材料成型与加工原理复习-(1)...doc

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第一章

1.聚合物材料的加工性质：

可模塑性、可挤压性、可纺性、可延性

2.什么是可挤压性？

答：

可挤压性是指聚合物通过挤压作用形变时获得形状和保持形状的能力。

发生地点：

主要有挤出机、注塑机料筒、压延机辊筒间、模具中等

聚合物力学状态：

粘流态

表征参数：

熔融指数

3.什么是可模塑性？

答：

可模塑性指材料在温度和压力作用下形变和在模具中模制成型的能力。

发生地点：

主要有挤出机、注塑机、模具中等

聚合物力学状态：

高弹态、粘流态

表征方法：

螺旋流动试验

在成型加工过程中，聚合物的可模塑性常用在一定温度、压力下熔体的流动长度来表示。

4.什么是可纺性？

答：

可纺性是指聚合物材料通过加工形成连续的固态纤维的能力。

发生地点：

主要有熔融纺丝

聚合物力学状态：

粘流态

表征方法：

纺丝实验

5.什么是可延性？

答：

可延性表示无定型或半结晶聚合物在一个或两个方向上受到压延或拉伸时变形的能力。

发生地点：

压延或拉伸工艺

聚合物力学状态：

高弹态或玻璃态

表征方法：

拉伸试验（速率快慢、试样）

可延性源于：

1）大分子结构

非晶高聚物单个分子空间形态：

无规线团；

结晶高聚物：

折叠链状；

细而长的长链结构和巨大的长径比；

2）大分子链的柔性

6.什么是粘弹性？

答：

粘弹性是纯弹性和纯粘性的有机组合。

1）粘性：

物体受力后，形变随时间发生变化，除去外力后，形变不能回复。

2）弹性：

物体受力后，发生形变，除去外力后，形变能回复

（1）普弹性：

物体受力后，瞬时发生形变，除去外力能迅速回复，与时间无关。

（符合胡克定律）

（2）高弹性：

物体受力后，瞬时发生形变，除去外力能回复，与时间有关。

（不符合胡克定律

7.什么是滞后效应？

答：

在外作用力下，聚合物分子链由于跟不上外力作用速度而造成的形变总是落后于外力作用速度的效应。

v形成原因：

长链结构和大分子的运动具有逐步性，存在松弛过程，需要松弛时间。

（聚合物的可挤压性：

粘度——流动性——MFR表征、表征意义及使用意义；

聚合物的可模塑性：

可模塑性的影响因素；

聚合物的可延性：

冷拉伸、热拉伸、可延性的表征

聚合物加工过程中的粘弹行为：

粘弹形变、滞后效应

线型高聚物的聚集态与成型加工：

力学三态的特征（分子运动状态、宏观力学状态）及适应的成型加工方法；

重要的成型加工特征温度：

Tb、Tg、Tm、Tf、Td）

习题：

1.请用粘弹性的滞后效应相关理论解释塑料注射成型制品的变形收缩现象以及热处理的作用。

答：

1）粘弹性的滞后效应是指在外作用力下，聚合物分子链由于跟不上外力作用速度而造成的形变总是落后于外力作用速度的效应。

2）当注射制件脱模时大分子的形变并非已经停止，在贮存和使用过程中，大分子重排运动的发展，以致密度增加，体积收缩。

3）在Tg-Tf温度范围对成型制品进行热处理（退火、正火），可以缩短大分子形态的松弛时间，加速结晶聚合物的结晶速度，使制品的形状能加快的稳定下来。

2.比较塑性形变和粘性形变的异同点。

答：

同：

都是不可逆形变。

异：

1）温度区间不同，塑性形变温度区间为Tg-Tf；粘性形变温度区间为Tf以上。

2）作用力和时间不同，塑性形变需较大外力和较长时间；粘性形变要很小的外力和时间。

3.什么是聚合物的力学三态，各自的特点是什么？

各适用于什么加工方法？

答：

力学三态：

玻璃态，高弹态，粘流态

（1）玻璃态（结晶态）

聚合物模量高，形变小，故不宜进行大形变的成型加工。

适用：

二次加工：

（2）高弹态

产生较大的可逆形变；聚合物粘性大，且具有一定的强度。

适用：

较大变形的成型工艺。

（3）粘流态

很大的不可逆形变；熔体黏度低。

适用：

流动性要求较高的成型加工技术。

4.聚合物具有一些特有的加工性质，如具有良好的（可模塑性）（可挤压性）（可纺性）和（可延性）

5.（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实用的方法。

而（螺旋流动实验）是评价聚合物材料可模塑性这一加工性质的方法。

6.在通常加工条件下，聚合物的形变主要由（高弹形变）（粘流形变）所组成，从形变性质来看，包括（可逆变形）（不可逆变形）两种成分，只是由于加工条件不同而存在两种成分的相差异。

7.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（T＞Tg？

）时，主要发生弹性形变，也有粘性形变。

8.按照经典的粘弹性理论，加工过程线型聚合物的总形变可以看成是（普弹性变）、（推迟高弹性变）和（粘性形变）三部分所组成。

8.图为典型的模塑面积图，请结合该图说明注射产品质量和温度、注射压力的关系。

（必考，分析）

图中四条线所构成的面积（交叉线区）为模塑的最佳区域。

分析：

（1）温度：

过高的温度，虽然熔体流动性大，易于成型，但会引起分解;制品收缩率大；低温，流动难，成型性差，制品产生熔接不良；若低温下增加压力，强迫分子发生变形，制品内部存在内应力，开模后，制品尺寸、形状不稳定。

（2）压力压力过高：

将引起溢料并使制品内应力增大；压力过低：

造成缺料，制品成型不全；

第二章

牛顿流体：

剪切应力与剪切速率成线性关系的流体称为牛顿流体（各种版本都行）

类型：

层流流动、湍流流动

非牛顿流体：

不遵从牛顿流动定律的流体的统称。

非牛顿流体类型：

宾汉流体、膨胀性流体、假塑性流体、复合型流体

PS、PC、PMMA等刚性聚合物对T比较敏感。

PE、PP、PVC、POM等柔性链分子对剪切速率敏感，PS、PC、PA、PET等刚性分子对剪切速率不敏感。

作业：

1、画出几种典型流体的剪切力-剪切速率流动曲线，并简单说明各自的流变行为特征。

（必考）

1）宾汉流体：

与牛顿流体相同，剪切速率～剪切应力的关系也是一条直线，不同处：

它的流动只有当τ高到一定程度后才开始。

（需要使液体产生流动的最小应力τy称为屈服应力。

当τ＜τy时，完全不流动）

2）假塑性流体：

流体的表观粘度随剪切应力的增加而降低。

也即切力变稀现象。

3）膨胀性流体：

流体的表观粘度随剪切应力的增加而增加，也即切力增稠现象。

4）牛顿流体：

在一维剪切流动情况下，当有剪切应力于定温下施加到两个相距dr的流体平行层面并以相对速度dv运动，剪切应力与剪切速率成线性关系的流体称为牛顿流体.

2、怎么样根据聚合物粘度的温敏特性以及切敏特性选择加工条件？

（仅供参考）

1）对于对T敏感的物料来说，在成型过程中提高熔体的温度，可以有效降低粘度，对成型有利；

2）对于对T不太敏感的聚合物来说，仅凭增加温度来增加其流动性而要使它成型是错误的。

因为:

1）温度幅度增加很大，而它的表观粘度却降低有限（PP、PE、POM）。

2）大幅度的增加温度很可能使它降解，从而降低产品质量，能量设备损耗加大，工件条件恶化。

3）在加工时，如果聚合物熔体的粘度在很宽的剪切速率范围内部是可用的，则选择在粘度对剪切速率不敏感的区域下操作更为合适。

3、在成型加工怎样才能有效地调节聚碳酸酯和聚甲醛的流动性？

答：

（1）当聚碳酸酯处于粘流温度以上不宽的温度范围内时，选择尽可能大的温度作为加工条件。

当温度从Tg-Tm时，用W.L.F方程计算此时的粘度选择加工条件。

（2）根据切敏特性，加工过程中，通过调整敏感参数来实现对粘度的有效控制。

对于聚甲醛可以通过调整熔体剪切速率（或剪切力）来改变熔体粘度。

4、就流动性而言，PC对温度更敏感，而PE对切变速率更敏感，为什么？

答：

1）链的刚硬性增加和分子间吸引力愈大，熔体粘度对温度的敏感性增加，所以，PC对温度更敏感。

2）长支链的存在增大了聚合物粘度对剪切速率的敏感性。

所以PE对切变速率更敏感。

5、影响聚合物粘度的因素分别有哪些？

（不考）

答：

对于高聚物熔体来说，影响粘度的因素有许多，如温度、压力、剪切速率以及聚合物结构和相对分子质量分布等。

但归结起来有两个方面：

（1）熔体内的自由体积因素，自由体积增大，粘度减小。

（2）大分子长链间的缠结，凡能减少缠结作用因素，都能加速分子运动，粘度减小。

¯

6、影响聚合物流变形为的的主要因素有（应力）、（应变速率）、（温度）、（压力）和（分子、、参数和结构）等。

7、假塑性流体在较宽的剪切速率范围内的流动曲线，按照变化特征可以分为三个区域，分别是（第一牛顿区）（非牛顿区）（第二牛顿区）。

Ⅰ和Ⅲ-牛顿流动区；Ⅱ-非牛顿流动区；

第三章

端末效应：

入口效应和模口膨化效应

管子进口端与出口端这种与聚合物液体弹性行为有紧密联系的现象就称为端末效应，亦可分别称为入口效应和模口膨化效应。

不稳定流动和熔体破裂

熔体破裂:

聚合物熔体在高剪切速率时，液体中的扰动难以抑制并易发展成不稳定流动，引起液流破坏。

出现“熔体破裂”时的应力或剪切速率称为临界应力和临界剪切速率。

流变仪：

用于测定聚合物流变性质的仪器一般称为流变仪或粘度计。

作业：

1.聚合物液体在管和槽中的流动时，按照受力方式划分可以分为：

压力流动、收敛流动和拖拽流动；按流动方向分布划分：

一维流动、二维流动和三维流动。

2.用于测定聚合物流变性质的仪器一般称为流变仪或粘度计。

目前用得最广泛的主要有毛细管粘度计、旋转粘度计、落球粘度计和锥板粘度计等几种。

3.聚合物流动行为最常见的弹性行为是端末效应和不稳定流动，它们具体包括：

入口效应、出口膨胀效应、鲨鱼皮现象和熔体破裂。

4.压力流动、收敛流动、拖拽流动的定义及各自常见发生场合。

答：

压力流动：

在简单的形状管道中因受压力作用而产生的流动。

收敛流动：

在截面积逐渐减小的流道中的流动。

拖拽流动：

如果液体流动的管道或口模的一部分能以一定速度和规律进行运动，而聚合物随管道和口模的运动部分而运动。

在具有部分运动的流道中流动。

5.牛顿流体（必考）及非牛顿流体在圆管中的流动特征各是什么？

v剪切应力：

管壁处剪切应力最大，中心处为零；剪切应力在液体中的分布与半径成正比，并呈直线关系。

v流体速度：

液体在圆形管道中的流动时具有抛物线型的速率分布；管中心处的速率最大，管壁处为零，圆管中的等速线为一些同心圆。

（非牛顿流体流动的特征：

）

v剪切应力：

管壁处剪切应力最大，中心处为零；剪切应力在液体中的分布与半径成正比，并呈直线关系。

（与牛顿流体相同）

流体速度：

对于膨胀性非牛顿液体（n＞1），速度分布曲线变得较为陡峭，n值愈大，愈接近于锥形；对假塑性非牛顿液体（n＜1），分布曲线则较抛物线平坦；n愈小，管中心部分的速度分布愈平坦，曲线形状类似于柱塞。

管中心处的速率最大，管壁处为零，圆管中的等速线为一些同心圆。

6.聚合物加工中，对于尺寸变化的管道中通常采用一段有收敛作用的管道来连接，是何原因？

1）避免死角的存在，减少聚合物因过久停留而引起的分解

2）同时有利于降低流动过程中因强烈扰动带来的总压力降

3）减少能耗，减少流动缺陷

4）提高产品质量和设备生产能力

7.入口效应和出口效应对聚合物加工有何不利？

一般怎样去降低？

答：

在注射、挤出和纤维纺丝过程中，可能导致产品变形和扭曲，降低制品尺寸稳定，甚至引起制品内应力，降低产品机械性能。

办法：

1）适当降低加工应力，提高加工温度

2）适当减小剪切应力

3）增加L/D（增加管子长度、增加管径，减小入口端的收敛角）

4）对挤出物加以适当牵引

8.什么是鲨鱼皮症？

试总结产生的原因（不考）。

答：

是指发生在挤出物熔体流柱表面上的一种缺陷现象，其特点是在挤出物表面形成很多细微的皱纹，类似于鲨鱼皮。