聚合物成型工艺学复习提纲重点.docx

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聚合物成型工艺学复习提纲重点

聚合物成型工艺学复习提纲

第二章　　聚合物成型的理论基础

1、非牛顿流体的类型和特征

由黏度分

a宾哈流体：

这种流体与牛顿流体相同，其剪切应力和剪切速率的关系表现为直线。

不同的是它的流动只有当剪切应力高至一定值τy后才发生塑性流动

b假塑性流体：

它所表现的流动曲线是非直线的，但并不存在屈服应力。

流体的表观粘度随剪切应力的增加而降低。

大多数聚合物的熔体，也是塑料成型中处理最多的一类物料，以及所有聚合物在良溶剂中的溶液，其流动行为都具有假塑性流体的特征。

c膨胀性液体（高固含量的悬浮液）这种流体的流动曲线也不是直线，而且也不存在屈服应力，但与假塑性流体不同的是它的表现粘度会随剪切应力的增加而上升。

由时间依赖性

这一系统的流体，其剪切速率不仅与所施加的剪切应力的大小有关，而且还依赖于应力施加时间的长短。

当所施加的应力不变时，这种流体在恒温下的表观粘度会随着所施加应力的持续时间而逐渐上升或下降，上升或下降到一定值后达到平衡不再变化。

这种变化是可逆的，因为流体中的粒子或分子并没有发生永久性的变化。

a摇溶性（或触变性）流体：

表观粘度随剪切应力持续时间下降的流体。

如：

涂料、油墨。

b震凝性流体：

表观粘度随剪切应力持续时间上升的流体。

如：

石膏水溶液。

3、聚合物熔体的黏度的影响因素

对流体粘度起作用的因素有温度、压力、施加的应力和应变速度等。

温度：

聚合物分子链刚性越大和分子间的引力越大时，表现粘度对温度的敏感性也越大。

但这不是很肯定的结论，因为敏感程度还与聚合物相对分子质量和相对分子质量分布有关表现粘度对温度的敏感性一般比它对剪切应力或剪切速率要强些。

压力：

由于液体的剪切粘度（包括表观粘度下同）依赖于分子间的作用力，而作用力又与分子间的距离有关，因此当液体受有压力而达到减小分子间距离时，分子间作用力增大，黏度增大。

假塑性流体的粘度随剪切应力或剪切速率的增加而下降

◆4、符合指数定律流体在圆形流道中的流动方程（推导流量、压力、几何参数之间的关系）

剪切应力和真正剪切速率之间应存在如式所示的关系

规定圆管的半径为R，管长为L，于是在任意半径r处所受剪切应力即为

将上述两式合并求其积分，得液体在任意半径处的流速

为:

液体在管中的体积流速q为:

如果m=1为牛顿流体

◆5、符合指数定律流体在狭缝（h/w>20）流道中的流动方程（推导）

离中心线为y处而与中心层平行的流层所受的剪切应力即为：

积分得

体积流速：

◆6、聚合物成型的流动缺陷的种类及产生的原因

（1．管壁上的滑移

　　塑料熔体在高剪切应力下的流动并非如此，贴近管壁处的一层流体会发生间断的流动。

或称滑移。

这样管内的整个流动就成为不稳定流动，即在熔体流程特定点上的质点加速度不等于零

（2．端末效应：

（流体由大管或贮槽进入小管的区域内，流体是不稳态流动）

原因熔体由大管流入小管内，必须形变以适应新流道内流动

A熔体具有弹性，对变形有抵抗力，要消耗压力降

B熔体各点速度不同为调节速度，要消耗压力降

（3．弹性对层流的干扰：

（弹性湍流）

塑料熔体具有弹性，在管内流动时可逆的弹性形变是在逐渐回复的。

如果回复太大或过快，则流动单元的运动就不会限制在一个流动层，势必引起湍流，

（4．“鲨鱼皮症”：

是发生在挤出物表面上的一种缺陷。

起因：

认为是挤出口模对挤出物表面所产生的周期性张力也有认为是目模对熔体发生时粘滑的作用所带来的结果

（5）、熔体破碎：

（定义：

挤出物表面出现凹凸不平或外表发生畸变或断裂）

什么情况发生？

在管壁处剪切应力或剪切速率达到临界值

原因：

弹性造成。

。

熔体在导管（流道）内流动时，各点所受应力作用的经历不尽相同，因此在离开导管后所出现的弹性恢复就不可能一致，如果弹性恢复的力不为熔体强度所容忍，则挤出物就会出现表面毛糙、螺旋型的大规则性、细微而密集的裂痕，一致成块地断裂

9、结晶度和性能之间的关系

（1）重要因素

①晶态中分子集中而有序，有利于机械性能

②晶态分子比较固定

注意：

结晶度不是100％的，就一个制件或试样每部分结晶度不相等的，性能不均匀严重时造成翘曲与开裂：

（2）次要因素：

较小的链节和柔顺性小

◆何为分子定向？

分子定向与什么有关？

其会产生什么影响?

聚合物分子在很大程度上沿流动方向上所做的平行排列

与剪切力熔体温度有关结果与运动历史有关

影响制品性能：

定向的单元如果存在于制品中，则制品的整体就会出现各向异性。

各向异性有时会在制品中特意形成，这样就能使制品沿拉伸方向的拉伸强度和抗蠕变性能得到提高。

但在制造许多厚度较大的制品时，又力图消除这种现象。

因为制品存在的定向现象不仅定向不一致，而且各部分的定向程度也有差别，这样会使制品在有些方向上的力学强度得到提高，而在另外一些方向上必会变劣，甚至发生翘曲或裂缝

◆11、聚合物降解的实质及降解方式

发生降解的分子改变的实质：

①断链；②交联；③分子结构改变④侧基改变；⑤以上四种作用组合。

方式：

１、热降解2、力降解3.氧化降解４、水降解

13、成型操作过程中，仅凭增加温度来增加流动性，是否适合于任何聚合物

在成型操作中，对一种表观粘度随温度变化不大的聚合物来说，仅凭增加温度来增加其流动性是不适合的，因为温度即使升幅很大，其表观粘度却降低有限（如聚丙烯、聚乙烯、聚甲醛等）。

另一方面，大幅度地增加温度很可能使它发生热降解，从而降低制品质量，此外成型设备等的损耗也较大，并且会恶化工作条件。

19同种聚合物结晶度的变化如何影响熔点、弹性模量、密度、透明度

结晶度增加熔点上升、弹性模量增加、密度增加、透明度降低

第三章　成型用物料极其配制

1聚合物成型用物料的形态类型

粉料、粒料、溶液、分散体等几种

2成型用粉料与粒料的组成

粉料的组成:

　聚合物（固态）和助剂（固态或液态）

粒料与粉料在组成上是一致的，不同的只是混合的程度和形状．

◆粉料和粒料的制备工艺

粉料配制：

使各组分混合分散均匀。

简单混合作业即可制得干混料。

粒料配制：

粉料通过塑炼（混炼）等作业使之进一步塑化，提高成型的塑化程度，造粒成型

3增塑剂的作用机理和种类

聚合物大分子链常会以次价力而使它们彼此之间形成许多聚合物—聚合物的联结点，从而使聚合物具有刚性。

种类：

①按化学组成分

按其化学属性可分为：

邻苯二甲酸酯、脂肪族二元酸酯、石油磺酸苯酯、磷酸酯、聚酯、环氧化合物、含氯化食物等类。

②按对聚合物的相容性分可分为主增塑剂和次增塑剂

③按结构分可以分为单体型和聚合体型。

4内外润滑剂的作用机理和种类

内润滑剂：

在聚合物中具有限量的相溶性，主要作用是减少聚合物分子的内摩擦。

种类：

硬脂酸及其酯类

外润滑剂：

聚合物仅有很低的相容性，故能保留在塑料熔体的表层，降低塑料与加工设备间的摩擦。

种类:

硬脂酸、石蜡等

5稳定剂的类型

稳定剂可分为热稳定剂、光稳定剂（紫外线吸收剂，紫外线淬灭剂．光屏蔽剂等）及抗氧剂等。

6润性物料的混合方法

润性物料的初混合工艺步骤：

①将聚合物加入设备内，同时开始混合加热，物料的温度应不超过l00℃。

②用喷射器将预先混合并热至预定温度的增塑剂混合物喷到翻动的聚合物中。

③加入由稳定剂，染料和增塑剂（所用的数量应计入规定的用量中）调制的浆料。

④加入颜料、填料以及其它助剂（其中润滑剂最好也用少量的增塑剂进行调制，所用数量也应并入规定用量内计算）。

⑤混合料达到质量变求时，即行停车出料。

热塑性塑料的工艺性能。

（1）收缩率以粉科或粒料生产塑料制品常是在高温熔融状态厂在模具中成型的．当制品冷却到室温后，其尺寸将发生收缩。

收缩率的定义是

与热塑性塑料收缩最密切的是塑料体积与温度和压力的关系，前者表现为热收缩（温度），后者则为弹性恢复（压力）。

（2）流动性塑料在受热和受压下充满整个模具型腔的能力称为流动性。

它与塑料在粘流态下的粘度有密切关系。

热塑性塑料的流动性就是它在熔融状态下的粘度的倒数。

与粘度一样，流动性不仅依赖于成型条件（温度、压力、剪切速率），而且还依赖于塑料中聚合物和助剂的性质。

（3）水分与挥发分水分是大气中渗入的水汽或在制造塑料时没有排完的游离水分。

挥发分是指塑料受热受压时所放出的低分子物，如氨．甲醛与结合水等。

（4）细度与均匀度颗粒小的塑料能提高制品的外观质量．在个别情况下，还能提高制品的介电和物理机械性

（5）压缩率

（热固性塑料的工艺特点）

（6）硬化速率：

（热固性塑料的工艺特点）

塑料压制标准试样（直径为l00毫米，厚为5+0．2毫米）时使制品物理力学性能达到最佳值的速率

◆溶胶塑料的组分和作用

1．树脂采用的树脂应具有成糊性能

2．非水液体主要是溶剂和稀释剂

3．其他各种助剂

◆13混合作用的机理

混合作用一般是靠扩散、对流、剪切三种作用来完成的

a扩散作用凭各组分之间的浓度差推动，构成各组分的微粒由浓度较大的区域中迁移到浓度较小的区域，从而达到组成的均一。

b对流作用是使两种或多种物料在相互占有的空间内发生流动，以期达到组分的均一

c剪切作用是利用剪切力促使物料组分均一的混合过程

◆聚氯乙烯四种溶胶塑料之间的关系。

第四章　　压缩模塑（又称模压成型或压制成型）

1热固性塑料的模压过程

是先将粉状、粒状、或纤维状等塑料放入成型温度下的模具型腔中，然后闭模加压而使其成型并固化的过程。

◆2为何要进行预压和预热

预压的作用：

加料快、准确减少压缩率。

减少粉尘。

提高传热。

缩短周期，防止过热，便于嵌件。

加热的目的：

除去水分和挥发物（热塑性，干燥）、提供热料，便于模压（热固性，预热）

预热的优点：

缩短周期，提高速率；固化均匀，提高物性；提高流动性，减少收缩，提高因次稳定性，光洁度；降低模压压力降低压机吨位

◆5简述聚四氟乙烯的烧结过程

粉料－模具－加压－毛坯－烘室－加热－（烧结）－冷却－制品（坯料）

◆冷压烧结用于哪些塑料

含氟塑料

第五章挤出成型工艺

◆挤出工艺的成型过程

分为两个阶段：

第一个阶段是使固态塑料塑化（即变成粘性流体）并在加压情况下使其通过特殊形状的口模而成为截面与口模形状相仿的连续体；

第二阶段则是用适当的处理方法使挤出的连续体失去塑性状态而变为固体，即得所需制品

◆1挤出工艺及其特点

按塑化方式可分干法和湿法两种；

2法的塑化是靠加热将塑料变成熔体，而塑化和加压可在同一个设备内进行。

　②湿法的塑化则是用溶剂将塑料充分软化，因此塑化和加压必须分为两个独立的过程，而且定型处理必须采用比较麻烦的溶剂脱除，同时还得考虑溶剂的回收。

按加压方式分为连续（用螺杆挤出机）和间歇（用柱塞式挤出机）两种

◆2单螺杆挤出机的基本结构

◆3挤出螺杆的主要参数

螺杆的直径（D）和长径比（L／D）螺杆上的螺旋角θ和螺棱宽度（e），各段长度比例以及螺槽深度

◆挤出螺杆的压缩比。

=H1/H2（送料段螺槽深度/计量段螺槽深度）

◆4影响固体输送的因素

获得最大的固体输送速率，可从挤出机结构和挤出工艺两个方面采取措施。

（1）从挤出机结构角度来考虑，增加螺槽深度是有利的，但会受到螺杆扭矩的限制

降低塑料与螺扦的摩擦系数（f）也是有利的，增大塑料与料筒的摩擦系数，也可以提高固体输送速率

（2）从输出工艺角度来考虑，关键是控制送料段料筒和螺杆的温度，因为摩擦系数是随温度而变化的。

12典型挤出制品的工艺流程

（1）管材的挤出：

挤出过程：

加料——在螺杆中熔融塑化——机头口模挤出——定型——冷却——牵引——切割

a机头和口模：

挤出机挤出的熔融塑料进入机头由芯模及口模外套所构成的环隙通道流出后即成为管状物。

b定型：

挤出的管状物首先应通过定型