20) 1、简述管材成型机头的组成(1-10的名称)及工作过程？ B卷 一、填空题:(40X1) 1、高分子或称聚合物分子或大分子由许多重复单元通过键有规律地连接而成的分子,具有高的分子量。 2、热塑性塑料的挤出成型工艺过程可分为3个阶段,其分别就是: 、 、 。 3、添加剂包括工艺添加剂与功能添加剂请任意写出四种添加剂的名称: 、 、 、 。 4、 聚合物物理状态有 、 、 。所对应的温度有: 、 、 。 5、写出四种聚合物成型方法: 、 、 、 。 6、通常单螺杆挤出机由 、 、 与温控系统组成。 7、注塑机的基本参数有: 、 、 、 。等。 8、压延辊表面应该具有 、 、 。 9、锁模力的校核公式: 中,p 就是 A 分就是 。 二、简答题(3X10) 1、什么就是聚合物成型过程中入口效应？ 2、什么就是单螺杆的几何压缩比？长径比？物料的物理压缩比？ 3、什么就是双螺杆传动过程中的正位移移动？ 三、说明题:(2X15) 1、高速高效单螺杆挤出机就是如何来实现的？ 分 锁pA F 高分子材料成型加工考 试试题 文件编码（008-TTIG-UTITD-GKBTT-PUUTI-WYTUI-8256） A 卷 一、 填空题：（30X1） 1、高分子或称聚合物分子或大分子 由许多重复单元通过 键有规律地连接而成的分子，具有高的分子量。 2、添加剂包括工艺添加剂和功能添加剂请任意写出四种添加剂的名 称： 、 、 、 。 3、 聚合物物理状态有 、 、 。所对应的温度有： 、 、 。 4、写出四种聚合物成型方法： 、 、 、 。 5、通常单螺杆挤出机由 、 、 组成。 6、据实现功能的不同，可将双螺杆元件分为 (由正向螺纹元件组成，不同的螺杆头数和导程)、 (主要是指反向螺纹元件)、 (是捏合盘及其组合)、 (主要是指齿形盘元件)等。 注塑机性能的基本参数有： 、 、 、 。等。 8、压延辊表面应该具有高的光洁度、机械 和 精度。 9、锁模力的校核公式： 中，p 是 A 分是 。 二、简答题（3X10） 1、聚合物成型过程中降解 2、什么单螺杆的几何压缩比长径比 3、什么是双螺杆传动过程中的正位移移动 分 锁pA F 三、说明题：（2X10） 1、注塑成型的一个工作周期（以生产一产品为例） 2、在单螺杆设计过程中，采用那些方法可实现对物料的压实（从螺杆的结构上说明） 四、分析题：（20） 1、简述管材成型机头的组成（1-10的名称）及工作过程 B卷 一、填空题：（40X1） 1、高分子或称聚合物分子或大分子由许多重复单元通过键有规律地连接而成的分子，具有高的分子量。 2、热塑性塑料的挤出成型工艺过程可分为3个阶段，其分别是： 、、。 3、添加剂包括工艺添加剂和功能添加剂请任意写出四种添加剂的名称：、、、。 4、聚合物物理状态有、、。所对应的温度有：、、。 5、写出四种聚合物成型方法：、、、。 6、通常单螺杆挤出机由、、和温控系统组成。 7、注塑机的基本参数有：、、、。等。 1.高分子材料成型加工：通常是使固体状态(粉状或粒状)、糊状或溶液状态的高分子化合物熔融或变形，经过模具形成所摇的形状并保持其已经取得的形状，最终得到制品的工艺过程。 2.热塑性塑料：是指具有加热软化、冷却硬化特性的塑料(如:ABS、PP、POM、PC、PS、PVC、PA、PMMA等),它可以再回收利用。具有可塑性可逆 热固性塑料：是指受热或其他条件下能固化或具有不溶（熔）特性的塑料(如:酚醛树脂、环氧树脂、氨基树脂、聚胺酯、发泡聚苯乙烯、不饱和聚酯树脂等)具有可塑性,是不可逆的、不能再回收利用。 3. 通用塑料：一般是指产量大、用途广、成型性好、价格便宜的塑料 工程塑料：指拉伸强度大于50MPa，冲击强度大于6KJ/m2,长期耐热温度超过100°C 的、刚性好、蠕变小、自润滑、电绝缘、耐腐蚀等的、可代替金属用作结构件的塑料. 4.可挤压性：材料受挤压作用形变时，获取和保持形状的能力。 可模塑性：材料在温度和压力作用下，产生形变和在模具中模制成型的能力。 可延展性：材科在一个或两个万向上受到压延或拉伸的形变能力。 可纺性：材料通过成型而形成连续固态纤维的能力。 5.塑化效率：高分子化合物达到某一柔软程度时增塑剂的用量定义为增塑剂的塑化效率。定义DOP的效率值为标准1,小于1的则较有效,大于1的较差. 6.稳定流动：凡在输送通道中流动时，流体在任何部位的流动状况及一切影响流体流动的因素不随时间而变化，此种流动称为稳定流动。 不稳定流动：凡流体在输送通道中流动时，其流动状况及影响流动的各种因素都随时间而变化，此种流动称之不稳定流动。 7. 等温流动是指流体各处的温度保持不变情况下的流动。（在等温流动情况下，流体与外界可以进行热量传递，但传入和输出的热量应保持相等） 不等温流动：在塑料成型的实际条件下，由于成型工艺要求将流道各区域控制在不同的温度下:而且由于粘性流动过程中有生热和热效应，这些都使其在流道径向和轴向存在一定的温度差，因此聚合物流体的流动一般均呈现非等温状态。 8. 熔体破裂: 聚合物在挤出或注射成型时，在流体剪切速率较低时经口模或浇口挤出物具有光滑的表面和均匀的形状。当剪切速率或剪切应力增加到一定值时，在挤出物表面失去光泽且表面粗糙，类似于“橘皮纹”。剪切速率再增加时表面更粗糙不平。在挤出物的周向出现波纹，此种现象成为“鲨鱼皮”。当挤出速率再增加时，挤出物表面出现众多的不规则的结节、扭曲或竹节纹，甚至支离和断裂成碎片或柱段，这种现象统称为熔体破裂. 9. 离模膨胀:聚合物熔体挤出后的截面积远比口模截面积大。此种现象称之为巴拉斯效应，也成为离模效应。离模膨胀依赖于熔体在流动期间可恢复的弹性变形。有如下三种定性的解释：取向效应、弹性变形效应（或称记忆效应）、正应力效应。 10. 均匀程度指混人物所占物料的比率与理论或总体比率的差异。 分散程度指混合体系中各个混人组分的粒子在混合后的破碎程度。破碎度大。粒径小，起分散程度就高；反之。粒径大，破碎程度小，则分散的不好 11. 塑炼：为了满足各种加工工艺的要求，必须使生胶由强韧的弹性状态变成柔软而具有可塑性的状态，这种使弹性生胶变成可塑状态的工艺过程称作塑炼。 混炼就是将各种配合剂与可塑度合乎要求的生胶或塑炼胶在机械作用下混合均匀，制成混炼胶的过程。 12. 固化速率：是以热固性塑料在一定的温度和压力下，压制标准试样时，使制品的物理机械性能达到最佳值所需的时间与标准试件的厚度的比值（s/mm厚度）来表示，此值愈小，固化速率愈大。 13.成型收缩率：在常温常压下，模具型腔的单向尺寸L 。和制品相应的单向尺寸L之差与 高分子材料加工成型原理题库 一、填空： 1．聚合物具有一些特有的加工性质，如有良好的可模塑性，可挤压性，可纺性和可延性。 正是这些加工性，正是这些加工性质为聚合物材料提供了适于多种多样加工技术的可能性。 2．熔融指数是评价聚合物材料的可挤压性这一加工性质的一种简单而又实用的方法，而螺旋流动试验是评价聚合物材料的可模塑性这一加工性质的一种简单而又实用的方法。3．在通常的加工条件下，聚合物形变主要由高弹形变和粘性形变所组成。从形变性质来看包括可逆形变和不可逆形变两种成分，只是由于加工条件不同而存在着两种成分的相对差异。 4．PS、PP、PVC、PC、HDPE、PMMA和PA分别是聚合物聚苯乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯、聚碳酸酯、高密度聚乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯和聚酰胺的缩写。 5．聚合物的粘弹性行为与加工温度T有密切关系，当T>Tf时，主要发生粘性形变，也有弹性效应，当Tg 绪论 聚合物加工转变包括：（形状转变）、（结构转变）、（性能转变）。（选择或填空）第一章材料的加工性质 1、熔融指数：热塑性塑料在一定温度和压力下，熔体在10钟内通过标准毛细管的重量值，以（g/10min）来表示。（名词解释） 2、判断聚合物可模塑性的方法是螺旋流动试验。（判断） 3、图形-熔融指数测量仪结构示意图（填空） 5、聚合物一些特有的加工性质:(可模塑性)、(可挤压性)、(可纺性)、(可延性)。（选择题或填空题） 6、聚合物在加工过程中的形变都是在（外力）和（温度）共同作用下，大分子(形变)和(进行重排)的结果。（填空、判断） 7、聚合物大分子松弛过程的速度（即松弛时间）与分子间相互作用能和热运动能的比值有关。(可判断) 8、聚合物成型加工松弛时间与温度非常相关。（可判断） 9、制品收缩的原因主要是熔体成型时骤冷使大分子堆积的较松散（即存在“自由体积”）之故。（判断） 10、在（Tg~Tf温度）对成型制品进行热处理，可以缩短大分子形变的松弛时间， 加速结晶聚合物的结晶速度，使制品的形状能较快的稳定下来。（判断或填空）11、按照经典的粘弹性理论，线形聚合物的总形变由（普弹性变）、（推迟高弹形变）、（粘弹性变）三部分组成。（填空题） 12、滞后效应（或弹性滞后）：由于松弛过程的存在，材料的形变必然落后于应力的变化，聚合物对外力响应的滞后现象称为。。。。（可名词解释） 13、通常把在室温至Tg附近的拉伸称为“冷拉伸”，在Tg附近的拉伸称为“热拉伸”。（判断） 第二章聚合物的流变性质 1、图形-非牛顿流体的应力-应变关系（P17必考选择或填空） 结论：非牛顿流体受到外力作用时，其流动行为有以下特征：i）剪应力和剪切速率间通常不呈比例关系，因而剪切粘度对剪切作用有依赖性；ii）非牛顿性是粘性和弹性行为的综合，流动过程中包含着不可逆形变和可逆形变两种成分。 2、切力变稀：如果因为剪切作用使液体原有结构破坏，液体的流动阻力减小， 以致引起液体表观粘度随 . γ增大而降低，这种现象称为“切力变稀”。（名词解释） 3、切力增稠：若因新结构形成而导致表观粘度随 . γ增大而增加的现象则称为“切 力增稠”。“切力增稠”现象起因： 剪切速率或剪应力增加到某一数值时液体中有新的结构形成，引起阻力增加，以 致液体的表观粘度 . γ或τ的增加而增大，这一过程并伴有体积的胀大。 第一章绪论 1.按所属成型加工阶段划分，塑料成型加工可分为几种类型？分别说明其特点。 (1)一次成型技术 一次成型技术，是指能将塑料原材料转变成有一定形状和尺寸制品或半制品的各种工艺操作方法。目前生产上广泛采用的挤塑、注塑、压延、压制、浇铸和涂覆等。 (2)二次成型技术 二次成型技术，是指既能改变一次成型所得塑料半制品(如型材和坯件等)的形状和尺寸，又不会使其整体性受到破坏的各种工艺操作方法。 目前生产上采用的只有双轴拉伸成型、中空吹塑成型和热成型等少数几种二次成型技术。 (3)二次加工技术 这是一类在保持一次成型或二次成型产物硬固状态不变的条件下，为改变其形状、尺寸和表观性质所进行的各种工艺操作方法。也称作“后加工技术”。大致可分为机械加工、连接加工和修饰加工三类方法。 2.成型工厂对生产设备的布置有几种类型？ (1)过程集中制 生产设备集中； 宜于品种多、产量小、变化快的制品； 衔接生产工序时所需的运输设备多、费时、费工、不易连续化。 (2)产品集中制 一种产品生产过程配套； 宜于单一、量大、永久性强的制品、连续性强； 物料运输方便，易实现机械化和自动化，成本降低。 3.塑料制品都应用到那些方面？ (1)农牧、渔业(2)包装(3)交通运输(4)电气工业 (5)化学工业(6)仪表工业(7)建筑工业(8)航空工业 (9)国防与尖端工业(10)家具(11)体育用品和日用百货 4.如何生产出一种新制品？ (1)熟悉该种制品在物理、机械、热、电及化学性能等方面所应具备的指标； (2)根据要求，选定合适的塑料，从而决定成型方法； (3)成本估算； (4)试制并确定生产工艺规程、不断完善。 第二章塑料成型的理论基础 1.什么是聚合物的结晶和取向？它们有何不同？研究结晶和取向对高分子材料加工有何实际意义？ 2.请说出晶态与非晶态聚合物的熔融加工温度范围，并讨论两者作为材料的耐热性好坏。 晶态聚合物：Tm——Td；非晶态聚合物：Tf——Td。 对于作为塑料使用的高聚物来说，在不结晶或结晶度低时最高使用温度是Tg，当结晶度达到40%以上时，晶区互相连接，形成贯穿整个材料的连接相，因此在Tg以上仍不会软化，其最高使用温度可提高到结晶熔点。 中国海洋大学本科生课程大纲 课程属性：公共基础/通识教育/学科基础/专业知识/工作技能，课程性质：必修、选修 一、课程介绍 1.课程描述： 高分子成型加工是研究将聚合物转变成实用材料或制品的工程技术，是一门实践性、综合性很强的课程。课程内容包括高分子材料的成型原理、配方、加工方法、工艺过程等，测重研究实现转变的方法及所获得的产品质量与材料性质和工程技术因素的关系。通过本课程的学习，学生掌握高分子材料成型加工的主要原理以及一些重要的成型加工方法，熟悉高分子材料加工过程中的工艺调节以及高分子制品的质量控制等。 “Form and process of polymer” is a practical and comprehensive course which will introduce the engineering technology of transforming polymer into practical materials or products. The contents of this course are including that: the forming principle, formula, processing method and processing procedure of polymer materials. This course will focus on the method of transformation and the relationship between product quality and engineering factors. Through this course, students will master the main principles and some important processing methods of polymer materials, and be familiar with the processing adjustment and quality control of polymer products. 2.设计思路： 高分子材料的成型加工是高分子科学体系的一个重要组成分支，是建立在高分子化学和高分子物理基础上的。本课程的内容十分庞杂，包括了成型加工原理、成型加工工艺、加工设备、成型模具等几方面。同时本课程也是一门实践性很强的课程，不仅需要学生掌握基础理论知识，更需要培养学生的实际操作能力和知识运用能力。本课程从高分子材料的角度学习成型加工方法，主要内容包括塑料的成型加工方法，橡胶的成型加工方法及纤维纺丝成型。学生通过课程学习，可以明确材料的适用成型方法，具备对高分子材料生产过程的宏观调控的能力。 3. 课程与其他课程的关系： 先修课程：高分子物理、高分子化学。后置课程：专业实习。高分子成型加工是一门处于承上启下枢纽地位的重要专业课程，一方面要应用高分子物理、高分子化学方面的知识，另一方面更要注重在实践教学中对课程知识的巩固。 一、填空 1、聚合物具有一些特有的加工性质，如有良好的__可模塑性__，__可挤压性__，__可纺性__和__可延性__。 2、__熔融指数__是评价聚合物材料的可挤压性的指标。 3、分别写出下列缩写对应的中文：PS: 聚苯乙烯, PMMA: 聚甲基丙烯酸甲酯, PE:聚乙烯, PP:聚丙烯 , PVC 聚氯乙烯, PC 聚碳酸酯 , SBS: 苯乙烯丁二烯苯乙烯共聚物 , PA: 聚酰胺,POM 聚甲醛 4、按照经典的粘弹性理论，线形聚合物的总形变由普弹性变、推迟高弹形变、粘弹性变三部分组成。 5、晶核形成的方法：均相成核、异相成核。 6、单螺杆挤出机的基本结构：传动部分、加料装置、料筒、螺杆、机头和口模、辅助设备。 7、生胶按物理性状通常分为捆包胶、颗粒胶、粉末胶、乳胶和液体胶。 1.聚合物加工转变包括：（形状转变）、（结构转变）、（性能转变）。 2.写出熔融指数测量仪结构示意图各个结构的名称：（热电偶测温管）、（料筒）、 （出料孔）、（保温层）、（加热器）、（柱塞）、（重锤）。 3.按照塑料塑化方式的不同，挤出工艺可分为（干法）和（湿法）二种；按照加 压方式的不同，挤出工艺又可分为（连续式）和（间歇式）两种。 4.填充剂按用途可分为两大类：（补强填充剂）、（惰性填充剂）。 5.测硫化程度的硫化仪：（转子旋转振荡式硫化仪）。 6.合成纤维纺聚合物的加工方法：（熔融法）和（溶液法）。 2 、聚合物流动过程最常见的弹性行为是：端末效应和不稳定流动。 3、注射过程包括加料、塑化、注射、冷却和脱模五大过程。 5、开放式炼胶机混炼通常胶料顺序：生胶（或塑炼胶）、小料、液体软化剂、补强剂、填充剂、硫黄 6、常用的硫化介质有：饱和蒸汽、过热蒸汽、过热水、热空气以及热水。 7、螺杆结构的主要参数：t、W、h分别指的是螺距、螺槽宽度、螺槽深度。 1、非牛顿流体受到外力作用时，其流动行为有以下特征：（剪应力）和（剪切速率）间通常不呈比例关系，因而剪切粘度对剪切作用有依赖性；非牛顿性是(粘性)和(弹性)行为的综合，流动过程中包含着不可逆形变和可逆形变两种成分。 2、制造泡沫塑料的发泡方法可分为（机械发泡）、（物理发泡）、（化学发泡）三种。 3、聚合物的粘弹性行为与加工温度T有密切关系，当T>Tf时，主要发生(粘性形变)，也有弹性效应，当Tg 第二章 要点 1. 塑料和橡胶的区别： T g 塑料>室温，室温下处于玻璃态，呈现塑性 T g 橡胶<<室温，室温下处于高弹态，呈现弹性 PE 、PP 的T g <室温，为何是塑料？ 因为结晶度高，刚性，柔韧性不佳，主要作为塑料使用。橡胶要求材料必须常温下具备高弹性，而聚乙烯常温下由于结晶的原因不具备这一特点，所以聚乙烯常温下不能单独作为橡胶来使用。 2. 工程塑料的特点： 拉伸强度>50 MPa 冲击强度>6 KJ/m 2 长期耐热温度>100 ℃ 特种工程塑料： 热固性塑料：分子链中有可反应的活性基团！ ：PE PP PA POM PET （非100%结晶） 非晶态塑料：PS PVC PC PSF 7. 8. 11. 聚氯乙烯PVC 本体聚合法、悬浮法、乳液法 市售85%以上为悬浮法PVCor 乳液法PVC 乳液法PVC ：糊树脂。 开发最早，用量最大；高强度高刚性；制作织物 19.顺丁橡胶BR=高顺式-1,4-聚丁二烯 弹性：BR>NR>SBR 21.氯丁橡胶CR=氯丁二烯的 均聚物 =反式1,4结构80%+顺式1,4 结构10% 三元乙丙橡胶EPDM 24. PE 的结晶性与性能 随结晶度提高，密度、熔点、拉伸强度、硬度增高，但伸长率、冲击韧性下降，透明性下降。 相容的共混聚合物：ΔG M=ΔH M-TΔS M≤0 玻璃化温度转变法：T gM=W1T g1+W2T g2部分相容：两个T g相互靠拢 完全不相容：两个T g，分别为两聚合物的T g 34. <0.005% <0.05% <0.02% <0.2% 35.高分子材料热-机械特性与成型加工的关系 36.成型时剪切速率范围与成型方法定义 1.生胶：无配合剂且尚未交联，线型大分子or带支链 的线型，可溶于有机溶剂 2.混炼胶：生胶与配合剂经加工混合均匀，且未被交 联 3.硫化胶：已交联 4.橡胶：（硫化胶）是一种在室温下具有高弹性的高分 子材料。在外力作用下橡胶可以伸长几倍甚至几十倍，外力撤除后几乎可以恢复到原状。 5.通用橡胶：指性能与天然橡胶相近，物理性能和加 工性能较好，可广泛用作轮胎和其他一般橡胶制品的橡胶。 6.特种橡胶：指具有特殊性能，可用于制备各种耐热、 耐寒、耐油、耐溶剂、耐化学腐蚀、耐辐射等特殊使用要求的橡胶。 7.热塑性弹性体：分子结构中一部分或全部由具有橡 胶弹性的链段所组成，大分子链之间存在化学或物理交联而成的网状结构，起补强作用，常温下显示橡胶的弹性，而高温下，受热的作用这种网状结构消失，呈现塑性，可按热塑性塑料的成型方法塑化成型，冷却下这种网状结构又复原。具有塑料和橡胶的加工性和使用性。 8.熔体流动指数MFI=熔体流动速率MFR（melt flow rate）=熔融指数MI：用一定温度、一定压力下，10min 内聚合物从出料孔挤出的重量（g）来表示，单位为g/10min。 9.均相成核:指分子链的初始集聚并达到一定的尺寸， 其他的分子链可以在这些初始集聚体上进行排列增长。 10.异相成核：指体系中杂质提供分子链进行有序排列 的场所。 11.二次结晶：指一次结晶后，在一些残留的非晶区和 结晶不完整的部分区域内，继续结晶并逐步完善的过程。 12.后结晶：指聚合物加工过程中一部分来不及结晶的 区域，在成型后继续结晶的过程。在这过程中，不形成心的结晶区域，而在球晶界面上使晶体进一步长大，是初结晶的继续。 13.后收缩：二次结晶和后结晶造成的制品性能和尺寸 发生变化的现象，包括晶粒变粗、产生内应力，制品翘曲、开裂，冲击韧性变差。 14.退火：（热处理）将试样在Tg~Tm温度范围内的某一 合肥学院 Hefei University 高分子成型加工论文 学号： 1203012024 姓名：安绵伟 专业：粉体材料科学与工程 系别：化工系 摘要：高分子复合材料的制备和加工方法繁多，不同的材料有不同的加工方 法，同一种材料也可能对应好几种方法。本文主要讨论了塑料成型加工技术的现状，介绍了挤出成型加工工艺原理与技术特点，综述了高分子材料成型加工技术的新进展。 关键词：塑料，挤出，成型 1 前言 随着工业化技术的发展和人民生活水平的提高，人们对塑料产品种类和质量的需求也越来越高。高分子材料是通过制造成各种制品来实现其使用价值的，因此从应用角度来讲，以对高分子材料赋予形状为主要目的成型加工技术有着重要的意义。高分子材料的主要成型方法有挤出成型、注射成型、吹塑成型、压延成型等，本文主要介绍了挤出成型加工技术的最新进展。 2 挤出成型 挤出成型在塑料加工中又称为挤塑，在非橡胶挤出机加工中利用液压机压力于模具本身的挤出称压出。是指物料通过挤出机料筒和螺杆间的作用，边受热塑化，边被螺杆向前推送，连续通过机头而制成各种截面制品或半制品的一种加工方法。该工艺主要用于热塑性塑料制品的成型。挤出工艺流程如图1所示[1]。 图1热固性塑料模压成型工艺流程 挤出成型主要包括加料、塑化、成型、定型等过程。要获得外观和内在质量均优良的型材制品，是与原材料配方、挤出设备水平、机头模具设计与加工精度、型材断面结构设计及挤出成型工艺条件等分不开的。挤出成型工艺参数的控制包括成型温度、挤出机工作压力、螺杆转速、挤出速度、牵引速度、排气、加料速度及冷却定型等。挤出工艺条件又随挤出机的结构、塑料品种、制品类型、产品的质量要求等的不同而改变[2]。 2.1 共挤出技术 共挤出技术是用两台或者两台以上单螺杆挤出机或双螺杆挤出机将两种或 EP（环氧树脂）、CR（氯丁橡胶）、BR（顺丁橡胶）、EPM（氟橡胶）、EPDM（三元乙丙橡胶）、EPR（乙丙橡胶）、IBR（）、IR（异戊橡胶）、IIR（丁基橡胶）、NBR（丁晴橡胶）、 NR（天然橡胶）、PA（聚酰胺）PB（聚丁烯）、PC（聚碳酸酯）、PCL（聚-ε己内酯）、PE （聚乙烯）、PF（酚醛树脂）、PI（聚酰亚胺）、PLA（聚乳酸）、PMMA（聚甲基丙烯酸甲 脂）、POM（聚甲醛）、PP（聚丙烯）、PPO（聚苯醚）、PS（聚苯乙烯）、PST（聚砜）、PTFE （聚四氟乙烯）、PU（聚氨酯）、PV A（聚乙烯醇）、PVC（聚氯乙烯）、SBR（丁苯橡胶）、 UF（尿醛树脂）、UP （不饱和树脂） 高分子材料成型加工：指使固体状态，糊状或溶液状态的高分子化合物熔融或变形，经过模具形成所需要的形状，并保持已经取得的形状，最终得到制品的工艺过程 高分子材料：一定配合的高分子化合物在成型设备中，受一定温度和压力的作用熔融塑化，然后通过模具制成一定形状，冷却后在常温下能保持既定形状的制品 第一章 在成型加工时，高分子材料的结晶（晶核，晶核增长）来实现的。 在成型加工时，高分子化合物的分子链易发生取向，依受力情况，取向作用可分（流动取向，拉伸取向） 淬火（是指熔融状态或半熔融状态的结晶性高分子，在该温度下保持一段时间后，快熟冷却使其来不及结晶，以改善制品的冲击性能） 、退火（是将试样加热到熔点一下某一温度（一般控制在只适用温度温度一下10—20度为宜）以等温和缓慢变温的方式使结晶逐步完善化过程） 高分子合金 二次结晶（是指一次结晶后，在残留的非晶区和结晶区不完整的部分区域，继续结晶并逐步完善的过程）、 后结晶（是指一部分来不及结晶的区域，在成型后继续结晶的过程） 第二章 增塑剂/润滑剂——作用和作用机理 增塑剂：用以使高分子材料制品塑性增加，改善其柔性、延伸性加工性的物质 作用：降低塑料软化范围，玻璃化转变温度，提高加工性、柔顺性或延展性 作用机理：①外增塑一是隔离作用，非极性增塑剂加人到非极性聚合物中增塑时，非极性增塑剂的主要作用是通过聚合物-增塑剂间的“溶剂化”作用来增大分子间的距离，削弱它们之间本就很小的作用力。二是相互作用，极性增塑剂加入到极性聚合物中增塑时，增塑剂分子的极性基团与聚合物分子的极性基团“相互作用”，破坏了原聚合物分子间的极性连接，减少了连接点，削弱了分子间的作用力，增大了塑性。三是遮蔽作用，非极性增塑剂加到极性聚合物中增塑时，非极性的增塑剂分子遮蔽了聚合物的极性基团。使相邻聚合物分子的极性基团不发生或很少发生“作用”，从而削弱聚合物分子间的作用力，达到增塑目的。 ②内增塑是通常为共聚树脂，即在均聚物Tg较高的单体中引入Tg较低的第二种单体，进行共聚，降低高分子化合物的有序程度，增加分子柔性，氯乙烯醋酸乙烯共聚树脂即为典型的一种 润滑剂 作用：减少分子间、聚合物粒子间、树脂和填料之间的摩擦，以及熔体和设备，制品和模具之间的摩擦，以改善加工流动性和脱模性 作用机理：①内润滑：利用其与高分子的相容性，少量可进入高分子化合物分子链之间，削弱链间的相互作用，引起滑动和旋转，同时又不过分降低高分子化合物Tg。②外润滑：与高分子化合物相容性极差，只能附着在熔体或加工机械的表面，形成润滑界面，降低熔体与加 熔体破裂：聚合物熔体在导管中流动时，如剪切速率大于某一极限值，往住产生不稳定流动，挤出物表面出现凹凸不平或外形发生竹节状、螺旋状等畸变．以至支离、断裂，统称为熔体破裂 塑化：通过热能和(或)机械能使热塑性塑胶软化并赋予可塑性的过程 假塑性流体：假塑性流体是指无屈服应力,并具有粘度随剪切速率增加而减小的流动特性的流体 固化：固化是指物质从低分子转变为高分子的过程。 增塑剂：指用以是高分子材料制品塑性增加，改进其柔韧性、延展性和加工性的物质 1、高分子材料的定义和分类 高分子材料是一定配合的高分子化合物（由主要成分树脂或橡胶和次要成分添加剂）在成型设备中受一定温度和压力的作用熔融塑化，然后通过模塑制成一定形状，冷却后在常温下能保持既定形状的材料制品。分类：橡胶、塑料、化学纤维、涂料、粘合剂 2 交联能影响高分子材料的哪些性能哪些材料或产品是经过交联的 力学性能、耐热性能、化学稳定性能、使用性能。PF可用于电器产品EP可用于高强度的增强塑料、优良的电绝缘材料、具有优秀黏结强度的黏结剂UP可用于性能优良的玻璃纤维增强塑料UF MF PE PVC PU 3、聚合物在成型过程中为什么会发生取向成型时的取向产生的原因及形式有哪几种取向对高分子材料制品的性能有何影响 在成型加工时，受到剪切和拉伸力的影响，高分子化合物的分子链会发生取向。 原因：①由于在管道或型腔中沿垂直于流动方向上的各不同部位的流动速度不相同，由于存在速度差，卷曲的分子力受到剪切力的作用，将沿流动方向舒展伸直和取向。②高分子化合物的分子链、链段或微晶等受拉伸力的作用沿受力方向排列。主要包括单轴拉伸取向和双轴拉伸取向。 形式：非晶态高分子取向包括链段的取向和大分子链的取向；结晶性高分子的拉伸取向包括晶区的取向和非晶区的取向 高分子材料经取向后，拉伸强度、弹性模量、冲击强度、透气性增加 4、高分子材料添加助剂的目的： 添加剂是实现高分子材料成型加工工艺过程并最大限度的发挥高分子材料制品的性能或赋予其某些特殊功能性必不可少的辅助成分。 5、试述增塑剂的作用机理： 增塑剂的作用机理是增塑剂分子插入到聚合物分子链间， 削弱了聚合物分子间的应力。结果增加聚合物分子链的稳定性，降低了聚合物的结晶度， 削弱了分子间的极性，从而使聚合物的塑性增加。 6、高分子材料进行配方设计的一般规则和依据各是什么 规则：①制品的性能要求②成型加工性能的要求③选用的原材料来源容易，产地较近，质量稳定可靠，价格合理④配方成本应在满足上述三条的前提下，尽量选用质量稳定可靠、价格低的原材料；必要时采取不同品种和价格的原材料复配；适当加入填充剂，降低成本。依据：7、物料的混合有哪三种基本运动形式7，物料的混合有哪三种基本运动形式聚合物成型时熔融物料的混合以哪一种运动形式为主为什么 分子扩散、涡旋扩散、体积扩散 主要以体积扩散为主，体积对流混合通过塞流对物料进行体积重排，而不需要物料变形，这种重复的重新排列可以是无规的，也可以是有序的。在固体掺混机中混合是无规的，而在静态混合器中的混合则是有序的。层流对流混合是通过层流而使物料变形，发生在熔体之间的混合，物料受到剪切、伸长和挤压。 8，何为橡胶的混炼，用开炼机和密炼机分别进行混炼时应控制的工艺条件有哪些有何影响 混炼就是将各种配合剂与可塑度合乎要求的生胶或塑炼胶在机械作用下混合均匀， 制成混炼胶的过程。 开炼机混炼时应控制的工艺条件:装胶容量、辊距、混炼温度、混炼时间、辊速和速比、加料顺序； 密炼机进行混炼时应控制的工艺条件:装胶容量、上顶栓压力、转子转速和混炼时间、混炼温度、加料顺序 添加剂:就是实现高分子材料加工过程,最大限度地发挥制品的性能或赋予某些特殊性能,便于加工,可降低成本的重要辅助成分。 二次成型:指在一定条件下将高分子材料一次成型所得的型材通过再次成型加工,以获得制品的最终型样的技术。 注射成型——就是将固体聚合物加热塑化成熔融体,并高压、高速注射入模具中,赋予模腔的形状,经冷却(或交联、硫化)成型的过程。注射成型又叫注塑成型(=注射+模塑)。 压延成型——就是利用压延机的辊筒之间的挤压力作用并在适当的温度(接近粘流温度)条件下,使聚合物发生塑性变形,制成薄膜或片状材料的加工工艺。就是加工塑料薄膜、片材如地板胶及胶布、人造革、等制品的主要方法。 挤出成型就是指物料通过挤出机料筒与螺杆间的作用,边受热塑化,边被螺杆向前推送,连续通过机头而制成各种截面制品或半制品的一种加工方法。 压制成型:就是指借助外压实现成型物料造型的一次成型技术。可分为层压成型与模压成型。 稳定剂:能防止或抑制高分子材料由光、热、氧、霉菌等引起的老化作用的助剂的总称 润滑剂:能降低熔体与加工机械或模具之间与熔体内部相互之间的摩擦与粘附,改善流动性,促进加工成型,利于脱模,提高生产能力与制品外观质量及光洁度的物质 交联剂及相关添加剂:提高交联效率,改善工艺性能,提高制品质量 填充剂;能降低成本并(或)提高制品某些性能而添加到高分子材料基质中的固体物质。 2 .请说出晶态与非晶态聚合物的熔融加工温度范围,并讨论两者作为材料的耐热性好坏。 答:晶态聚合物:T m～Td ;非晶态聚合物:Tf～Td 。 对于作为塑料使用的高聚物来说,在不结晶或结晶度低时,最高使用温度就是Tg,当结晶度 达到40% 以上时,晶区互相连接,形成贯穿整个材料的连续相,因此在Tg以上仍不会软化,其最高使用温度可提高到结晶熔点。熔点(Tm):就是晶态高聚物熔融时的温度。表征晶态高聚物耐热性的好坏。 7 .要使聚合物在加工中通过拉伸获得取向结构,应在该聚合物的什么温度下拉伸？ 答:应该在聚合物的玻璃化温度与熔点之间进行,因为分子在高于Tg 时才具有足够的活动, 这样在拉应力的作用下,分子才能从无规线团中被拉伸应力拉开、拉直与在分子彼此之间发 生移动。 7 .何谓胶料混炼过程中产生的结合橡胶(炭黑凝胶)？ 答:橡胶与炭黑混炼时,由于炭黑表面具有一定的活性,因而与混炼时产生的R ?生成一定数量的化学形式与物理形式的结合体,形成一种不溶于橡胶溶剂的产物,称结合橡胶(炭黑 凝胶)。 2．分别区分“通用塑料”和“工程塑料”，“热塑性塑料”和“热固性塑料”，“简单组分高分子材料”和“复杂组分高分子材料”，并请各举2～3例。 答：通用塑料：一般指产量大、用途广、成型性好、价廉的塑料。通用塑料有：PE，PP，PVC，PS等； 工程塑料：是指拉伸强度大于50MPa，冲击强度大于6kJ/m 2 ,长期耐热温度超过100℃的，刚性好、蠕变小、自 润滑、电绝缘、耐腐蚀等，可代替金属用作结构件的塑料。工程塑料有：PA，PET，PBT，POM等； 工程塑料是指被用做工业零件或外壳材料的工业用塑料，是强度、耐冲击性、耐热性、硬度及抗老化性均优的塑料。日本业界将它定义为“可以做为构造用及机械零件用的高性能塑料，耐热性在100℃以上，主要运用在工业上”。 热塑性塑料：加热时变软以至流动，冷却变硬，这种过程是可逆的，可以反复进行。聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯、聚苯乙烯、聚甲醛、聚砜、聚苯醚，氯化聚醚等都是热塑性塑料。(热塑性塑料中树脂分子链都是线型或带支链的结构，分子链之间无化学键产生，加热时软化流动、冷却变硬的过程是物理变化；) 热固性塑料：第一次加热时可以软化流动，加热到一定温度，产生化学反应一交链固化而变硬，这种变化是不可逆的，此后，再次加热时，已不能再变软流动了。正是借助这种特性进行成型加工，利用第一次加热时的塑化流动，在压力下充满型腔，进而固化成为确定形状和尺寸的制品。这种材料称为热固性塑料。(热固性塑料的树脂固化前是线型或带支链的，固化后分子链之间形成化学键，成为三维的网状结构，不仅不能再熔触，在溶剂中也不能溶解。)酚醛、脲醛、三聚氰胺甲醛、不饱和聚酯、有机硅等塑料，都是热固性塑料。 简单组分高分子材料：主要由高聚物组成(含量很高，可达95%以上)，加入少量(或不加入)抗氧剂、润滑剂、着色剂等添加剂。如：PE、PP、PTFE。 复杂组分高分子材料：复杂组分塑料则是由合成树脂与多种起不同作用的配合剂组成，如填充剂、增塑剂、稳定剂等组成。如：PF、SPVC。 用天然或合成的聚合物为原料，经过人工加工制造的纤维状物质。可以分类两类 1）人造纤维：又称再生纤维，以天然聚合物为原料，经过人工加工而改性制得。如：粘胶纤维、醋酸纤维、蛋白质纤维等 2）合成纤维：以石油、天然气等为原料，通过人工合成和纺丝的方法制成。如：涤纶、尼龙、腈纶、丙纶、氨纶、维纶等 3．高分子材料成型加工的定义和实质。 高分子材料成型加工是将聚合物(有时还加入各种添加剂、助剂或改性材料等)转变成实用材料或制品的一种工程技术。 大多数情况下，聚合物加工通常包括两个过程:首先使原材料产生变形或流动，并取得所需要的形状，然后设法保持取得的形状(即硬化)，流动-硬化是聚合物工过程的基本程序。 高分子材料加工的本质就是一个定构的过程，也就是使聚合物结构确定，并获得一定性能的过程。 第一章习题与思考题 2．请说出晶态与非晶态聚合物的熔融加工温度范围，并讨论两者作为材料的耐热性好坏。 答：晶态聚合物：Tm～Td；非晶态聚合物：Tf～Td。 对于作为塑料使用的高聚物来说，在不结晶或结晶度低时，最高使用温度是Tg，当结晶度达到40%以上时，晶区互相连接，形成贯穿整个材料的连续相，因此在Tg以上仍不会软化，其最高使用温度可提高到结晶熔点。 熔点（Tm）：是晶态高聚物熔融时的温度。表征晶态高聚物耐热性的好坏。 3．为什么聚合物的结晶温度范围是Tg～Tm？ 答：T>Tm 分子热运动自由能大于内能，难以形成有序结构 T 高分子成型加工习题答 案 集团标准化小组：[VVOPPT-JOPP28-JPPTL98-LOPPNN] 添加剂：是实现高分子材料加工过程，最大限度地发挥制品的性能或赋予某些特殊性能，便于加工，可降低成本的重要辅助成分。 二次成型：指在一定条件下将高分子材料一次成型所得的型材通过再次成型加工，以获得制品的最终型样的技术。 注射成型——是将固体聚合物加热塑化成熔融体，并高压、高速注射入模具中，赋予模腔的形状，经冷却（或交联、硫化）成型的过程。注射成型又叫注塑成型（=注射+模塑）。 压延成型——是利用压延机的辊筒之间的挤压力作用并在适当的温度（接近粘流温度）条件下，使聚合物发生塑性变形，制成薄膜或片状材料的加工工艺。是加工塑料薄膜、片材如地板胶及胶布、人造革、等制品的主要方法。 挤出成型是指物料通过挤出机料筒和螺杆间的作用，边受热塑化，边被螺杆向前推送，连续通过机头而制成各种截面制品或半制品的一种加工方法。 压制成型：是指借助外压实现成型物料造型的一次成型技术。可分为层压成型和模压成型。 稳定剂：能防止或抑制高分子材料由光、热、氧、霉菌等引起的老化作用的助剂的总称 润滑剂：能降低熔体与加工机械或模具之间和熔体内部相互之间的摩擦和粘附，改善流动性，促进加工成型，利于脱模，提高生产能力和制品外观质量及光洁度的物质 交联剂及相关添加剂：提高交联效率，改善工艺性能，提高制品质量 填充剂；能降低成本并(或)提高制品某些性能而添加到高分子材料基质中的固体物质。 2 ．请说出晶态与非晶态聚合物的熔融加工温度范围，并讨论两者作为材料的耐热性好坏。 答：晶态聚合物：T m～Td ；非晶态聚合物：Tf～Td 。 对于作为塑料使用的高聚物来说，在不结晶或结晶度低时，最高使用温度是Tg，当结晶度 达到40% 以上时，晶区互相连接，形成贯穿整个材料的连续相，因此在Tg以上仍不会软化，其最高使用温度可提高到结晶熔点。熔点（Tm）：是晶态高聚物熔融时的温度。表征晶态高聚物耐热性的好坏。 7 ．要使聚合物在加工中通过拉伸获得取向结构，应在该聚合物的什么温度下拉伸？ 答：应该在聚合物的玻璃化温度和熔点之间进行，因为分子在高于Tg时才具有足够的活动， 这样在拉应力的作用下，分子才能从无规线团中被拉伸应力拉开、拉直和在分子彼此之间发 生移动。 7 ．何谓胶料混炼过程中产生的结合橡胶（炭黑凝胶）？ 答：橡胶与炭黑混炼时，由于炭黑表面具有一定的活性，因而与混炼时产生的R ?生成一定数量的化学形式和物理形式的结合体，形成一种不溶于橡胶溶剂的产物，称结合橡胶（炭黑 凝胶）。 9 ．什么叫塑料的混合和塑化，其主要区别在哪里？ 答：塑料的混合：这是物料的初混合，是一种简单混合，在低于流动温度和较为缓和的剪切高分子材料成型加工
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