東華大學《高分子材料成型原理》復習題及答案

1、東華大學高分子材料成形原理（考生注意：答案須寫在答題紙上，寫在本試題紙上，一律不給分）一. （試題得分 18 分）判斷題（用“”表示正確，用“”表示不正確）1共混體系具有 互鎖 形態(tài)時 , 其粘度隨著共混比增大而通過一個極小值.2紡絲細流的毛細斷裂機理是基于強度理論。3一般熔紡實驗數(shù)據(jù)表明，卷繞絲的取向度主要是拉伸流動取向的貢獻。4濕法紡絲采用零拉伸時，其紡絲線上的膨化區(qū)消失。5定張力熱定型的實質是在纖維長度不變的情況下，讓高彈形變轉化成塑性變形。6一次成型是利用塑料的塑性變形而成型，二次成型是利用塑料的推遲變形而成型，即是在塑料處于彈性狀態(tài)條件下進行的。7. 注塑機的螺桿形式和結構與擠出機的

2、螺桿完全相同。8天然橡膠的化學結構是順式聚異戊二烯。9壓延效應就是壓延后的膠片容易出現(xiàn)一種縱橫方向物理機械性能的差異，即在縱方向的抗張強度小、伸長率大、收縮率小，而在橫方向的抗張強度大、伸長率小、收縮率大。產生這種現(xiàn)象的原因，主要是橡膠分子鏈及針狀或片狀的填料粒子，經壓延后產生取向排列的結果。二. （試題得分 16 分）選擇題1. 對于切力變稀的紡絲流體 ,_a.0b. a0且aac. a0且 a2. “溶解度參數(shù)相近原則”適用于估計（）的互溶性。a. 非極性高聚物與極b. 非極性高聚物與非性溶劑c.極性高聚物與極性極性溶劑d. 極性高聚物與非極溶劑性溶劑3在同樣的結晶條件下，下列成纖高聚物中

3、，（）的結晶速度最高。a.petb.pa6c.pa66d.等規(guī)pp4.溶劑的擴散系數(shù)ds 和凝固劑的擴散系數(shù)dn 隨凝固浴中溶劑含量的增加而（） 。a. 增大c. 有極小值b. 減小d. 有極大值5干法紡絲線上，在噴絲孔出口處，除去溶劑的機理以（）為主。a. 紡絲線內部的b. 閃蒸擴散c. 對流傳質d. 紡絲線內部的擴散和對流傳質6拉伸過程中晶區(qū)取向因數(shù) fc 與非晶區(qū)取向因素 fa 的大小通常為（）。a. fcfab. fafcc.開始時 fcfa ，然后 d. 開始時 fafc ，然后fafcfcfa7. 二次成型只適用于（ ）的熱塑性聚合物a. tg 或 tm比室溫低得 b. tg 或

4、tm與室溫相近多c. tg 或 tm比室溫高得多d. 所有8. 下列橡膠品種中，（ ） 既可作為耐熱橡膠的生膠品種，也可用作耐寒橡膠的生膠品種。a. 天然橡膠b. 氯丁橡膠c.氟橡膠d. 硅橡膠三. （試題得分 24 分）簡答題1. 簡述聚合物在螺桿擠壓機中熔融的能量來源。2根據(jù) brodkey 混合理論 , 聚合物共混體系與聚合物添加劑體系涉及的混合機理有何差別?3. 簡述塑料擠出成型過程中，在擠出機均化段熔體的流動形式。4. 根據(jù)硫化歷程圖的分析，橡膠的硫化歷程可分為哪四個階段？各個階段中橡膠的結構產生了什么變化？四討論題（試題得分42 分）1. 試述聚合物分子結構對聚合物流體剪切粘性的影

5、響。2. 試述根據(jù)拉伸應變速率不同而將整個熔體紡絲線分成的三個區(qū)域中速度和軸向速度梯度分布的特征及其對初生纖維結構的影響。3. 試述濕紡初生纖維中形成空隙的機理及其影響因素。內容提要： 東華大學高分子材料成形原理期末考試試題一 （試題得分 18 分）判斷題1（ ）2. （ ）3（ ）4（ ）5（ ）6（）7. （ ）8 ( )9 ( )二 （試題得分 16 分）選擇題1.東華大學高分子材料成形原理期末考試試題一 （試題得分 18 分）判斷題1（ ）2. （ ）3（ ）4（ ）5（ ）6（ ）7. （ ）8 ( )9 ( )二 （試題得分 16 分）選擇題1. c2. b3c4c5b6a7. c

6、8. d三 （試題得分 24 分）簡答題1. 簡述聚合物在螺桿擠壓機中熔融的能量來源。答：其能量來源于兩個方面： 一是依靠機筒沿螺槽深度方向自上而下傳導而來的能量 （如圖 5-2 ），這是加熱器裝在機筒外壁上， 上下溫差大， 左右溫差小的必然結果； 二是通過熔膜移走而使熔融層受到剪切作用，使部分機械能轉變熱能（粘性耗散）的必然結果。2根據(jù) brodkey 混合理論 , 聚合物共混體系與聚合物添加劑體系涉及的混合機理有何差別 ?答： 根據(jù) brodkey 混合理論 ,擴散有分子擴散、 渦旋擴散和體積擴散三種形式。在聚合物加工中，渦旋擴散很難實現(xiàn)，體積擴散占支配地位，聚合物共混體系和聚合物添加劑體

7、系的混合中均存 在體積擴散。聚合物添加劑體系的混合中，如果參與混合的是低分子物質（如抗氧劑、發(fā)泡劑、顏料劑等），分子擴散可能是一個重要因素。但聚合物共混體系的混合中，不存在分子擴散。3.(塑料 )4根據(jù)硫化歷程圖的分析，橡膠的硫化歷程可分為哪四個階段？各個階段中橡膠的結構產生了什么變化？答：根據(jù)硫化歷程圖的分析，橡膠的硫化歷程可分為四個階段：即焦燒階段、熱硫化階段、平坦硫化階段和過硫化階段。焦燒階段：是熱硫化開始前的延遲作用時間段，即誘導期，硫黃分子和促進劑體系之間反應生成一種活性更大的中間化合物，然后進一步引發(fā)橡膠分子鏈，產生可交聯(lián)的自由基。熱硫化階段：這一階段是硫化反應的交聯(lián)階段，逐漸生成

8、網構，促使橡膠彈性和抗張強度急劇上升。這個階段是衡量硫化反應速度的標志。平坦硫化階段：這一階段是網構形成的前期。此時交聯(lián)反應已趨于完成，既而發(fā)生交聯(lián)鍵的重排、裂解等反應。過硫化階段：硫化反應中網構形成的后期，主要是交聯(lián)鍵發(fā)生重排作用，以及交聯(lián)鍵和鏈段熱裂解的反應。四討論題（試題得分42 分）1 試述聚合物分子結構對聚合物流體剪切粘性的影響。答：聚合物分子結構包括鏈結構、相對分子質量及相對分子質量分布。（1）鏈結構的影響聚合物的鏈結構對流變性能有較大影響。聚合物分子鏈柔性越大，纏結點越多，鏈的解纏和滑移越困難，聚合物流動時非牛頓性越強。聚合物分子鏈剛性增加，分子 間作用力愈大，粘度對剪切速率的敏

9、感性減小， 但粘度對溫度的敏感性增加， 提高這類聚合物的加工溫度可有效改善其流動性。聚合物分子中支鏈結構的存在對粘度也有很大的影響。具有短支鏈的聚合物的粘度低于具有相同相對分子質量的直鏈聚合物的粘度；支鏈長度增加，粘度隨之上升， 支鏈長度增加到一定值，粘度急劇增高，且可能比直鏈聚合物大若干倍。在相對分子質量相同的條件下，支鏈越多，越短，流動時的空間位阻越小，粘度越低，越容 易流動。較多的長支鏈可增加與臨近分子的纏結幾率，使流體流動阻力增加，粘度增大；長支鏈越多，粘度升高愈多，流動性愈差。長支鏈的存在也增大了聚合物粘 度對剪切速率的敏感性。當零切粘度相同時，有長支鏈聚合物比無支鏈聚合物開始出現(xiàn)非

10、牛頓流動的臨界剪切速率 要低，長支鏈對粘度的影響較復雜。鏈結構中含有大的側基時，聚合物中自由體積增大，流體粘度對壓力和溫度敏感性增加。（2）相對分子質量的影響聚合物相對分子質量增大，不同鏈段偶然位移相互抵消的機會增多，因此分子鏈重心轉移減慢，要完成流動過程就需要更長的時間和更多的能量，所以聚合物的粘度隨相對分子質量的增大而增加。聚合物流體的的零切粘度0 與相對分子質量的關系可以表示為：當，時=2.55.0 ，說明聚合物在臨界相對分子質量以上，由于大分子鏈間發(fā)生纏結， 其流體濃度將隨相對分子質量的增加而急劇地增大。即 lg 0 與 lg呈直線關系，且在臨界相對分子質量處有拐點。（3）相對分子質量

11、分布的影響在平均相對分子質量相同、相對分子質量分布不同是時，聚合物熔體的粘度隨相對分子質量分布寬度而迅速下降，其流動行為表現(xiàn)出更多的非牛頓性。相對分子質量 分布窄的聚合物在較寬的剪切速率范圍內流動時， 表現(xiàn)出更多的牛頓特性， 其熔體粘度對溫度變化的敏感性要比相對分子質量分布寬的聚合物要大。相對分子質量分 布寬的聚合物，對剪切敏感，即使在較低剪切速率或剪切應力下流動時， 也比相對分子質量分布窄的聚合物更具有假塑性。 因為相對分子質量分布寬的聚合物中，有 一些分子特別長，而另一些分子特別短，長的那部分分子在剪切速率增大時，形變較大，所以粘度下降較多。2試述根據(jù)拉伸應變速率不同而將整個熔體紡絲線分成

12、的三個區(qū)域中速度和軸向速度梯度分布的特征及其對初生纖維結構的影響。答：根據(jù)拉伸應變速率的不同，可將整個紡絲線分成三個區(qū)域（可以作圖）。區(qū)（擠出脹大區(qū)）和區(qū)（形變區(qū)）交界處對應于直徑膨化最大的地方，通常離噴絲板不超過 10mm。在此區(qū)中，熔體在進入孔口時所儲存的彈性能，以及在孔 流區(qū)貯存的并來不及在孔道中松弛的那部分彈性能將在熔體流出孔口處發(fā)生回彈， 從而在細流上顯現(xiàn)出體積膨化的現(xiàn)象。 由于體積膨化，故沿紡程減小，軸向速度梯度為負值，即，在細流最大直徑處，軸向速度梯度為零，即。在改變噴絲頭拉伸比的情況下，脹大比隨的增大而下降，當拉伸比增至一定值時，擠出脹大區(qū)可完全消失。熔紡的通常較大，故區(qū)通常不

13、存在。在形變細化區(qū)中，在張力作用下，細流逐漸被拉長變細，故沿紡程 x 的變化常呈 s 形曲線，拐點把區(qū)劃分為區(qū)a和區(qū) b：在區(qū)a 中，；在區(qū)b中，。 區(qū)的長度通常在 50150cm左右，具體隨紡絲條件而定。 如圖中頸縮結束點隨紡絲速度增大而向前移動。 此區(qū)的長度本身就是一種非常重要的特性， 它既能決定紡絲裝置的結構，又是鑒別紡絲線對外來干擾最敏感的區(qū)域。這一區(qū)中出現(xiàn)極大值，一般為10-50, 隨紡絲速度、冷卻條件和材料流變特性而異。如pet高速紡絲中，的極大值可達 1500 以 上。區(qū)是熔體細流向初生纖維轉化的重要過渡階段， 是發(fā)生拉伸流動和形成纖維最初結構的區(qū)域，因此是紡絲成形過程最重要的區(qū)

14、域。在此區(qū)中熔體細流被迅速拉 長而變細，速度迅速上升，速度梯度也增大。由于冷卻作用，絲條溫度降低，熔體粘度增加，致使大分子取向度增加，雙折射上升；如卷繞速度很高，還可能發(fā)生大 分子的結晶。該區(qū)的終點即為固化點。在區(qū)中，熔體細流已固化為初生纖維，不再有明顯是流動發(fā)生。 纖維不再細化，保持不變，。纖維的初生結構在此繼續(xù)形成。此區(qū)的結晶發(fā)生在取向狀態(tài)，這取向狀態(tài)影響結晶的動力學和形態(tài)學。 在高速紡絲時， 區(qū)的長度也會由于運行的固體絲條的空氣阻力而影響絲條的張力。3. 試述濕紡初生纖維中形成空隙的機理及其影響因素。答：濕紡初生纖維中形成空隙的機理主要有以下兩種：（1）與擴散相分離速率有關。reuver

15、s 根據(jù)相分離速率快慢，定義了兩種雙擴散類型。當聚合物溶液浸入凝固浴后，溶劑與沉淀劑的雙擴散迅速引發(fā)溶液的相分離者稱為瞬時雙擴散；而當延續(xù)一定時間后才引起聚合物溶液相分離者稱為豫遲雙擴散。當凝固浴中溶劑含量較高時，降低了濃度梯度，使得原液細流的凝固變得緩和。在豫遲時間內，原液釋放的溶劑較它從凝固浴中汲取的凝固劑多，在界面處有一個非 常陡的聚合物濃度梯度，隨著豫遲時間的延長， 界面不斷增厚，直到聚合物稀相核出現(xiàn)為止。 如果整個凝固過程受豫遲雙擴散的控制，初生纖維便會形成一個沒有核孔而且非常致密的結構。在絕大多數(shù)情況下，凝固初期表層的厚度還比較薄，雙擴散速度往往比較快，相分離界面處的原液組成立刻產

16、生聚合物稀相核。瞬時雙擴散引起瞬時相分離的纖維總 是存在聚合物稀相核結構。 smoldors 認為這是形成大孔結構的原因。若部分聚合物稀相核進一步生長，便形成大孔；否則在已有的前沿繼續(xù)形成新的核，這 樣形成的初生纖維則具有均勻的海綿狀結構。但是這種紡絲成形條件很難維持，往往得不到完全為這種結構的初生纖維。（2）與擴散相分離機理有關。當紡絲溶液中聚合物濃度低于臨界濃度時，首先在細流表面出現(xiàn)皮層，然后通過此皮層，溶劑從細流內部擴散出來，非溶劑從凝固浴中滲透進去，紡絲液體積發(fā)生變 化，內部進行凝固。由于皮層是頗為剛性的， 聚合物粒子的合并使內部體系收縮時， 皮層不能按比例發(fā)生形變， 這就是纖維內部形

17、成空隙的原因。凝固劑濃度越低，纖維內部形成的空隙就越大。當紡絲液中聚合物濃度高于臨界點濃度時，聚合物粒子的聚集均勻地形成纖維結構，不產生皮層。因此， 盡管凝固的進行不如低濃度紡絲中那樣迅速，但由于不存在皮層，纖維內部與凝固浴之間溶劑和非溶劑的擴散移動會很流暢地進行，使纖維結構均勻，從而不形成空洞。影響空隙的因素涉及濕法成形的所有工藝參數(shù)：（1） 溶劑種類。例如，腈綸初生纖維的比表面積因溶劑而異。此表面積較大，說明初生纖維空隙的尺寸較小。采用無機溶劑紡制腈綸，一般不形成大空洞。在硫氰酸鈉法 中，即使將凝固浴溫度由正常的 010升至 50，此時紡絲已很難進行， 但所得初生纖維中仍無大空洞。 這顯然是由于無機溶劑 sr 小于有機溶劑，凝固比較 緩和的緣故。（2）聚合物溶劑種類。溶劑種類早期曾采用過丙烯腈均聚物紡絲，由于水是沉淀劑，而均聚物中缺乏親水性基團，所以凝固過程十 分激烈。這種腈綸初生纖維中有大量的大空洞產生，干燥后大空洞體積縮小或閉合， 但并未根除，纖維在服用過程中因受摩擦而沿空洞發(fā)生縱向撕裂。 腈綸第二、三 單體的采用賦予纖維以彈性、染色性的同時，第三單體一般還具有親水性。因此，共聚物在含水凝固浴中的凝固要比均聚物的凝固溫和，這就從根本上解決了纖維的原纖化問題。（3）凝固浴濃度。凝固浴濃度對腈綸初生纖維空隙的影響表明，當凝固浴濃度較低時，因