聚合物加工原理

1、1.什么是聚合物的力學三態(tài)，各自的特點是什么？各適用于什么加工方法？什么是聚合物的力學三態(tài)，各自的特點是什么？各適用于什么加工方法？玻璃態(tài)、高彈態(tài)和粘流態(tài)稱為聚合物的力學三態(tài)。玻璃態(tài)、高彈態(tài)和粘流態(tài)稱為聚合物的力學三態(tài)。玻璃態(tài)：內(nèi)能大，彈性模量大。高分子主鏈鍵長、鍵角只能發(fā)生微小變化，形變很小，玻璃態(tài)：內(nèi)能大，彈性模量大。高分子主鏈鍵長、鍵角只能發(fā)生微小變化，形變很小，不能進行大變形的成型，主要進行冷加工，車、鉆、銼、切螺紋。不能進行大

2、變形的成型，主要進行冷加工，車、鉆、銼、切螺紋。高彈態(tài)：內(nèi)能降低，彈性模量較低。外力作用，分子主鏈發(fā)生運動，變形能力增大，高彈態(tài)：內(nèi)能降低，彈性模量較低。外力作用，分子主鏈發(fā)生運動，變形能力增大，形變可部分恢復，可進行大變形成型加工，可進行壓延、中空成型、熱成型。形變可部分恢復，可進行大變形成型加工，可進行壓延、中空成型、熱成型。粘流態(tài)：外力作用，整個分子鏈都可以運動，材料會發(fā)生持續(xù)變形，形變不可逆，可粘流態(tài)：外力作用，整個分子鏈都可以

3、運動，材料會發(fā)生持續(xù)變形，形變不可逆，可進行擠出、注射。進行擠出、注射。2、影響聚合物粘度的因素分別有哪些？、影響聚合物粘度的因素分別有哪些？對于高聚物熔體來說，影響粘度的因素有許多，應力、應變速率、溫度、壓力、分子參數(shù)對于高聚物熔體來說，影響粘度的因素有許多，應力、應變速率、溫度、壓力、分子參數(shù)和結(jié)構(gòu)、相對分子質(zhì)量分布、支化和添加劑等。但歸結(jié)起來有兩個方面：和結(jié)構(gòu)、相對分子質(zhì)量分布、支化和添加劑等。但歸結(jié)起來有兩個方面：(1)熔體內(nèi)的

4、自由體積因素，自由體積熔體內(nèi)的自由體積因素，自由體積粘度粘度ˉ(2)大分子長鏈間的纏結(jié)，凡能減少纏結(jié)作用因素，都能加速分子運動，粘度大分子長鏈間的纏結(jié)，凡能減少纏結(jié)作用因素，都能加速分子運動，粘度ˉ3、壓力流動、收斂流動、拖拽流動的定義及各自常見發(fā)生場合。、壓力流動、收斂流動、拖拽流動的定義及各自常見發(fā)生場合。壓力流動：在簡單的形狀管道中因受壓力作用而產(chǎn)生的流動。壓力流動：在簡單的形狀管道中因受壓力作用而產(chǎn)生的流動。；聚合；聚合物成型時

5、在管內(nèi)的流動多屬于壓力梯度引起的剪切流動。如注射時流道內(nèi)熔體的流動。物成型時在管內(nèi)的流動多屬于壓力梯度引起的剪切流動。如注射時流道內(nèi)熔體的流動。收斂流動：在截面積逐漸減小的流道中的流動。收斂流動：在截面積逐漸減小的流道中的流動。；多發(fā)生在；多發(fā)生在在錐形管或其他截面積逐漸變小的管道中。在錐形管或其他截面積逐漸變小的管道中。拖拽流動：在具有部分動件的流道中的流動。拖拽流動：在具有部分動件的流道中的流動。，如在擠出機螺槽，如在擠出機螺槽中的

6、聚合物流動以及線纜包覆物生產(chǎn)口模中。中的聚合物流動以及線纜包覆物生產(chǎn)口模中。4、根據(jù)物料的變化特征可將螺桿分為幾個階段，它們各自的作用是什么？、根據(jù)物料的變化特征可將螺桿分為幾個階段，它們各自的作用是什么？加料段（加料段（Ⅰ）、壓縮段（、壓縮段（Ⅱ）、均化段（、均化段（Ⅲ）加料段（加料段（Ⅰ）作用：將料斗供給的料送往壓縮段，塑料在移動過程中一般保持固體狀態(tài)由）作用：將料斗供給的料送往壓縮段，塑料在移動過程中一般保持固體狀態(tài)由于受熱而部分

7、熔化。于受熱而部分熔化。壓縮段（壓縮段（Ⅱ）作用：壓實物料，使物料由固體轉(zhuǎn)化為熔體，并排除物料中的空氣。）作用：壓實物料，使物料由固體轉(zhuǎn)化為熔體，并排除物料中的空氣。均化段均化段(計量段計量段)的作用：是將熔融物料，定容的作用：是將熔融物料，定容(定量定量)定壓地送入機頭使其在口模中成型。均定壓地送入機頭使其在口模中成型。均化段的螺槽容積與加料一樣恒定不變?；蔚穆莶廴莘e與加料一樣恒定不變。5、簡單敘述擠出成型、注射成型、壓制成型、壓延

8、成型各自的工藝過程。、簡單敘述擠出成型、注射成型、壓制成型、壓延成型各自的工藝過程。1、擠出成型工藝主要程序：物料的干燥，成型，定型與冷卻，制品的牽引與卷取，制品的、擠出成型工藝主要程序：物料的干燥，成型，定型與冷卻，制品的牽引與卷取，制品的后處理。后處理。2、注射過程：塑化、注射過程：塑化→充模充?！罕骸鋮s冷卻→脫模脫模3、壓制成型過程主要包括：加料、閉模、排氣、固化、脫模與清理模具。、壓制成型過程主要包括：加料、閉模、排氣、

9、固化、脫模與清理模具。4、壓延工藝過程：、壓延工藝過程：○1供料階段：捏合供料階段：捏合→塑化塑化→供料供料○2壓延階段：壓延壓延階段：壓延→牽引牽引→刻花刻花→冷卻定型冷卻定型→輸送輸送→切割、卷取切割、卷取6、比較注塑螺桿和擠出螺桿在結(jié)構(gòu)上的主要差別。、比較注塑螺桿和擠出螺桿在結(jié)構(gòu)上的主要差別。注塑螺桿長徑比比擠出螺桿??；注塑螺桿長徑比比擠出螺桿??；注塑螺桿均化段螺槽深度比擠出螺桿深；注塑螺桿均化段螺槽深度比擠出螺桿深；注塑螺桿壓縮

10、比比擠出螺桿??；注塑螺桿壓縮比比擠出螺桿??；注塑螺桿加料段長度比擠出螺桿長，而均化段長度比擠出螺桿短；注塑螺桿加料段長度比擠出螺桿長，而均化段長度比擠出螺桿短；擠出螺桿多為圓頭或錐頭，而注塑螺桿多為尖頭并帶有特殊結(jié)構(gòu)。擠出螺桿多為圓頭或錐頭，而注塑螺桿多為尖頭并帶有特殊結(jié)構(gòu)。注塑螺桿只起預塑化和注射作用，對塑化能力、壓力穩(wěn)定性以及操作連續(xù)性和穩(wěn)定性沒有注塑螺桿只起預塑化和注射作用，對塑化能力、壓力穩(wěn)定性以及操作連續(xù)性和穩(wěn)定性沒有擠出螺桿

11、要求高。擠出螺桿要求高。11、壓延效應產(chǎn)生的原因及減小的方法是什么？、壓延效應產(chǎn)生的原因及減小的方法是什么？答：產(chǎn)生的原因：在壓延過程中，熱塑性塑料由于受到很大的剪切應力和拉伸應力作用，答：產(chǎn)生的原因：在壓延過程中，熱塑性塑料由于受到很大的剪切應力和拉伸應力作用，因此高聚物大分子會沿著壓延方向作定向排列，以至制品在物理機械性能上出現(xiàn)各向異性，因此高聚物大分子會沿著壓延方向作定向排列，以至制品在物理機械性能上出現(xiàn)各向異性，即壓延效應。即壓

12、延效應。減小的方法：物料溫度適當提高，可以提高其塑性，加強大分子的運動，破壞其定向排列，減小的方法：物料溫度適當提高，可以提高其塑性，加強大分子的運動，破壞其定向排列，可降低壓延效應；降低輥筒轉(zhuǎn)速，則壓延時間增加，壓延效應降低；輥筒存料量少，壓延可降低壓延效應；降低輥筒轉(zhuǎn)速，則壓延時間增加，壓延效應降低；輥筒存料量少，壓延效應也降低；增加制品的厚度，可減小壓延效應；盡量不使用各向異性的配合劑，壓延后效應也降低；增加制品的厚度，可減小壓延

13、效應；盡量不使用各向異性的配合劑，壓延后緩慢冷卻，有利于取向分子松弛，也可降低壓延效應。緩慢冷卻，有利于取向分子松弛，也可降低壓延效應。12、請用粘彈性的滯后效應相關(guān)理論解釋塑料注射成型制品的變形收縮現(xiàn)象以及熱處理的、請用粘彈性的滯后效應相關(guān)理論解釋塑料注射成型制品的變形收縮現(xiàn)象以及熱處理的作用。作用。答：答：○1塑料注射成型制品的變形收縮。當注射制件脫模時，大分子的形變并非已經(jīng)停止，塑料注射成型制品的變形收縮。當注射制件脫模時，大分子

14、的形變并非已經(jīng)停止，在貯存和使用過程中，制件中大分子的進一步形變能使制件變形。制品收縮的主要原因是在貯存和使用過程中，制件中大分子的進一步形變能使制件變形。制品收縮的主要原因是熔體成型時驟冷使大分子堆積得較松散（即存在熔體成型時驟冷使大分子堆積得較松散（即存在“自由體積自由體積”）之故。在貯存和使用過程中，）之故。在貯存和使用過程中，大分子的重排運動的發(fā)展，使堆積逐漸緊密，以致密度增加體積收縮。能結(jié)晶的聚合物則大分子的重排運動的發(fā)展，使

15、堆積逐漸緊密，以致密度增加體積收縮。能結(jié)晶的聚合物則因逐漸形成結(jié)晶結(jié)構(gòu)而使成型的制品體積收縮。制品體積收縮的程度是隨冷卻速度增大而因逐漸形成結(jié)晶結(jié)構(gòu)而使成型的制品體積收縮。制品體積收縮的程度是隨冷卻速度增大而變得嚴重，所以加工過程急冷（驟冷）對制件的質(zhì)量通常是不利的。無論是變形或是體積變得嚴重，所以加工過程急冷（驟冷）對制件的質(zhì)量通常是不利的。無論是變形或是體積收縮，都將降低制品的因次穩(wěn)定性；嚴重的變形或收縮不均勻還會在制品中形成內(nèi)應力

16、，收縮，都將降低制品的因次穩(wěn)定性；嚴重的變形或收縮不均勻還會在制品中形成內(nèi)應力，甚至引起制品開裂；同時并降低制品的綜合性能。甚至引起制品開裂；同時并降低制品的綜合性能?！?在Tg~Tf的溫度范圍內(nèi)對成型制品進行熱處理，可以縮短大分子形變的松弛時間，加速的溫度范圍內(nèi)對成型制品進行熱處理，可以縮短大分子形變的松弛時間，加速結(jié)晶聚合物的結(jié)晶速度，使制品的形狀能夠較快地穩(wěn)定下來。某些制品在熱處理過程輔以結(jié)晶聚合物的結(jié)晶速度，使制品的形狀能夠較快

17、地穩(wěn)定下來。某些制品在熱處理過程輔以溶脹作用（在水或溶劑中熱處理或?qū)⒅破分糜谌軇┱羝袩崽幚?，更能縮短松弛時間）溶脹作用（在水或溶劑中熱處理或?qū)⒅破分糜谌軇┱羝袩崽幚?，更能縮短松弛時間）。例。例如在纖維拉伸定型的熱處理中，若吹入瞬時水蒸氣，有利于較快地消除纖維中的內(nèi)應力，如在纖維拉伸定型的熱處理中，若吹入瞬時水蒸氣，有利于較快地消除纖維中的內(nèi)應力，提高纖維使用的穩(wěn)定性。通過熱處理不僅可以使制品中的內(nèi)應力降低，還能改善聚合物的提高纖維使

18、用的穩(wěn)定性。通過熱處理不僅可以使制品中的內(nèi)應力降低，還能改善聚合物的物理機械性能，這對于那些鏈段的剛性較大、成型過程中容易凍結(jié)內(nèi)應力的聚合物如聚碳物理機械性能，這對于那些鏈段的剛性較大、成型過程中容易凍結(jié)內(nèi)應力的聚合物如聚碳酸酯、聚苯醚、聚苯乙烯等有很重要的意義。酸酯、聚苯醚、聚苯乙烯等有很重要的意義。13.分別闡述聚合物在高彈態(tài)和粘流態(tài)時的粘彈性形變特點。分別闡述聚合物在高彈態(tài)和粘流態(tài)時的粘彈性形變特點。即使在較小的外力作用下，也能迅

19、速產(chǎn)生很大的形變，并且當外力除去后，形變又可逐漸即使在較小的外力作用下，也能迅速產(chǎn)生很大的形變，并且當外力除去后，形變又可逐漸恢復。這種受力能產(chǎn)生很大的形變，除去外力后能恢復原狀的性能稱高彈性，相應的力學恢復。這種受力能產(chǎn)生很大的形變，除去外力后能恢復原狀的性能稱高彈性，相應的力學狀態(tài)稱高彈態(tài)。狀態(tài)稱高彈態(tài)。當溫度升到足夠高時，在外力作用下，由于鏈段運動劇烈，導致整個分子鏈質(zhì)量中心發(fā)生當溫度升到足夠高時，在外力作用下，由于鏈段運動劇烈，

20、導致整個分子鏈質(zhì)量中心發(fā)生相對位移，聚合物完全變?yōu)檎承粤黧w，其形變不可逆，這種力學狀稱為粘流態(tài)。相對位移，聚合物完全變?yōu)檎承粤黧w，其形變不可逆，這種力學狀稱為粘流態(tài)。14.畫出幾種典型流體的剪切力畫出幾種典型流體的剪切力剪切速率流動曲線，并簡單說明各自的流變行為特征。剪切速率流動曲線，并簡單說明各自的流變行為特征。賓漢流體：與牛頓流體相同，賓漢流體：與牛頓流體相同，剪切速率～剪切速率～剪切應力的關(guān)系也是一條直線，不同處：它的剪切應力的關(guān)