聚合物加工工程习题与答案.docx

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聚合物加工工程习题与答案

绪论

1，材料的四个要素是什么？

高分子材料的定义是什么？

制造高分子材料的关键因素是什么？

四个要素：

材料的制备（加工），材料的结构，材料的性能和材料的使用性能高分子材料是一定配合的高分子化合物（由主要成分树脂或橡胶和次要成分添加剂组成）在成型设备中，受一定温度和压力的作用融化，然后通过模塑成一定形状，冷却后在常温下能保持既定形状的材料制品。

关键因素是适宜的材料组成，正确的成型方法，合理的成型机械及模具。

2，结合形变温度曲线讨论高聚物的状态变化与成型加工的关系（影响状态变化的因素有哪些？

温度是如何影响的？

成型加工技术是如何从形变中出发进行选择的？

）影响状态变化的因素：

聚合物的分子结构，聚合物的体系组成，聚合物所受的压力以及环境温度。

第十页图7

3，高分子化合物的成型加工性能包括哪些性能？

具体是什么？

可挤压性：

材料受挤压作用形变时，获取和保持形变的能力可模塑性：

材料在温度和压力作用下，产生形变和在模具中模制成型的能力可延展性：

材料在一个或两个方向上受到压延或拉伸的形变能力可纺性：

材料通过成型而形成连续固体纤维的能力

第一章6，聚合物在成型过程中为什么会发生取向？

成型时的取向产生的原因及形式有哪几种？

取向对高分子材料制品的性能有何影响？

在成型加工时，受到剪切和拉伸力的影响，高分子化合物的分子链会发生取向。

原因：

由于在管道或型腔中沿垂直于流动方向上的各不同部位的流动速度不相同，由于存在速度差，卷曲的分子力受到剪切力的作用，将沿流动方向舒展伸直和取向。

高分子化合物的分子链、链段或微晶等受拉伸力的作用沿受力方向排列。

主要包括单轴拉伸取向和双轴拉伸取向。

非晶态高分子取向包括链段的取向和大分子链的取向；结晶性高分子的拉伸取向包括晶区的取向和非晶区的取向

高分子材料经取向后，拉伸强度、弹性模量、冲击强度、透气性增加。

5，何谓聚合物的二次结晶和后结晶？

二次结晶：

是指在一次结晶后，在残留的非晶区和结晶不完整的部分区域内，继续结晶并逐步完善的过程

后结晶：

是指一部分来不及结晶的区域，在成型后继续结晶的过程

第五章1，材料的混合油哪三种基本运动形式？

聚合物成型时熔融物料的混合以哪一种运动形式为主？

为什么？

有分子扩散，涡流扩散，体积扩散

主要以体积扩散为主，体积对流混合通过塞流对物料进行体积重排，而不需要物料变形，这种重复的重新排列可以是无规的，也可以是有序的。

在固体掺混机中混合是无规的，而在静态混合器中的混合则是有序的。

层流对流混合是通过而使物料变形，物料受到剪切、伸长和挤压。

2，什么是非分散混合，什么事分散混合，两者主要通过何种物料运动和混合操作来实现？

非分散混合：

在混合物中仅增加粒子在混合物中空间分布均匀性，而不减小粒子初始尺寸的过程

分散混合：

在混合过程中发生粒子尺寸减小到极限值，同时增加相界面和提高混合物组分均匀性的混合过程

非分散混合运动基本形式是通过对流来实现的，可以通过包括塞形流动和不需要物料连续变形的简单体积排列和置换来达到

分散混合主要是靠剪切应力和拉伸应力作用实现的。

3，为什么在评定固体物料的混合状态时不仅要比较取样中各组分的比率与总体比率的差异大小而且还要考察混合料的分散程度？

答：

衡量混合效果需从物料的均匀程度和组分的分散程度两方面来考虑。

均匀程度指混入

物所占物料的比率与理论或总体比率的差异。

但就是相同比率的混合情况也是十分复杂的。

在取样分析组成时，若一次抽取的试样的量足够多，或者，一次取样量虽不多，但取样的次数足够多，虽然每次抽取的试样分析结果有所出入，但（取多个试样分析结果的平均值时，）仍可得出混合情况相同的结论。

然而从混合料中各组分的分散程度来看，则可能相差甚远。

因此，在判定物料的混合状态时，还必须考虑各组分的分散程度。

5，天然橡胶的低温机械塑炼的目的以及其原理与聚氯乙烯塑料中添加邻苯二甲酸二丁酯的目的以及其原因有何异同？

天然橡胶：

机械塑炼以机械力作用使大分子链断裂，氧对橡胶分子起化学降解的作用。

非晶态橡胶分子的构象是卷曲的，分子间以范德华力相互作用。

塑炼时，由于受到机械的剧烈摩擦、挤压和剪切作用，使卷曲缠结的大分子链相互缠结，容易使机械应力局部集中。

当应力大于分子链上某一个链断裂能时，造成大分子链断裂，相对分子质量降低，因而获得可塑性。

聚氯乙烯：

PVC分子间存在极性，分子链僵硬，当其仅加稳定剂和润滑剂时，得到的是刚性的硬质PVC塑料制品。

邻苯二甲酸二丁酯作为增塑剂使用。

加入增塑剂后，削弱了PVC分子

间作用力，增加了其塑性。

7，何谓胶料混炼过程中产生的结合橡胶？

橡胶与炭黑混炼时，由于炭黑表面具有一定的活性，因而与混炼时产生的R?

生成一定数量

的化学形式和物理形式的结合体，形成一种不溶于橡胶溶剂的产物，称结合橡胶（炭黑凝胶）

9，什么叫塑料的混合和塑化？

其主要区别在哪里？

塑料的混合：

这是物料的初混合，是一种简单混合，在低于流动温度和较为缓和的剪切速率下进行的一种混合。

混合后，物料各组份的物理和化学性质无变化。

只是增加各组份颗粒的无规则排列程度，没有改变颗粒的尺寸。

设备：

捏合机、高速混合机。

塑料的塑化：

再混合，是高一级的混合，在高于流动温度（Tf或Tm和较强烈的剪切速率下进行。

混合后，物料各组份的物理和化学性质有所变化。

塑化的目的是使物料在一定温度和剪切力下熔融，驱出其中的水份和挥发物。

使各组份的分散更趋均匀，得到具有一定可塑性的均匀物料。

设备：

密炼机、开炼机、挤出机。

11，塑料的塑化与橡胶的塑炼二者的目的和原理有何异同？

答：

塑化：

再混合，是高一级的混合。

在高于流动温度（Tf或Tm和较强烈的剪切速率下进行。

混合后，塑料各组份的物理和化学性质有所变化。

其目的是使物料在一定温度和剪切力下熔融，驱出其中的水份和挥发物。

使各组份的分散更趋均匀，得到具有一定可塑性的均匀物料。

塑炼：

使生胶由强韧的弹性转变为柔软的便于加工的塑性状态的过程。

目的是使生胶获得一

定的可塑性，使之适合于混炼、压延、压出、成型等工艺操作；使生胶的可塑性均匀化，以便得到质量均匀的胶料。

（目的是降低弹性，增加可塑性，获得流动性；混炼时配合剂易

于分散均匀，便于操作；使生胶分子量分布变窄，胶料质量均匀一致。

）

10，哪些机械通常用于塑料初混合？

哪些机械用于塑炼？

转鼓式混合机，螺带式混合机，捏合机，高速混合机用于初混合开炼机，密炼机，挤出机用于塑炼

补充：

1，简述压缩模塑成型的工艺流程

2，模压成型中的预压有什么优点？

（1）加料快、准确、无粉尘

（2）降低压缩率，可减小模具装料室和模具高度

（3）预压料紧密，空气含量少，传热快，又可提高预热温度，从而缩短了预热和固化的时间，制品业不容易出现气泡

（4）便于成型较大或带有精细嵌件的制品

3，预热的方式有哪几种？

预热方式很多，常用的有电热板加热，烘箱加热，红外线加热，高频电热

4，在热固性塑料模压成型中，提高模温应相应地降低还是升高模压压力才对模压成型工艺有利？

为什么？

在热固性塑料模压成型中，提高模温一般应相应地升高模压压力才对模压成型工艺有利。

在一定范围内模温提高能增加塑料的流动性，模压压力可降低；但模温提高也会使塑料的交联反应速度加速，从而导致熔融物料的粘度迅速增高，因而需更高的模压压力。

综合以上因素，提高模温一般应相应地提高模压压力。

9，生胶和硫化胶在分子结构及性能上有何不同？

硫化前：

结构：

线性大分子，分子与分子之间无价键力；性能：

可塑性大，伸长率高，具可溶性。

硫化后：

结构：

1）化学键；2）交联键的位置；3）交联程度；4）交联

性能：

1）力学性能（定伸强度、硬度、拉伸强度、伸长率、弹性）；

2）物理性能；

3）化学稳定性10，橡胶的硫化历程分为几个阶段？

各阶段的实质和意义是什么？

答：

（1）焦烧期－硫化起步阶段，是指橡胶在硫化开始前的延迟作用时间，在此阶段胶料尚未开始交联，胶料在模型内有良好的流动性。

（对于模型硫化制品，胶料的流动、充模必须在此阶段完成，否则就发生焦烧．出现制品花纹不清，缺胶等缺陷。

）意义：

焦烧期的长短决定了胶料的焦烧性及操作安全性。

这一阶段的长短取决于配合剂的种类和数量。

（2）欠硫期－预硫阶段，焦烧期以后橡胶开始交联的阶段。

在此阶段，随着交联反应的进行，橡胶的交联程度逐渐增加，并形成网状结构．橡胶的物理机械性能逐渐上升，但尚未达到预期的水平．但有些性能如抗撕裂性、耐磨性等却优于正硫化阶段时的胶料。

意义：

预硫时间的长短反映了硫化反应速度的快慢（，主要取决于配方）。

（3）正硫期－正硫化阶段，正硫化是胶料的各项性能在一个阶段基本上保持恒定或变化很少，也称硫化平坦期。

意义：

这个阶段橡胶的综合性能最好，是选取正硫化时间的范围。

（硫化平坦期的宽窄取决于：

配方、温度等）

（4）过硫期－过硫阶段，橡胶的交联反应达到一定的程度，此时的各项物理机械性能均达到或接近最佳值，其综合性能最佳。

此时交联键发生重排、裂解等反应。

意义：

过硫阶段的性能变化情况反映了硫化平坦期的长短，不仅表明了胶料热稳定性的高低，而且对硫化工艺的安全性及制品硫化质量有直接影响。

13，何谓硫化三要素？

对硫化三要素控制不当会造成什么后果？

答：

硫化三要素是指硫化的压力、温度和时间。

模型硫化时必须施以压力。

压力过低，胶料流动性差，不能充满模腔，制品容易产生泡，胶料不够致密，机械性能下降；但过高压力对橡胶的性能也不利，高压会对橡胶分子链的热降解有加速作用；对于含纤维织物的胶料，高压会使织物材料的结构被破坏，导致耐屈挠性能下降。

硫化温度是橡胶发生成化反应的基本条件，它直接影响硫化速度和产品质量。

硫化温度太高，硫化速度太快，胶料刚受热即交联而流动性下降，得不到所需要的产品，且高温易引起橡胶分子链裂解，乃至发生硫化返原现象，结果导致强伸性能下降；反之，硫化温度低，硫化速度慢，生产效率低，直至不硫化。

在一定的硫化温度和压力下，橡胶有一最适宜的硫化时间，时间太长则过硫，时间太短则欠

硫，对产品性能都不利。

14,何谓正硫化和正硫化时间？

正硫化时间的测定方法有哪几种？

各有何特点？

答：

正硫化是胶料的各项性能在一个阶段基本上保持恒定或变化很少，也称硫化平坦期。

理论正硫化：

从硫化反应动力学原理来说，正硫化应是胶料达到最大交联密度时的硫化状态，正硫化时间应由胶料达到最大交联密度所需的时间来确定比较合理。

工艺正硫化：

橡胶处在正硫化时，其物理机械性能或综合性能达到最佳值，预硫或过硫阶段胶料性能均不好。

达到正硫化所需的时间为正硫化时间，而正硫化是一个阶段。

在实际应用中是根据某些主要性能指标（与交联密度成正比）来选择最佳点，确定正硫化时间。

（1）物理机械法麻烦，不经济；

（2）化学法简单、方便，但误差较大，适应性不广，有一定限制，不适于非硫黄硫化的胶

料;

（3）专用仪器法不仅具有方便、精确、经济、快速和重现性好等优点，并且能够连续测定与加工性能和硫化性能等有关的参数而且只需进行一次试验即可得到完整的硫化曲线。

15,某一胶料的硫化温度系数为2,当硫化温度为137C时，测出其硫化时间为80min,若

将硫化温度提高到143C,求该胶料达正硫化所需要的时间？

上述胶料的硫化温度时间缩短到60min时，求所选取的硫化温度是多少？

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17,绘出增强热固性塑料层压板成型时热压过程五个时期的温度和压力与时间的关系曲线,并说