高分子材料成型加工习题参考答案.docx

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高分子材料成型加工习题参考答案

高分子材料成型加工习题参考答案

（1~5章）

绪论

1、高分子材料可应用于哪些方面?

有哪些特点,答:

高分子材料可应用于如下各个方面:

结构材料:

机械零部件、机电壳体、轴承……

电器材料:

电缆、绝缘版、电器零件、家用电器、通讯器材……建筑材料:

贴面板、地贴、塑料门窗、上下水管……包装材料:

各种瓶罐、桶、塑料袋、薄膜、绳、带、泡沫塑料……日用制品:

家具、餐具、玩具、文具、办公用品、体育用品及器材……

交通运输:

道路交通设施、车辆、船舶部件……

医疗器械:

医疗器具、药品包装、医药附件、人造器官……航天航空:

飞机、火箭、飞船、卫星零部件……

军用器械:

武器装备、军事淹体、防护器材……交通运输:

道路交通设施、车辆、船舶部件……

医疗器械:

医疗器具、药品包装、医药附件、人造器官……航天航空:

飞机、火箭、飞船、卫星零部件……

军用器械:

武器装备、军事淹体、防护器材……化纤类:

布、线、服装、……

高分子材料具有如下特点:

优点:

a.原料价格低廉;b.加工成本低;c.重量轻;d.耐腐蚀;

e.造型容易;f.保温性能优良;g.电绝缘性好。

缺点:

a.精度差;b.耐热性差;c.易燃烧;d.强度差;e.耐溶

剂性差;f.易老化

2、塑料制品生产的完整工序有哪五步组成,

答:

成型加工完整工序共五个

1.成型前准备:

原料准备:

筛选，干燥，配制，混合?

2.成型:

赋预聚合物一定型样?

3.机械加工:

车，削，刨，铣等。

?

4.修饰:

美化制品。

?

5.装配:

粘合，焊接，机械连接等。

?

说明:

a并不是所有制品的加工都要完整地完成此5个工序

b五个次序不能颠倒

3、学习本课程的重点是什么,

答:

本课程的重点是:

高分子材料方面:

应掌握高分子材料定义，高分子材料工程特征，高分子材料及其制品的制备方法，高分子材料的组成，添加剂的作用、机理、品种及其选择，高分子材料配方设计原则，配方分析，影响高分子材料性能的化学因素和物理因素。

成型加工方面:

应掌握高分子材料制品各种成型方法，成型加工过程，成型工艺特点，成型工艺的适应性，成型工艺流程，成型设备结构及作用原理，成型工艺条件及其控制，成型工艺在橡胶、塑料、纤维加工中的共性和特殊性。

材料和制品性能方面:

应掌握材料的加工性能和使用性能，影响材料加工性能和使用性能的因素，材料成型加工过程中的化学变化和物理变化，材料制品性能与材料性质的关系，材料制品性能与成型加工的关系，成型工艺条件对材料制品性能的影响及其控制，材料的改性及其应用。

4、简述成型加工的三三原理、高分子材料工程特征、成型加工的基本任务,

答:

1成型加工的三三原理:

?

要有三个基本条件:

恰当的原料组成、合适的工艺条件、正确的成型机械和模具。

要有三个要素:

热-----聚合物从固体到可流动的流体需要热源力-------熔体流动需要场力的推动;时间----制品成型须在一定周期内完成。

要经历三个阶段:

熔融阶段-------------物料塑化过程;入模成型阶段-------流动赋形;出模定型阶段-------稳定制品形状和尺寸。

2高分子材料工程特征:

?

结构上的特殊性;性能上有可变性;成型方法的多样性。

3成型加工的基本任务:

?

（1）研究材料配方与改性;

（2）研究各种成型加工技术方法和设备;（3）研究产品质量与各种因素之间的关系;（4）研究提高产量、质量和降低消耗的途径。

5、高分子材料必须具备的条件是什么,

答:

高分子材料必须具备的条件是:

1具有适当的组成。

2具?

?

有可加工性（流动成型;固化定型）3形状保持性;4良好的?

?

使用性能和适当的寿命5经济性（能够工业化规模生产;材料来?

源充足;成本低廉;市场广泛）6可再生性（可回收、可再生、?

能多次利用）

6、制品性能包括有哪些方面内容,

制品性能包括材料的内在性质和成型加工中产生的性质。

主要体

现为材料的外观性质、使用性质、耐久性质。

第一章和第五章聚合物流变学基础

1、影响高分子材料性能的因素主要有哪些,

答:

影响高分子材料性能的因素主要有:

（1）高分子化合物的性质:

即化学因素和物理因素，化学因素:

高分子材料的化学结构即构成元素的种类及其连接方式、立体规整性、共聚物的组成、端基、支化与交联、结构缺陷、基团的空间位置等，物理因素:

高分子材料的相对分子质量及其分布、结晶性、粒径与粒度分布、熔体黏度与成型性等;

（2）制造方法及配方组成的影响:

聚合方法、成型方法、成型加工过程、成型加工过程中的结晶与取向、配方组成（添加剂、填充剂、低分子化合物）等;

2、高分子熔体的流动是属于何种流体的流动,写出假塑性流体流动粘度的表达式。

答:

多数聚合物熔体，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，属于假塑性流体的流动，其熔体流动行为的表达式为:

n<1

3、影响高分子熔体流动粘度的因素有哪些,如何影响,答:

（1）温度的影响，温度增加粘度下降，流动性增加。

影响程度分为两种情况:

1在温度为T>Tg+100?

时（可按阿雷尼厄斯方程）?

，，ET,T，,0恒定剪切速率:

ln,,ln,T0RTT0

，，ETT,,0恒定剪切应力,ln,,ln,,T0RTT0

2在较低温度（T?

Tg+100?

）时:

?

，，，，17.44TT,glg,lg,,,,,Tg，，51.6，T,Tg，，

（2）压力对粘度的影响，压力增加，粘度增加，相当于温度下降。

增加的量可用等效换算因子（?

T/?

P）来计算.一般聚合物熔体的换算因子为0.3~0.9?

/MPa.或用下式计算:

b（p,p）0,,,eapp

b为常数约为0.207（Pa-1）

（3）分子结构的影响

1分子链的极性:

极性越大，粘度越高，流动性越差。

?

2分子量:

分子量越大，粘度越高，流动性越差。

?

3分子量分布:

分子量分布宽比分布窄的，剪切速率提高，粘度下?

降变化明显。

4支化:

分子链是否支化及其支化程度对粘度影响很大，在相同相?

对分子质量下和较高剪切速率下有支化的比无支化的粘度低，长支链

比短支链的低（

（4）添加剂的影响:

刚性添加剂提高粘度，柔性添加剂降低粘度。

（5）剪切速率对粘度的影响

具有非牛顿行为的聚合物熔体其粘度随剪切速率的增加而下降:

4、什么叫拉伸变形,什么叫粘性变形和弹性变形,

答:

受拉应力而产生的形变称为拉伸变形。

受应力作用产生变形，当应力解除后其变形不能完全恢复原状的称为粘性变形。

受应力作用产生变形，当应力解除后其变形能完全恢复原状的称为弹性变形。

作业三

1、试述高分子熔体在圆形导管中流动速率和压力的计算方法答:

根据熔体在圆形流导管中的流动特性求导，得出熔体任意半径处

mm，1PRrm，1，，,,,,,vk的流速公式:

,,1,,,,,,KLmRr，,,,,21，，

再根据平均流速的物理意义是流量除以截面积，故熔体在圆形导管中mR,p，1m,,

v,k,,的平均流速为:

m，32La,,

将速度公式进行整理后积分可得流体的体积流率公式:

mRR,p3,,,Q,k,,

m，32L,,

将该式两边取对数，可以得到测定流变特性参数m、K的关系式:

mkR13，，,,,lnQm（lnPlnR）ln,,，，,,,,m32L，,,，，当用毛细管粘度计测定流变特性参数时，已知几何尺寸，此式右边项为常数，通过改变压强降测得不同的体积流量，取对数作图得一直线m斜率即为k=γ/τ，可求出m，再代入上式求出稠度K。

mr,p,,再将体积流率关系式与联解得剪切速率与流量关系式:

k,,，,2L,,

3（m，3）Q,R,;或剪切速率为:

，Q,,，,3,m，3R

则ΔP或Q可求。

2、什么叫结晶,聚合物的结晶对加工性能和产品性能有何影响,影响结晶的因素有哪些,

答:

结晶:

原子、离子或分子或链段按一定的空间次序排列而形成固体。

聚合物的结晶对加工性能的影响:

与非结晶性塑料比较加工性差异很大。

1加热时有较明显的熔点，熔融温度范围窄。

温度控制难度大;?

2成型收缩率大，尺寸稳定性差。

模具制造难度大，尺寸难于准?

确。

3成型时加热和冷却温度的均衡性要求高，难于控制。

?

4加热和冷却的速度要适当控制以达到所要求的结晶度。

结晶度?

不同，制品性能不同。

5成型后需要进行热处理，以稳定和改善晶型结构，使制品性能?

稳定。

影响结晶的因素有:

1冷却速度的影响?

缓慢冷却，结晶度高，快速冷却，结晶少。

2熔融温度和熔融时间的影响?

熔融温度较高，时间较长，结晶少，温度低、时间短，结晶多。

3应力作用的影响?

受应力作用时，加速结晶，压力影响球晶的大小并且压应力会使聚合物的结晶温度提高。

4低分子物和固体杂质的影响?

溶剂、增塑剂、水、固体杂质在一定条件下，可能阻碍或促进高聚物的结晶

结晶对产品性能的影响:

1外观结晶后一般透明性降低，随结晶程度不同透明性不同。

?

2结晶对制品机械性能的影响较大，结晶度大，硬度、刚度、强?

度一般提高;而结晶程度小时制品的柔软性、耐折性、伸长率、

抗冲性等增加。

3制品结晶后耐热性和耐化学性、耐溶剂性及电性能提高。

?

4制品结晶后存在各向异性。

?

5结晶后比容减小，密度增加。

?

总之，结晶度不同材料性能不同。

3、什么叫取向,有哪几种取向,取向对制品性有何影响,结晶和取向有何区别,影响取向的因素有哪些,

答:

聚合物分子或纤维状填料在很大程度上顺着流动的方向作平行排列，这种排列常称为定向作用。

又叫取向。

取向分为分子取向和填料取向、拉伸取向三种。

取向对制品性的影响:

主要是产生各向异性，顺定向方向的机械强度要优于它的切向方向的性能，因此在设计制件时应尽量考虑受力方向与定向方向一致。

结晶和取向的区别:

取向是高分子链或链段沿着纤维轴（大分子链）的方向或晶胞中的轴向作长程有序的排列，它的有序性是单向的（双轴取向是双向的）。

结晶是链段做有序排列，有序性是三向的。

影响取向的因素有:

1温度，温度高热运动加剧，可部分抵消分子定向作用，取向度低。

?

温度低时，分子未能取向就已凝固，取向度低。

2流程，流程长，压力高，时间长，取向度高。

?

3流速，流速低，相当于降低了流体所受的剪切应力，使定向程度?

降低。

反之则取向度高。

4流道宽度，加宽流道，制品厚度提高，相当于降低流体所受的剪?

切应力，使定向程度降低。

反之则取向度高。

5热处理加速分子的热运动和松弛过程，消除或减轻取向。

?

4、什么是拉伸定向,简述无定型和结晶型塑料拉伸工艺要点

答:

在成型加工过程中，在Tg,Tm间对聚合物中间产品沿着一个或两个相互垂直的方向拉伸至原来长度的几倍，使其中的聚合物链段、分子链或微晶结构沿拉伸方向做整齐排列的过程，叫做拉伸定向。

无定型塑料拉伸工艺要点:

把聚合物加热到Tf成为粘流态，通过挤出机得到板、片或膜管，然后均匀冷却到能拉伸的Tg附近，在恒温或降温条件下进行单向或双向拉伸。

得到定向物。

结晶型塑料拉伸工艺要点:

首先将高聚物加热到Tm以上，保证晶态结构全部消失，再挤出成厚片或膜管，迅速冷却到最大结晶速率温度以下Tg最好，要求骤冷后的高聚物为无定型的，再加热到稍高于Tg进行快速拉伸。

作业四:

第四章高分子材料的配方设计

1、高分子材料进行配方设计的一般原则和依据各是什么,答:

配方依据

1针对制品使用性能要求进行配方。

性能优异为原则。

?

2针对原材料进行配方，相互协调为原则。

?

3根据成