聚合物加工原理復(fù)習(xí)題

1、3 .降解：聚合物分子主鏈斷裂引起聚合度降低或發(fā)生分子內(nèi)鏈轉(zhuǎn)移反應(yīng)的現(xiàn)象4 .剪切變稀：聚合物流體表現(xiàn)為假塑性流動的區(qū)域。 隨著剪切速率增大，其表觀 粘度降低。5 .機(jī)械降解：聚合物受到外力作用（如粉碎、塑煉、高速攪拌、塑化、擠出、注 射等過程）引起聚合物的降解。6 .端末效應(yīng)：聚合物在管道中進(jìn)行剪切流動時(shí)，流體流經(jīng)截面變化的部位時(shí)發(fā)生 的彈性收斂和膨脹運(yùn)動。7 .入口效應(yīng)：由于流道截面變小，使流體壓力降突然增大的現(xiàn)象。8 .離模膨脹效應(yīng)：聚合物流體離開口模后產(chǎn)生體積膨脹的現(xiàn)象。9 .注塑成型周期：完成一次注塑所需的時(shí)間稱為成型周期。 包括合模時(shí)間、注座 前進(jìn)時(shí)間、注射時(shí)間、保壓時(shí)間、冷卻時(shí)間

2、、開模時(shí)間、制件頂出時(shí)間、以及下 一成型周期的準(zhǔn)備時(shí)間。10 .注塑成型塑化：塑料在料筒內(nèi)受熱達(dá)到流動狀態(tài)并具有良好可塑性的過程。11 .層壓成型：在一定溫度和壓力下，將多層浸有熱塑性樹脂或熱固性樹脂的薄 片狀材料黏結(jié)和熔合成為具有一定厚度的層壓板材。1 .聚合物的結(jié)晶過程結(jié) 晶溫度范圍： Tg-Tm之間結(jié)晶過程：晶核生成和晶體生長。低溫區(qū)為生成晶核，高溫區(qū)為晶體生長。2 .物料混合的分類及混合設(shè)備分類：（1）按分散程度 簡單混合和分散混合；（2）按混合過程的特點(diǎn) 間歇混合 和連續(xù)混合；（3）按混合形式 層流剪切混合和固定混合。設(shè)備：轉(zhuǎn)鼓式混合機(jī)、螺帶式混合機(jī)、捏合機(jī)、高速混合機(jī)、密煉機(jī)、雙輾

3、混煉機(jī)、擠出機(jī)3 .螺桿冷卻與加料斗冷卻作用螺桿冷卻作用：控制物料溫度；降低物料與螺桿的摩擦系數(shù)，提高物料輸送效率； 加料斗冷卻作用：防止物料在料斗中架橋而影響加料進(jìn)入機(jī)筒。4 .注塑成型減少內(nèi)應(yīng)力措施（工藝上）：提高熔體溫度和模具溫度；降低充模壓力和充模速度；縮短保壓時(shí)間。1 .單軸拉伸和雙軸拉伸取向概念及對制品性能的影響單軸取向是指取向單元沿著一個方向做平行排列而形成的取向狀態(tài)雙軸取向是指取向單元沿著兩個互相垂直的方向取向單軸拉伸和雙軸拉伸取向?qū)е轮破分性谛阅苌媳憩F(xiàn)出各向異性，以提高制品的力學(xué)強(qiáng)度；有的取向會給制品帶來不利影響，如易使制品發(fā)生翹曲、變形、開 裂等現(xiàn)象。取向過程是分子鏈或鏈段

4、有序排列過程，拉伸取向是在Tg-Tm（或Tf）溫度范圍內(nèi)發(fā)生，流動取向是在高于 Tf溫度發(fā)生。取向后使制品沿取向方向拉伸強(qiáng) 度增大，斷裂伸長率下降。根據(jù)拉伸取向方式不同，取向可分為單軸取向和雙軸 取向（如塑料純、纖維的生產(chǎn)為單軸取向，雙向拉伸薄膜生產(chǎn)為雙軸取向）。注塑制品主要發(fā)生流動取向，使制品產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力，易發(fā)生翹曲變形現(xiàn)象。無定形聚合物的流動取向2 .假塑性流體的流變性質(zhì)聚合物流體表現(xiàn)為假塑性流動的區(qū)域。 隨著剪切速率增大，具表觀粘度降低,稱 為“剪切變稀”。3 .影響聚合物流變行為（粘度）的主要因素（1）溫度對粘度的影響（溫度TT,粘度J）（2）壓力對剪切粘度的影響（壓力增大使粘度增大、分

5、子間作用力T粘度T）（3）剪切速率或剪切應(yīng)力對表觀粘度的影響（速率增加，粘度減?。?）聚合物結(jié)構(gòu)因素的影響：分子鏈柔韌性（柔性大的粘度大）；長支鏈（長 支鏈的粘度大）；側(cè)基大?。▊?cè)基大的粘度大）；分子量（分子量T,粘度T）； 分子量分布（分子量分布窄的粘度大）。（5）添加劑對剪切粘度的影響（一般添加無機(jī)填充劑、纖維狀填充劑會增加聚 合物熔體粘度；而潤滑劑、增塑劑則會降低熔體粘度）。4 .成型加工中降解形式及產(chǎn)生的原因降解：指聚合物分子主鏈斷裂引起聚合度降低或發(fā)牛分子內(nèi)鏈轉(zhuǎn)移反應(yīng)的現(xiàn)象。降解原因：光、熱、輻射、機(jī)械力等（物理因素）；氧、水、醇、酸、堿（化學(xué) 因素）。（1）熱降解: 形式：無規(guī)熱

6、降解(如 PE PP等)；鏈?zhǔn)浇到?如PMMA消除反應(yīng)(PVC聚 醋酸乙烯酯等)。原因：溫度高于其分解溫度或在分解溫度下停留時(shí)間過長。PVC POM是典型的熱敏性聚合物。(2)機(jī)械降解指聚合物受到外力作用(如粉碎、塑煉、高速攪拌、塑化、擠出、注射等過程) 引起聚合物的降解。(3)氧化降解聚合物在氧存在下，同時(shí)伴隨光、熱、輻射作用易發(fā)生自由基降解，但也可能發(fā)生交聯(lián)。所以聚合物氧化機(jī)理比較復(fù)雜。(4)水解對于極性聚合物，由于其吸水性大，其極性基團(tuán)在高溫情況下易發(fā)生水解反應(yīng)， 使聚合物發(fā)生水解。5 .注塑成型的塑化分析及主要工藝參數(shù)(1)注塑成型的塑化指塑料在料筒內(nèi)受熱達(dá)到流動狀態(tài)并具有良好可塑性的

7、過程。塑料塑化受熱包括料筒外加傳導(dǎo)熱和塑料的剪切生熱。a.塑化量：指單位時(shí)間內(nèi)注塑機(jī)熔化塑料的重量。螺桿式注射機(jī)的塑化量比柱塞式注射機(jī)高。b.熱均勻性螺桿式注射機(jī)的熱均勻性比柱塞式注射機(jī)好。(2)主要工藝參數(shù)：溫度：注塑成型溫度、模具溫度；壓力：注射壓力、保壓壓力、預(yù)塑壓力(背壓)時(shí)間：注射時(shí)間、保壓時(shí)間、冷卻時(shí)間。6 .聚合物熔體彈性產(chǎn)生及影響因素聚合物彈性形變由鏈段運(yùn)動引起的，鏈段運(yùn)動的能力由松弛時(shí)間r決定。(1)分子量及分子量分布 分子量大、分子間作用力強(qiáng)，熔體粘度高，松弛時(shí) 間長，彈性效應(yīng)大，熔體易破碎；分子量分布寬，高分子量級分松弛時(shí)間長，熔 體彈性行為強(qiáng)。(2)溫度與剪切速率 溫度

8、升高，松弛時(shí)間縮短熔體破碎的臨界剪切速率提高；剪切速率增大，熔體彈性行為增強(qiáng)。(3)流道的幾何尺寸 管徑突變，熔體彈性效應(yīng)增加；口模長徑比(L/D)增大， 熔體彈性形變可得到充分松弛，使熔體彈性恢復(fù)變小。7 .聚合物流體流動過程中的端末效應(yīng)(1)端末效應(yīng)指聚合物在管道中進(jìn)行剪切流動時(shí)，流體流經(jīng)截面變化的部位時(shí)發(fā)生的彈性收斂和膨脹運(yùn)動。(2)影響端末效應(yīng)的因素：入口效應(yīng)：由于流道截面變小，使流體壓力降突然增大的現(xiàn)象；離模膨脹效應(yīng)：聚合物流體離開口模后產(chǎn)生體積膨脹的現(xiàn)象。內(nèi)因：分子量高、分子量分布窄和非牛頓性強(qiáng)的聚合物，出口膨脹現(xiàn)象越顯著。外因：流道長度長、穩(wěn)定流動時(shí)間長、增大流道直徑或提高流道長

9、徑比(L/D)、 提高流體溫度，出口膨脹現(xiàn)象降低。8 .擠出成型工藝過程及主要工藝參數(shù)工藝參數(shù)：螺桿轉(zhuǎn)速、擠出成型溫度。9 .熔體在螺桿中的流動形式a.正流：物料沿螺槽向機(jī)頭方向的流動，是螺桿旋轉(zhuǎn)時(shí)螺棱的推力在螺槽 z軸方 向作用的結(jié)果。b.逆流：逆流方向與正流相反，由機(jī)頭、口模、過濾網(wǎng)等對物料反壓引起的流動。c.漏流：由口模、機(jī)頭、過濾網(wǎng)等對物料的反壓引起的，通過螺桿與機(jī)筒間隙6沿螺桿軸向料斗方向的流動。d 橫流：物料沿螺紋斜棱相垂直方向的流動。10 .單螺桿擠出機(jī)的基本結(jié)構(gòu)及作用擠出系統(tǒng)：由螺桿和機(jī)筒組成，具作用使塑料塑化均勻，建立壓力，使物料被螺桿連續(xù)、定壓、定溫、定量擠出機(jī)頭。傳動系統(tǒng)

10、：由電動機(jī)、調(diào)速裝置及傳動裝置組成，其作用是驅(qū)動螺桿、保證螺桿在擠出過程所需的扭矩和轉(zhuǎn)速。加熱冷卻系統(tǒng)：由溫控（加熱圈、冷卻水或鼓風(fēng)）設(shè)備組成，具作用是通過加熱和冷卻，保證擠出系統(tǒng)的成型在工藝要求的溫控范圍內(nèi)進(jìn)行。控制系統(tǒng)：由電器、儀表和執(zhí)行機(jī)構(gòu)組成，其作用是調(diào)節(jié)螺桿的轉(zhuǎn)速、機(jī)筒溫度和機(jī)頭壓力。11螺桿基本參數(shù)：a.螺桿直徑D:是指螺力f外徑，D越大，產(chǎn)量越高。b. 螺桿長徑比L/D ：是指螺桿工作部分的有效長度與直徑之比。L/D 越大，物料塑化、混合效果越好，擠出產(chǎn)量越大，通常在1540。c.壓縮比指加料段第一個螺槽容積與均化段最后一個螺槽容積之比。不同物料e不同，只要起到壓實(shí)物料作用。12

11、擠出螺桿的主要功能及各段的主要作用擠出螺桿的主要功能：輸送固體物料、壓緊和熔化固體物料，均化、計(jì)量和產(chǎn)生足夠壓力以擠出熔融物料。a 加料段作用（固體輸送區(qū)）：此段螺槽為等深等距，隨著螺桿轉(zhuǎn)動，使物料受壓、受熱前移。此段物料仍為固體，末端接近粘流溫度，有些發(fā)粘。b. 壓縮段作用（熔融區(qū)）：此段螺桿螺槽容積逐漸變小，隨著螺桿轉(zhuǎn)動，物料被進(jìn)一步剪切攪拌，壓實(shí)，物料由固體轉(zhuǎn)化為熔融體，并排除物料中的空氣。c. 均化段作用（熔體輸送區(qū)）：使熔體進(jìn)一步均化，將料流定量定壓送入機(jī)頭，使其在口模中成型。13. PVCt材生產(chǎn)工藝流程14. 在擠出成型理論中，根據(jù)固體輸送理論，固體輸送的必要條件及提高固體輸送效

12、率的措施必要條件：只有當(dāng)Fs<Fbz時(shí)，物料才能在機(jī)筒與螺桿間產(chǎn)生相對運(yùn)動，并被 迫沿螺槽移向前方；固體與機(jī)筒的摩擦系數(shù)必須大于固體與螺桿的摩擦系數(shù) （ Fb>Fs） ，才能保證物料沿著螺槽方向向前輸送。措施：提高螺桿固體輸送效率，從擠出機(jī)結(jié)構(gòu)和擠出工藝兩方面采取措施。a. 擠出機(jī)結(jié)構(gòu)：增加螺槽深度、降低物料與螺桿的摩擦系數(shù)fs ，增大物料與料筒的摩擦系數(shù)可提高固體輸送率；b. 擠出工藝角度：螺桿通冷卻水、增加料筒溫度和降低螺桿溫度都可提高固體輸送率。15熱固性層壓板材成型的基本過程成型工藝過程：疊料、進(jìn)模、熱壓、脫模、加工和熱處理。疊料：將附膠材料進(jìn)行剪裁和層疊，層疊厚度確定制品

13、要求確定。疊料要求：板坯兩面加用24張表面專用附膠材料（含脫模劑），以改善板材表觀質(zhì)量； 附膠材料疊放排列方向可互相垂直或同向。疊好板坯壓制單元順序：金屬板襯紙單面鋼板板坯單面鋼板襯紙金屬板。進(jìn)模： 將裝好的壓制單元分層推入多層壓機(jī)的熱板中，閉合壓機(jī)，升溫升壓進(jìn)行壓制。熱壓：壓制溫度和壓力控制分五段：第一階段為預(yù)熱階段：從室溫到硬化反應(yīng)開始的溫度。此段樹脂熔化，浸透玻璃布，排除揮發(fā)份，壓力為總壓力的1/31/2 。第二階段為保溫階段：樹脂在低溫下固化反應(yīng)，直至板坯邊緣的樹脂不能被拉成絲，開始升溫升壓。第三階段為升溫升壓階段：溫度和壓力升值工藝規(guī)定值。第四階段為熱壓保溫階段：樹脂充分固化，制品達(dá)

14、到最佳性能。第五階段為冷卻階段：板坯充分固化后冷卻，便于脫模。脫模：當(dāng)壓制好的板材溫度降至60，卸壓，依次推出板材。加工：除去壓制好的板材的毛邊。熱處理： 進(jìn)一步固化樹脂，消除內(nèi)應(yīng)力。如環(huán)氧樹脂和酚醛樹脂層壓板熱處理溫度 120130，時(shí)間120150min。16聚乙烯單絲生產(chǎn)工藝流程、工藝及控制工藝流程：原料-擠出噴絲板擠出-水冷-加熱拉伸-定型熱處理-卷取工藝及控制：溫度控制 噴絲機(jī)頭溫度一般比擠出成型其他產(chǎn)品溫度高，一般在220240，聚合物分子量分布窄（如HDPE5000s。）冷卻水溫經(jīng)噴絲板成型的絲坯立刻進(jìn)入水箱冷卻，主要是為了防止單絲粘連和降低聚乙烯結(jié)晶，有利于提高拉伸質(zhì)量。水溫控

15、制在2535，水面距噴絲板距離1530mm。拉伸溫度和倍數(shù)拉伸時(shí)大分子鏈取向過程，為了便于快速分子鏈或鏈段取向，必須在接近其熔點(diǎn)溫度附近進(jìn)行。HDP印絲的拉伸溫度接近100C, 一般采用熱水加熱，如高于 100，可采用電熱板加熱。拉伸溫度越高，拉伸倍數(shù)越大，拉伸速度越快，力學(xué)強(qiáng)度越高，反之則相反。拉伸倍數(shù)一般在610 倍。熱處理PE 單絲拉伸后伸長率較大，受熱容易熱收縮。為消除這一現(xiàn)象，需要對拉伸薄膜進(jìn)行熱處理。熱處理溫度比拉伸溫度稍高，使部分取向鏈段得到松弛，而消除內(nèi)應(yīng)力。第三牽引輥比第二牽引輥線速度慢1%.17. 注塑機(jī)注射系統(tǒng)的的作用及組成注射系統(tǒng)作用：主要起塑化和注射作用。柱塞式分流梭

16、其作用：縮短傳熱過程，加大傳熱面積，提高熔化速率和塑化均勻性。自鎖式噴嘴：主要用于粘度小塑料，防止流延。不能用于粘度大、熱穩(wěn)定差的物料，如不能用于PVC。螺桿式注射系統(tǒng)組成：由加料裝置、料筒、螺桿、噴嘴組成。柱塞式注射機(jī)注射系統(tǒng)由加料裝置、料筒、柱塞、分流梭、噴嘴組成。18注射成型工藝對取向度影響主要根據(jù)作圖分析注塑工藝對取向度的影響。溫度一定時(shí)，大分子鏈伸直取向與剪切應(yīng)力、取向時(shí)間、熔體冷卻速度有關(guān)。沖模過程中模腔內(nèi)不同部位取向程度不同。取向度還與模具溫度、制件厚度、注射壓力、充模時(shí)間和料筒溫度有關(guān)。如圖19. 注塑成型降低熔接痕措施：模具：適當(dāng)提高模具溫度，增加流道尺寸，擴(kuò)大冷料井；澆口開

17、設(shè)盡量避免熔體在嵌件、孔洞的周圍流動；發(fā)生噴射充模的澆口要設(shè)法修正、遷移或加擋塊緩沖；盡量不用或少用多澆口；應(yīng)開設(shè)、擴(kuò)張或疏通排氣通道。工藝：適當(dāng)提高注射壓力、延長注射時(shí)間；優(yōu)化注射速度；優(yōu)化機(jī)筒和噴嘴溫度；盡量不用或少用脫模劑。原料：原料進(jìn)行干燥處理，對熱穩(wěn)定性差的物料要適當(dāng)添加穩(wěn)定劑。制品設(shè)計(jì)：壁厚不能過小、盡量避免嵌件位置不當(dāng)引起的分流現(xiàn)象。20分析熱固性塑料注塑成型特點(diǎn)熱固性塑料在受熱過程中發(fā)生物理變化和化學(xué)變化。熱固性塑料固化前為分子量不大的線型結(jié)構(gòu)聚合物，通過機(jī)筒加熱變成為低黏度熔體，同時(shí)開始發(fā)生交聯(lián)反應(yīng)，分子量逐漸增大，黏度急劇上升，甚至失去流動性。為此在交聯(lián)反應(yīng)前或剛開始時(shí)將熔

18、體快速注入型腔，使其在加熱型腔內(nèi)繼續(xù)交聯(lián)反應(yīng)至物理力學(xué)性能達(dá)到最佳時(shí)即可脫模。21壓制成型工藝過程及工藝參數(shù)壓制成型主要工藝參數(shù)：壓制溫度、壓力和時(shí)間。壓縮成型前準(zhǔn)備：預(yù)壓、預(yù)熱。預(yù)熱：對熱固性塑料加熱，除去水分和其他揮發(fā)物，縮短成型周期。預(yù)壓： 在室溫下將松散的熱固性塑料用預(yù)壓模在壓機(jī)上壓成重量一定、形狀一致的型坯，其形狀與模具形狀一致為宜，多為圓片狀、長條狀。1 單軸拉伸和雙軸拉伸取向概念及對制品性能的影響圖的解釋：a 圖：沿著制品的厚（寬）度方向的取向，在制品的中心區(qū)和表層區(qū)，取向程度都不高，取向度向較高的區(qū)域是介于中心區(qū)和表層區(qū)之間的部分。b 圖：沿制品長度方向，從澆口開始順著料流的方

19、向，取向程度逐漸增加，在靠近澆口一側(cè)的某一位置，取向度達(dá)到極大值，繼續(xù)沿長度方向向前深入，則取向程度逐漸遞減。2 假塑性流體的流變性質(zhì)第一牛頓區(qū)是聚合物低剪切應(yīng)力或低剪切速率下表現(xiàn)為牛頓型流動區(qū)域，即粘度恒定。如流延成型、乳膠刮涂、涂料涂刷等過程。此區(qū)所對應(yīng)粘度為零切粘度”0,不同聚合物的“0不同。假塑性區(qū)是聚合物流體表現(xiàn)為假塑性流動的區(qū)域。由于剪切速率或剪切應(yīng)力增高，流體中大分子構(gòu)象、分子束發(fā)生改變，導(dǎo)致聚合物原有結(jié)構(gòu)破壞或形成新的結(jié)構(gòu)，導(dǎo)致粘度發(fā)生變化。如粘度變化變低，稱為“剪切變稀”；如果粘度變化變大，則稱為“剪切變稠”。剪切變稀機(jī)理：對聚合物熔體當(dāng)剪切速率增大時(shí)，大分子逐漸從網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)中解纏和滑移，高彈形變相對減少，分子間作用力減弱，因此流動阻力降低；對聚合物溶液或分散體系，增大剪切速率，迫使低分子物質(zhì)（溶劑）從原來穩(wěn)定體系中分離出來， 導(dǎo)致體系中的無規(guī)線團(tuán)或粒子尺寸變小，并且使無規(guī)線團(tuán)和粒子分布了更多溶液，使整個體系流動阻力降低。第二牛頓區(qū) 當(dāng)剪切速率達(dá)到更大時(shí)，表觀粘度不在隨P和丫增大而變化， 保持一個常數(shù)。此時(shí)的粘度成為極限粘度”80產(chǎn)生主要原因