材料成型加工與工藝學(xué)-習(xí)題解答(7,8)

1、第六章 壓制成型2. 簡述熱固性塑料模壓成型的工藝步驟。將熱固性模塑料在以加熱到指定溫度的模具中加壓，使物料熔融流動(dòng)并均勻地充滿模腔，在加熱和加壓的條件下經(jīng)過一定的時(shí)間，使其發(fā)生化學(xué)反應(yīng)而變成具有三維體形結(jié)構(gòu)的熱固性塑料制品。(1) 計(jì)量(2) 預(yù)壓(3) 預(yù)熱(4) 嵌件安放(5) 加料(6) 閉模(7) 排氣(8) 保壓固化(9) 脫模冷卻(10) 制品后處理4. 在熱固性塑料模壓成型中，提高模溫應(yīng)相應(yīng)地降低還是提高模壓壓力才對(duì)模壓成型工藝有利？為什么？在一理論的操作溫度下，模溫提高時(shí)，物料的黏度下降、流動(dòng)性增加，可以相對(duì)應(yīng)的降低模壓；但若繼續(xù)升高模溫會(huì)使塑料交聯(lián)反應(yīng)速度增快、固化速率升高

2、此時(shí)便需要提高模壓。 一般而言提高溫度應(yīng)提高模壓壓力。 8. 試述天然橡膠硫化后的物理性能的變化，并解釋之。橡膠在硫化的過程中，交聯(lián)密度發(fā)生了顯著的變化。隨著交聯(lián)密度的增加，橡膠的密度增加，氣體、液體等小分子就難以在橡膠內(nèi)運(yùn)動(dòng)，宏觀表現(xiàn)為透氣性、透水性減少，而且交聯(lián)后的相對(duì)分子質(zhì)量增大，溶劑分子難以在橡膠分子之間存在，宏觀表現(xiàn)為能使生膠溶解的溶劑只能使硫化膠溶脹，而且交聯(lián)度越大，溶脹越少。硫化也提高了橡膠的熱穩(wěn)定性和使用溫度范圍。天然橡膠在硫化過程中，隨著線型大分子逐漸變?yōu)榫W(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，可塑性減小，拉伸強(qiáng)度、定伸強(qiáng)度、硬度、彈性增加，而伸長率、永久變形、疲勞生熱等相應(yīng)減小，但若硫化時(shí)間再延長，則出

3、現(xiàn)拉伸強(qiáng)度、彈性逐漸下降，伸長率、永久變形反而會(huì)上升的現(xiàn)象。10. 橡膠的硫化歷程分為幾個(gè)階段？各階段的實(shí)質(zhì)和意義是什么？(1) 焦燒階段 又稱硫化誘導(dǎo)期，是指橡膠開始前的延遲作用時(shí)間，在此階段膠料尚未開始交聯(lián)，膠料在模型內(nèi)有良好的流動(dòng)性。對(duì)于模型硫化制品，膠料的流動(dòng)、充模必須在此階段完成，否則就會(huì)發(fā)生焦燒，出現(xiàn)制品花紋不清、缺膠等缺陷。焦燒階段的長短決定了膠料的焦燒性能和操作安全性。(2) 預(yù)硫化階段 焦燒期以后橡膠開始交聯(lián)的階段。在此階段，隨著交聯(lián)反應(yīng)得進(jìn)行，橡膠的交聯(lián)程度逐漸增加，并形成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，橡膠的物理機(jī)械性能逐漸上升，但尚未達(dá)到預(yù)期的水平，但有些性能如撕裂性能、耐磨性能等卻優(yōu)于正硫

4、化階段時(shí)的膠料。預(yù)硫化階段的長短反應(yīng)了橡膠硫化反應(yīng)速度的快慢，主要取決于膠料的配方。(3) 正硫化階段 橡膠的交聯(lián)反應(yīng)達(dá)到一定的程度，此時(shí)各項(xiàng)物理機(jī)械性能均達(dá)到或接近最佳值，其綜合性能最佳。此時(shí)交聯(lián)鍵發(fā)生重排、裂解等反應(yīng)，同時(shí)存在的交聯(lián)、裂解反應(yīng)達(dá)到了平衡，因此膠料的物理機(jī)械性能在一個(gè)階段基本上保持恒定或者變化很少，所以該階段也稱為平坦硫化階段。此階段所取的溫度和時(shí)間稱為正硫化溫度和正硫化時(shí)間。硫化平坦階段的長短取決于膠料的配方，主要是生膠、促進(jìn)劑和防老劑的種類。(4) 過硫階段 正硫化以后繼續(xù)硫化便進(jìn)入過硫階段。 交聯(lián)反應(yīng)和氧化及熱斷鏈反應(yīng)貫穿于橡膠硫化過程的始終，只是在不同的階段，這兩種反

5、應(yīng)所占的地位不同，在過硫階段中往往氧化及熱斷鏈反應(yīng)占主導(dǎo)地位，因此膠料出現(xiàn)物理機(jī)械性能下降的現(xiàn)象。 天然橡膠、丁苯橡膠等主鏈為線形大分子結(jié)構(gòu)，在過硫階段斷鏈多于交聯(lián)而出現(xiàn)硫化返原現(xiàn)象；對(duì)于大部分合成橡膠，如丁苯、丁腈橡膠，在過硫階段中易產(chǎn)生氧化支化反應(yīng)和環(huán)化結(jié)構(gòu)，膠料的物理機(jī)械性能變化很小，甚至保持恒定，這種膠料稱硫化非返原性膠料。11. 橡膠制品生產(chǎn)過程中，殘余焦燒時(shí)間的長短與橡膠制品的類型有什么關(guān)系？剩余膠燒時(shí)間是指膠料在模型中加熱時(shí)保持流動(dòng)性的時(shí)間。如果膠料在混煉、停放、熟煉和成型中所耗的時(shí)間過長或溫度過高，則操作焦燒時(shí)間長，占去的整個(gè)膠燒時(shí)間就多，則剩余焦燒時(shí)間就少，易發(fā)生焦燒。因此，

6、為了防止焦燒，一方面設(shè)法使膠料具有較長的焦燒時(shí)間，如使用后效性促進(jìn)劑；另一方面在混煉、停放、熟煉、成型等加工時(shí)應(yīng)低溫、迅速，以減少操作焦燒時(shí)間。15. 某一膠料的硫化溫度系數(shù)為2，當(dāng)硫化溫度為137時(shí)，測出其硫化時(shí)間為80 min，若將硫化溫度提高到143，求該膠料達(dá)正硫化所需要的時(shí)間？上述膠料的硫化時(shí)間縮短到60 min時(shí)，求所選取的硫化溫度是多少？使用范特霍夫方程式：(1) t1/ t2K(T2T1)/1080/ t22(143137)/10801.516 t2 t252.77 min(2) t1/ t2K(T2T1)/1080/602(T2137)/10兩邊同成以log1.3332(T2

7、137)/100.1248(T2137)/10log2T2141.1616. 某膠料的硫化溫度系數(shù)為2，在實(shí)驗(yàn)室中用試片測定，當(dāng)硫化溫度達(dá)到143時(shí)，硫化平坦時(shí)間為2080 min，該膠料在140下于模型中硫化了70 min，問是否達(dá)到正硫化？使用范特霍夫方程式：首先考慮某橡膠在143的硫化平坦時(shí)間開始點(diǎn) 20min 推算其在140下其硫化平坦時(shí)間開始點(diǎn)(1) t1/ t2K(T2T1)/1020/ t22(140143)/10200.8122 t2 t224.62 min首先考慮某橡膠在143的硫化平坦時(shí)間終止點(diǎn) 80min 推算其在140下其硫化平坦時(shí)間終止點(diǎn)(2) t1/ t2K(T2T

8、1)/1080/ t22(140143)/10800.8122 t2 t298.50 min最后即依上列方程得知判斷出某橡膠在140下其硫化平坦時(shí)間為24.6298.50 min 其在70 min時(shí)已達(dá)到了正硫化且并未進(jìn)入過硫階段。17. 繪出增強(qiáng)熱固性塑料層壓板成型時(shí)熱壓過程五個(gè)時(shí)期的溫度和壓力與時(shí)間的關(guān)系曲線，并說明各時(shí)期的溫度和壓力在成型中的作用。(pic. 6-25, page 207)第一階段為塑料開始預(yù)熱階段板胚的溫度從室溫升至樹脂開始交聯(lián)反應(yīng)的溫度，這時(shí)樹脂開始熔化并進(jìn)一步滲入增強(qiáng)材料中，同時(shí)使部分揮發(fā)物排出。此時(shí)施加的最高壓力的1/31/2，一般為45MPa之間，若壓力過大，膠

9、液將大量流失。第二階段為塑料中間保溫階段 樹脂在較低的反應(yīng)速度下進(jìn)行交聯(lián)固化反應(yīng)，直至溢料不能成絲為止，然后開始升溫升壓。第三階段 將溫度和壓力升至最高，此時(shí)樹脂的流動(dòng)性已下降，高溫高壓不會(huì)造成膠液流失，卻能加快交聯(lián)反應(yīng)。升溫速度不宜過快，以免制品出現(xiàn)裂紋和分層，但應(yīng)加足壓力。第四階段 熱壓保溫階段在規(guī)定的壓力和溫度下(910MPa，160170)，保持一段時(shí)間，使樹脂充分交聯(lián)固化。第五階段 冷卻階段 樹脂充分交聯(lián)固化后即可逐漸降溫冷卻。冷卻時(shí)應(yīng)保持一定壓力，否則制品表面發(fā)泡和翹曲變形。第七章 擠出成型1. 擠出機(jī)螺桿的結(jié)構(gòu)上為何分段？分段的根據(jù)是什么？螺桿對(duì)物料所產(chǎn)生的作用在螺桿的全長范圍內(nèi)

10、各段的不同。根據(jù)物料在螺桿中的溫度、壓力、黏度等的變化特征，可將螺桿分為加料段、壓縮段和均化段。(1) 加料段 其長度隨塑料品種而異，擠出結(jié)晶型熱塑性塑料的加料段要求較長，使塑料有足夠的時(shí)間，慢慢軟化，該段約占螺桿全長60%65%。擠出無定型塑料的加料段較短，約占螺桿10%25%。但硬質(zhì)無定型塑料也要求長一些，軟質(zhì)無定型塑料則較短。(2) 壓縮段的長度與塑料的性質(zhì)、塑料的壓縮率有關(guān)。無定型塑料壓縮段較長，為螺桿全長55%65%，熔融溫度范圍寬的塑料其壓縮段最長，如PVC擠出成型用的螺桿，壓縮段為100%，即全長均起壓縮作用，這樣的螺桿叫做漸變螺桿。結(jié)晶型塑料，熔融溫度范圍較窄，壓縮段較短，為3

11、5Ds，某些熔化溫度范圍很窄的結(jié)晶型塑料，如PA，其壓縮段更短，甚至僅為一個(gè)螺桿長度，這樣的螺桿叫做突變螺桿。(3) 均化段螺桿由于從壓縮段來的物料已達(dá)到所需的壓縮比，故均化段一般無壓縮作用，螺距和槽深可以不變，這一段常常是等距等深的淺槽螺紋。對(duì)于漸變型螺桿，本段螺桿螺距最小或是槽深最淺，這種螺桿實(shí)際上無均化段，常用于PVC等熱敏性塑料?？杀苊怵ち鲬B(tài)物料在均化段停留時(shí)間過長而導(dǎo)致分解。對(duì)于一般塑料，如PE、PS等，為了穩(wěn)定料流，均化段應(yīng)有足夠的長度，通常是螺桿全長的20%25%。3. 什么叫做壓縮比？擠出機(jī)螺桿設(shè)計(jì)中的壓縮比根據(jù)什么來確定？指螺桿加料段第一個(gè)螺槽的容積與均化段最后一個(gè)螺槽的容積

12、之比，它表示塑料通過螺桿的全過程被壓縮的程度。壓縮比一般在25之間，壓縮比的大小取決于擠出塑料的種類和形態(tài)，粉狀塑料的相對(duì)密度小，夾帶的空氣多，其壓縮比應(yīng)大于粒料塑料。另外擠出薄壁狀制品時(shí)，壓縮比應(yīng)比擠出厚壁制品的大。6. 提高擠出機(jī)加料段固體輸送能力，應(yīng)對(duì)設(shè)備采取什么措施？指出其理論依據(jù)。根據(jù)固體輸送理論:AsfsAbfbcos推導(dǎo)后:qs2DH1(DH1)n(tantan)/ (tantan)(1)在螺桿直徑不變時(shí)，增大螺桿深度H1；(2)減小物料與螺桿的靜摩擦因子fs；(3)增大物料與料筒的靜摩擦因子fb；(4)選擇合適的螺旋角，使(tantan)/ (tantan)最大。7. 塑料在擠

13、出機(jī)中的熔化長度的意義是什么？擠出過程中，在加料段內(nèi)是充滿未熔融的固體粒子，在均化段內(nèi)則充滿著已熔化的物料，而在螺桿中間的壓縮段內(nèi)固體粒子與熔融物共存，物料的熔化過程就是在此區(qū)段內(nèi)進(jìn)行的，故壓縮段又稱為熔化區(qū)。在熔化區(qū)，物料的熔融過程是逐漸進(jìn)行的，自熔化區(qū)A開始，固體床的寬度將逐漸減小，熔池的寬度逐漸增加，直到熔化區(qū)終點(diǎn)B，固體床的寬度下降到零，進(jìn)入均化段，固體床消失，螺桿全部充滿熔體。從熔化開始到固體床的寬度降到為零為止的總長度，稱之為熔化長度。熔化長度的大小反映了固體的熔化速度，一般熔化速度越高則熔化長度越短，反之越長。8. 塑料熔體在擠出機(jī)螺槽內(nèi)有幾種流動(dòng)形式？造成這幾種流動(dòng)的主要原因是

14、什么？(1)正流 是物料沿螺槽方向(z方向)向機(jī)頭的流動(dòng)，這是均化段熔體的主流，是由于螺桿旋轉(zhuǎn)時(shí)螺柃的推擠作用所引起的，從理論分析上來說，這種流動(dòng)是由于物料在螺槽中受機(jī)筒摩擦拖曳作用而產(chǎn)生的，故也稱為拖曳流動(dòng)，它起擠出物料的作用。其體積流量用qV, D表示，正流在螺槽中沿螺槽深度方向的速度分布是線性變化的。(2)逆流 沿螺槽與正流方向相反(-z方向)的流動(dòng)，它是由機(jī)頭口模、過濾網(wǎng)等對(duì)料流的阻礙所引起的反壓流動(dòng)，故又稱壓力流動(dòng)，它將引起擠出生產(chǎn)能力的損失。其體積流量用qV, P表示，逆流的速度分布是按拋物線關(guān)系變化的。正流和逆流的綜合稱為凈流，是正流和逆流兩種速度的代數(shù)和。(3)橫流 物料沿x軸

15、與y軸兩方向在螺槽內(nèi)往復(fù)流動(dòng)，也是螺桿旋轉(zhuǎn)時(shí)螺柃的推擠作用和阻擋作用所造成的，僅限于在每個(gè)螺槽內(nèi)的環(huán)流，對(duì)總的擠出生產(chǎn)率影響不大，但對(duì)于物料的熱交換、混合和進(jìn)一步均勻塑化影響很大，其體積流量用qV, T表示。(4) 漏流 物料在螺桿和料筒的間隙沿著螺桿的軸向往料斗方向的流動(dòng)。10. 各種擠出成型制品的生產(chǎn)線由各自的主、輔機(jī)組成，請(qǐng)歸納它們的工藝過程，用框圖表示。粒狀或粉狀熱塑性塑料預(yù)熱和干燥卷取(切割)牽引冷卻定型擠出成型調(diào)整加料開動(dòng)螺桿擠出機(jī)加熱擠出制品(后處理)12. 管材擠出的工藝過程是什么？擠出管材如何定徑？管材擠出的基本工藝是：由擠出機(jī)均化段出來的塑化均勻的塑料，先后經(jīng)過過濾網(wǎng)、粗濾器而達(dá)分流器，并為分流器支架分為若干支流，離開分流器支架后再重新匯合起來，進(jìn)入管芯口模間的環(huán)形通道，最后通過口模到擠出機(jī)外而成管子，接著經(jīng)過定徑套定徑和初步冷卻，再進(jìn)入冷卻水槽或具有噴淋裝置的冷卻水箱，進(jìn)一步冷卻成為具有一定口徑的管材，最后經(jīng)由牽引裝置引出定根據(jù)規(guī)定的長度要求而切割得到所需的制品。硬PVC管可用定徑套來定型，定型的方式有定外徑和定內(nèi)徑兩種，定徑方法的選擇取決于管材的要求。若管材外徑尺寸要求高，宜選用外定徑法；反之，則選用內(nèi)徑定型法。