成型加工课后思考题答案.doc

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1、第一章1.什么是聚合物的结晶和取向？它们有何不同？研究结晶和取向对高分子材料加工有何实际意义？答：热的饱和溶液冷却后，溶质以晶体的形式析出这一过程叫结晶。高聚物的取向意味着其内部的结构单元（如分子或晶粒等）的空间指向遵循一些择优的方向，而不是完全随机的。高聚物取向时，它的性能会呈现各向异性。适当调节取向状况，可在很大范围内改变高聚物的性能。一般说，取向时物体在取向方向上的模量和强度会明显增大。在纤维和薄膜的生产中取向状况的控制显得特别重要。通过液晶态加工而获得高度取向的刚性链高分子纤维的模量和强度已能达到钢丝和玻璃纤维的水平。其他高分子材料或制品中的取向状况也是影响性能的一种因素。（取向能提高

2、材料的各向异性，也就是高分子链向一个方向规整的排列能提高材料的一个方向强度。结晶能提高材料的熔点和韧性。）2.请说出晶态与非晶态聚合物熔融加工温度范围，并讨论两者作为材料的耐热性好坏。答：晶态聚合物：TmTd；非晶态聚合物：TfTd。 对于作为塑料使用的高聚物来说，在不结晶或结晶度低时，最高使用温度是 Tg；当结晶度达到 40%以上时，晶区互相连接，形成贯穿整个材料的连续相，因此在 Tg 以上仍不会软化，其最高使用温度可提高到结晶熔点。 3.聚合物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？答：在成型加工时，受到剪切和拉伸力的影响，高分

3、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。4.要使聚合物在加工中通过拉伸获得取向结构应在该聚合物的什么温度下拉伸.答：应该在聚合物的玻璃化温度和熔点之间进行，因为分子在高于Tg时才具有足够的活动，这样

4、在拉应力的作用下，分子才能从无规线团中被拉伸应力拉开、拉直和在分子彼此之间发生移动。第三章 1. 试分析下列配方，要求：（1）指出各成分在配方中的作用；（2）判断制品基本性能，并说出相应的理由。 PVC树脂（XS-4）100（加工所需原料构成的主体），邻苯二甲酸二辛酯 10（增塑剂，降低材料加工温度，软化制品），邻苯二甲酸二丁酯 8(增塑剂)，环氧脂肪酸辛酯 3（辅增塑剂和稳定剂还具有一定的润滑性，作固定改善材料的加工性能），液体钡镉 2（热稳定剂，耐热耐光作用，提高材料在加工使用过程中对光热的承受能力），硬脂酸钡0.5、硬脂酸镉0.3（金属皂类热稳定剂，润滑剂），硬脂酸 0.3（润滑剂，改善

5、材料加工流动性，使之易于成型），二氧化钛 3（着色剂，使制品呈现白色）从配方中可看出，制品中加入较多增塑剂和热稳定剂，制品因为半硬质PVC，可能有较高的加工温度，二氧化钛着色，故制品为白色。 PVC树脂（XS-5）100，三盐基性硫酸铅 5，二盐基性亚磷酸铅1.5（PVC常用热稳定剂，提高材料加工时对热的承受能力，防止侧基脱除、分解），亚磷酸三苯脂 0.5（PVC辅助稳定剂，捕捉金属氧化物和HCL分解过氧化物，一般与上述两种稳定剂配合使用），硬脂酸铅0.5（热稳定剂兼润滑剂，改善PVC的热承受能力和加工性能），硬脂酸正丁酯 0.3、石蜡0.3（润滑剂），氧化锑 5（阻燃剂）配方中加入较多热稳定

6、剂，故有很好的加工性能、热承受能力，加入了阻燃剂，故制品较难燃，较可能为硬质PVC。 PVC树脂（XS-3）100，DOP 20，DBP 20（通用增塑剂，降低制品的加工温度，软化制品），DOS 10（耐寒性增塑剂，起辅助增塑作用，强化制品对低温的承受能力），氯化石蜡 5（增塑剂并且有阻燃性），UV-9 0.1（紫外线吸收剂，起光稳定作用），滑石粉 1（润滑剂，填充剂，起各向补强作用），氧化铁 0.2（着色剂），二月桂酸二丁基锡 3 （有机锡类热稳定剂）配方中加入大量增塑剂，而未加入太多稳定剂，故为软质PVC制品。加入了有机锡类稳定剂和POS耐寒剂，可能为耐寒性PVC薄膜。 丁睛橡胶 100，

7、硫磺1.5（硫化剂，提高生胶物理机械性能，耐热耐化学性能），促进剂M 1.5，促进剂TMTD 0.2（半超速/超速促进剂，缩短硫化时间，提高硫化速度，减少硫化剂用量）， ZnO 5（无机硫化活性剂），硬脂酸 1（有机活性剂，与ZnO并用），防老剂4010NA 1（防老剂，降低生胶老化速度），半补强碳黑 60（补强剂，还可以增加生胶耐磨性能），陶土 30（填充剂，起补强作用），沥青 5（软化剂，增粘剂），石蜡1.5（润滑剂，防老剂，起物理防老作用） 该配方采用极性强的丁晴橡胶，可能为耐油制品，加入了促进剂可能为小制品如耐油密封件等。第五章1.什么是非分散混合，什么事分散混合，两者主要通过何种物料

8、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。2. 温度对生胶塑炼有何影响？为什么天然橡胶在115时塑炼效果最差？答：生胶的塑炼分为高温塑炼与低温塑炼。密炼机和螺杆塑炼机的塑炼温度都在100摄氏度以上，属于高温塑炼。开炼机塑炼温度在100摄氏度以下，属于低温塑炼。在机械塑炼中，能促使大分子

9、链断裂破坏的因素有：机械力作用，氧化裂解作用，热裂解和热活化作用，化学塑节剂的化学作用以及静电荷臭氧的作用。当在低温塑炼的时候，也就是在开炼机塑炼的时候，主要是机械力来进行塑炼的。这个时候氧的作用是很小的，因为它是在低温的情况下。 当天然橡胶在115摄氏度的时候，它的机械力作用是最小的时候，氧化裂解的作用也是最小的时候。也就是说，115摄氏度对于塑炼来说是一个非常尴尬的温度，正好是机械力最小，含氧量最小的时候。所以这个时候的塑炼效果是最差的。当温度提上来的时候，含氧量就增高了，那时候塑炼效果又会好起来。3.何谓橡胶的混炼？用开炼机和密炼机分别进行混炼时应控制的工艺条件有哪些？有何影响？ 答：混

10、炼就是将各种配合剂与可塑度合乎要求的生胶或塑炼胶在机械作用下混合均匀，制成混炼胶的过程。开炼机混炼时应控制的工艺条件有（1）装胶容量（2）辊距（3）混炼温度（4）混炼时间（5）辊速和速比（6）加料顺序密炼机分别进行混炼时应控制的工艺条件有（1）装胶容量（2）上顶栓压力（3）转子转速和混炼时间（4）混炼温度（5）加料顺序4. 什么叫塑料的混合和塑化，其主要区别在哪里？ 答：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

11、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。5.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

12、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。） 6什么是“生胶的塑炼”， 什么是“塑料的塑炼”， 为什么要分别对生胶和塑料进行塑炼？两者分别可采取哪些措施，提高塑炼效果？ 答：生胶的塑炼：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

13、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。） 塑料的塑炼：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。第六章1.简述热固性塑料模压成型的工艺步骤。答：热固性塑料模压成型工艺过程通常由成型物料的准备、成型和制品后处理三个阶段组成，工艺步骤如下： 1、计量；2、预压；3、预热；4、嵌件安放；5、加料；6、闭模；7、

14、排气；8、保压固化；9、脱模冷却；10制品后处理 工艺过程见图所示。2. 试分析模温的高低对模压成型工艺的影响。答：模压温度是指成型时所规定的模具温度，对塑料的熔融、流动和树脂的交联反应速度有决定性的影响。 在一定的温度范围内，模温升高、物料流动性提高，充模顺利，交联固化速度增加，模压周期缩短，生产效率高。但过高的模压温度会使塑料的交联反应过早开始和固化速度太快而使塑料的熔融黏度增加，流动性下降，造成充模不全。另外一方面，由于塑料是热的不良导体，模温高，固化速度快，会造成模腔内物料内外层固化不一，表层先行硬化，内层固化时交联反应产生的低分子物难以向外挥发，会使制品发生肿胀、开裂和翘曲变形，而且

15、内层固化完成时，制品表面可能已过热，引起树脂和有机填料等分解，会降低制品的机械性能。因此模压形状复杂、壁薄、深度大的制品，不宜选用高模温，但经过预热的塑料进行模压时，由于内外层温度较均匀，流动性好，可选用较高模温。 模压温度过低时，不仅物料流动性差，而且固化速度慢，交联反应难以充分进行，会造成制品强度低，无光泽，甚至制品表面出现肿胀，这是由于低温下固化不完全的表层承受不住内部低分子物挥发而产生的压力的缘故。 3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？ 答：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

16、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。 4热固性塑料模压成型中物料的预热温度对模压压力有何影响？为什么？ 答：进行预热可以使物料熔化速度加快，黏度下降，流动性提高，模压压力降低；但如果预热温度过高会使塑料在预热过程中有部分固化，会抵消预热增大流动性效果，模压时需更高的压力来保证物料充满型腔。在预热时软化倾向交联倾向，一般经过预热的物料可使用较低的模压压力。 5.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，

17、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

18、，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。 6.何谓返原性胶料和非返原性胶料？ 答：天然橡胶等主链为线形大分子结构，在过硫阶段中断链多于交联，机械性能下降，这种胶料称为返原性胶料； 大部分合

19、成橡胶，如丁苯、丁腈橡胶，在过硫阶段中易产生氧化支化反应和环化结构，胶料的物理机械性能变化很小，甚至保持恒定，这种胶料称为非返原性胶料。 7. 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

20、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。 第七章1挤出螺杆一般分为哪几段？每段各有什么作用？对于晶态塑料的挤出成型，应选择何种螺杆？其L2的长度有何特征，为什么？ 答：加料段-对料斗送来的塑料进行加热，同时输送到压缩段。塑料在该段始终保持固体状态。 压缩段-对加料段来的料起挤压和剪切作用

21、，同时使物料继续受热，由固体逐渐转变为熔融体，赶走塑料中的空气及其他挥发成分，增大塑料的密度，塑料通过压缩段后，应该成为完全塑化的黏流状态。 均化段-使熔融物料在均化段螺杆和机头回压作用进一步搅拌塑化均匀，并定量定压地通过机头口模挤出成型。 结晶型聚合物，熔化温度范围很窄，因而压缩段很短，应选择突变型螺杆。 2什么叫压缩比？挤出机螺杆设计中的压缩比根据什么来确定？ 答：螺杆的压缩比是指螺杆加料段第一个螺槽的容积与均化段最后一个螺槽的容积之比，它表示塑料通过螺杆的全过程被压缩的程度。 压缩比的大小取决于挤出塑料的种类和形态，粉状塑料的相对密度小，夹带空气多，其压缩比应大于粒状塑料。另外挤出薄壁制

22、品时，压缩比应比厚壁制品的大。 3什么是挤出机螺杆的长径比？长径比的大小对塑料挤出成型有什么影响？长径比太大又会造成什么后果？ 答：挤出机螺杆的长径比是指螺杆工作部分的有效长度L与直径Ds之比。L/Ds大，能发送塑料的温度分布，混合更均匀，并可减少挤出时的逆流和漏流，提高挤出机的生产能力。L/Ds过小，对塑料的混合和塑化都不利。L/Ds太大，对热敏性塑料会因受热时间太长而易分解，同时螺杆的自重增加，自由端挠曲下垂，容易引起料筒和螺杆擦伤，制造和安装都困难，也增大了挤出机的功率消耗。 4渐变型和突变型螺杆有何区别？它们各适合哪类塑料的挤出？为什么？ 答：渐变型螺杆的压缩段较长，为螺杆全长的55%

23、65%，PVC挤出成型用螺杆压缩段甚至达到100%。渐变型螺杆适合无定型塑料的生产，因为无定型塑料的熔融温度范围宽。突变型螺杆的压缩段较短，为35Ds，PA的挤出成型用螺杆压缩段甚至仅为一个螺距的长度。突变型螺杆适合结晶型塑料的生产，因为结晶型塑料的熔融温度范围很窄。(所谓渐变型螺杆是指由加料段较深螺槽向均化段较浅螺槽的过渡，是在一个较长的螺杆轴向距离内完成的：而所谓突变型螺杆的上述过渡是在较短的螺杆轴向距离内完成的。) 5提高挤出机加料段固体输送能力，应对设备采取什么措施？指出其理论依据。结构角度：1增加螺槽深度； 2降低物料与螺杆的摩擦系数； 3增加物料与料筒的摩擦系数； 4选择适当的螺旋

24、角。 工艺角度：1增加料筒温度（fb）；降低螺杆温度（fs）。 6塑料在挤出机中的熔化长度的意义是什么？ 答：挤出机中从熔化开始到固体床的宽度降到零的总长度称为熔化长度，熔化长度的大小反映了固体的熔化速度，一般熔化速度越高则熔化长度越短。7. 塑料熔体在螺槽内流动有几种形式？造成这几种流动的主要原因是什么？答：塑料熔体在螺槽内有以下四种流动形式：1、正流，正流是熔料沿螺槽向机头方向的流动，是料筒表面作用到熔体上的力而产生的流动。2、逆流，也叫压力流，方向与正流相反是由机头、分流板、过滤网等对流体熔体的反压力引起的流动。3、横流，是一种与螺纹方向垂直的流动，这种流动到达螺纹侧面时被挡回便沿着螺槽

25、侧面向上流动，又为料筒所挡，再作与螺纹方向垂直相反的流动，形成环流。4、漏流，由机头、分流板、过滤网等对熔体的反作用力引起的流动。第八章1，何谓注射成型，它有何特点？框图表示一个完整的注射成型工艺过程。注射成型是将粒状或粉状塑料加入到注射机料筒，经加热熔化呈流动状态，然后在柱塞或螺杆快速连续的压力下，从喷嘴中以很高的压力和很快的速度注入到闭合的模具内。特点是成型周期短，生产效率高，能一次成形外形复杂尺寸精确的制品，成型适应性强，制品种类繁多，容易实现生产自动化。粒状热塑性塑料干燥和预热 加料塑化注射机料筒清洗预热的嵌件 加料塑化 注射充模保压凝封退柱塞或螺杆冷却固化脱模后处理注射制品2，塑料挤

26、出机的螺杆与移动螺杆式注射机的螺杆在结构特点和各自的成型作用上有何异同？ 答：挤出螺杆： 输送、塑化、计量。 均化段槽深h3浅、长径比L/D大、压缩比大。 加料段L1短，均化段长L3长。 平动转动（前移）。 螺杆头部形状多样。 物料熔融是一个稳态的连续过程。 注射螺杆： 预塑化、注射。 均化段槽深h3深、长径比L/D小、压缩比小。 加料段L1长，均化段长L3短。 平动转动（前移注射）。 螺杆头部为尖锥形。 物料熔融是一个非稳态的间歇过程。3，保压在热塑性塑料注射成型过程中的作用是什么？保压应有多少时间？何谓凝封？ 答：当注射成型塑料熔体充满模腔后，模具中熔体冷却收缩，继续保持施压状态的柱塞或螺

27、杆，迫使浇口和喷嘴附近的熔体不断补充入模中（补塑），使模腔中的塑料能形成形状完整而致密的制品（压实）；保压适当的时间，可防止螺杆或柱塞退还时，因模具主流道处塑料尚未冷却凝固而发生模内熔融塑料倒流现象（防倒流）。 保压时间一般约20-100s，大型和厚制品可达2-5min。 塑料注射充模保压时，浇注系统的熔体先行冷却硬化的现象叫“凝封”，凝封可防止模腔内尚未冷却的熔体向喷嘴方向倒流。4，聚丙烯和聚苯乙烯注射成型时，考虑到产品的性能和生产效率，它们的模具温度应分别控制在哪个温度范围最适宜？为什么？（PP：Tg10左右，PS：Tg80左右） 答：聚丙烯的结晶能力较强，提高模具温度有助于改善熔体在模内

28、的流动性，减小内应力和分子的定向作用，增强制件的密度和结晶度甚至能够提前脱模；但制件的冷却时间、收缩率和脱模后的翘曲变形将增大。制品结晶度的增加，制件的表面粗糙度值也会随之减小。 综合考虑PP模具温度TcTg，生产上常用温度为40-90 无定形塑料注射充模后无相转变，故模温高低主要影响充模时间长短，较低的模温，冷却快，生产效率提高。PS熔融黏度较低，采用偏低的模温TcTT; VVVV(第辊筒为主辊筒) 速比为1：1.051：1.254何谓压延效应？产生的原因及减小的方法是什么？ 压延成型过程中，黏流态塑料在通过压延辊筒间隙时，线形大分子沿着压延方向作定向排列。出现制品的各向异性，制品的纵向和横

29、向的物理机械性能不同，这种现象在压延成型中称为压延效应。温度；速度及速比；辊距；尽量不使用各向异性的配合剂、改变喂料方向和提高物料的塑性，压延后缓慢冷却，可降低压延效应。第十章1.用平挤逐次双向拉伸法成型PP薄膜时，挤出的厚片为何要急冷？冷却后的厚片在拉伸前为什么又要预热？ 答：PP此类含有晶相的聚合物在拉伸过程中不容易使其定向程度提高，因此要保证其是无定形的，工艺上为达到这一要求，对PP结晶性聚合物采取方法是挤出后的熔融态厚片实行急冷，控制其结晶度在5%以下。 预热作用是将急冷的厚片重新拉伸到所需温度，以便二次成型。2.塑料片材热成型工艺原理是什么?热成型是利用热塑性塑料的片材作为原料来制造塑料制品的一种方法，是塑料的二次成型。首先将裁成一定尺寸和形状的片材夹在模具的框架上，将其加到Tg-Tf间的适宜温度，片材一边受热一边延伸，然后凭借施加的压力，使其紧贴模具的型面，从而取得与型面相仿的型样，经冷却定型和修整后既得制品。