ok 高分子材料成型加工原理 复习课提纲

高分子材料成型加工原理复习课提纲1 在工业上获得成功应用的“高分子材料”在概念上要具有哪些方面的特点或要求？有一定的力学性能兼或同时具有一定的功能特性具有一定的可加工性市场价值 经济价值环保、节能、安全特征 社会价值。要求：可满足生产或生活中的某种需要，并能够参与社会经济发展的循环过程3 如何理解“流动”？流动：运动单元在外力场作用下运动并损耗能量聚合物流体的流动现象：聚合物流体某尺寸水平上的运动单元在外力场作用下产生相对运动而损失能量的现象。5为满足成型和加工的需要，通常如何获得或调控某些特定的高分子材料的流动性？调整温度压力等外部工艺条件，影响包括范氏力，氢键，分子间配合键等等对分子结构进行改性，如纤维素，或将化学结构与工艺条件相结合，如针对一些天然高分子材料优选，引入低分子增塑剂和超临界流体等介质，如对淀粉，PVC改性等6 聚合物材料的可加工性通常包含哪些方面？可挤压性，可模塑性，可延展性，可纺性7 熔融指数？熔融指数在实际的成型加工过程中有什么样的应用？其局限性？熔融指数定义为：在一定的温度和压力下，10min内从特定毛细管中流出的聚合物熔体的克数，单位为g/10min。熔体流动速率可表征热塑性塑料在熔融状态下的粘流特性，对保证热塑性塑料及其制品的质量，对调整生产工艺，都有重要的指导意义。但该方法也有局限性，不同品种的高聚物之间不能用其熔融指数值比较其测定结果，不能直接用于实际加工过程中的高切变速率下的计算，只能作为参考数据。此种仪器测得的流动性能指标，是在低剪切速率下测得的，不存在广泛的应力应变速率关系，因而不能用来研究熔体粘度和温度、粘度与剪切速率的依赖关系，仅能比较相同结构聚合物分子量或熔体粘度的相对数值。11什么是静态流变学？什么是动态流变学？各侧重于哪些应用？.静态流变学：又称稳态流变学，研究单一方向稳态剪切作用下聚合物流体的流动和形变动态流变学：研究周期动态作用下聚合物流体的流动和形变。12 什么是剪切速率？剪切速率:单位时间内，流体在剪切作用下产生的剪切应变剪切速率的含义：1.流体流动速度的梯度， 2.距离dy的液层在dt时间内相对移动的距离13 什么是牛顿流体？其在结构上有什么特点？牛顿流体：满足牛顿流动定律的流体特点：黏度不随剪切的改变而改变，剪切应力和剪切速率始终呈正比关系，流体内部结构不随剪切条件改变而改变。14 什么是牛顿粘度？从流体力学的角度来说，凡是服从牛顿内摩擦定律的流体称为牛顿流体牛顿流体的粘度即是牛顿粘度28聚合物熔体的剪切流动特征可以用流动曲线进行表征，请画出其在一般情况下的典型关系曲线，并解释说明曲线上各个流动区域对应的分子机制？135页和147页29什么是零剪切粘度？极限粘度？零剪切黏度:高分子溶液中的分子或熔融态的高分子宛如乱成一团柔软而纠缠的线球，虽然每一条分子链都在努力蠕动着，但是由于分子链与链之间的纠缠点却有效的维系着彼此结构的稳定。此所以初期很小的剪力(shear force)并无法超越结构强度，结构依然保持着，是以黏度居高不下，类似牛顿流体(黏度恒定不随剪率而变化)，所以称为“零剪切黏度(zero-shear viscosity)” 高聚物溶液的浓度较稀时,其相对粘度的对数值与高聚物溶液质量浓度的比值，即为该高聚物的特征粘度，也叫极限粘度。36 什么是端末效应？其产生的流体结构基础是什么？牛顿流体流经毛细管流道时是否会产生端末效应？ 当聚合物流体由较粗的流道进入毛细管时或在毛细管中流动时，沿着流动方向都会产生压力降，一方面消耗于粘性流体的摩擦损耗，同时储存于流动过程中沿毛细管轴向分子链产生一定程度的取向；若毛细管比较短，流体在出口处会表现为回弹现象（弹性效应），即端口处流体比毛细管中显著膨胀的现象。这种在毛细管入口端产生压力降和出口端离模膨胀的现象，与聚合物流体的粘弹性有关，称为端末效应，或分别称为入口效应和模口膨化效应结构基础是熔体是具有黏弹性的塑性流体牛顿流体不会产生端末效应，因为挤出后直径比模口细37 聚合物流体的端末效应在成型加工过程中，尤其在挤出过程中，往往是影响产品尺寸控制的重要方面，如需要进一步减弱这种不需要的端末效应，可以考虑用哪些具体的措施或方法？降低熔体粘度增大流道的直径和流道的长径比，以及减少流道入口处的收敛角，减少熔体流动过程中的弹性变形，从而减轻离模膨胀效应。减小切应力和剪切速率。在中等剪切速率范围内升高温度。38 什么是聚合物流体的熔体破裂现象？挤出过程中若出现这种现象通常是什么原因？如何消除？在聚合物的成型加工过程中，对相关产品的表面状态一般有比较高的要求，但实际生产中经常会出现表面不良的情况，尤其在挤出成型过程中，操作不当时很容易出现表面粗糙的现象，类似鲨鱼皮，该现象即熔体破裂现象。原因是由于熔体流动时在口模壁上滑移和口模对挤出物产生周期性的拉伸作用。还有一种说法是由于熔体中的弹性恢复引起的，在口模内由于熔体各处受应力作痛不尽相同，因而在离开口模后所出现的弹性恢复就不可能一致，如果弹性恢复力不能为熔体强度所容忍，就会引起熔体破裂。消除方法是升高温度。因为临界挤出速率随挤出温度的增加而变大，但与口模粗糙度无关。所以升高温度是避免出现鲨鱼皮现象的有效办法。40 在实际生产或科研活动中，流体的流变性能及其测试常受到很多人的关注，通过流体流变性能的测试常可以得到哪两个方面的信息？需要在什么样的对应条件下进行测试才是正确的？41了解聚合物材料的流变性能，不仅可以籍此了解材料在某些条件下的加工性能，还可以了解到材料的结构特征，请列出你所知道可用于测定聚合物流体流变性质的仪器或设备，并简要说明其各有什么特点？适用的范围？1 毛细管流变仪/粘度计􀊲是一种常用的实验方法􀊱可得到接近加工条件下的流体流变性能􀊱适合高剪切条件下的测定􀊱剪切速率10-106s-1􀊳可观察到挤出物的形状􀊱能直接用于材料成型工艺的借鉴和指导。2 旋转流变仪/粘度计􀊲假设􀊲稳态、等温、切向速度分量唯一、无末端效应、流体复合指数定律。可以测法向应力􀊳末端效应在L/d100 时可忽略􀊱不适于粘弹性特性很强的流体测定。3 落球黏度计􀊲主要用于测定流体的零切粘度􀊱所得到的结果与分子结构及测定温度有关􀊱得不到通常所言的流动曲线关系。4 转矩流变仪􀊲研究材料的流动、塑化、热、剪切稳定性的理想设备􀊱该流变仪提供了更接近于实际加工的动态测量方法􀊱可以在类似实际加工的情况下􀊱连续、准确可靠地对材料的流动性能进行测定。其两个转速不同􀊱转向相反形成复杂的转子􀊱在物料混合过程中能进行转矩大小的测定􀊱反映物料混合情况及其能耗。46 在高分子材料成型与加工过程中，通常涉及的物理和化学变化有哪些？b加热、冷却、结晶、取向、降解、交联加热为了让聚合物产生流动性，冷却为了使产品定型。在加热和冷却的过程中必须注意：加热介质和聚合物流体间的温度差不能太大。结晶聚合物的形态结构不仅与聚合物本身的分子结构有关，还与其结晶形成的过程密切相关。热固性和热塑性塑料中各自顾存在的细找的纤维状填料（如木粉、短玻璃纤维等）和聚合物分子，在很大程度上，都会顺着流动的方向作平行的排列。通常称聚合物分子链断裂导致相对分子质量降低的现象或过程，称为降解在聚合物材料的成型加工过程中，由于力学或化学等作用，使线型或轻度支化型的高分子之间通过化学键合的形式，形成体型结构高分子材料或制品的现象。49 环氧脂常作为电子器件的封装材料，使用过程中的相应电子产品的寿命通常取决于封装材料的应力开裂，分析原因，并提出解决措施？主要原因：1.环氧树脂固化物内部的缺陷2.应力在材料内部缺陷和裂纹处集中3.浇筑成型过程中产生并累积应力4.外部作用如碰撞，挤压，震动等使材料内应力加大。解决方法：1.降低反应体系中官能团的浓度2.加入高分子增韧剂3.加入无机粉状填料4.改进固化工艺5.利用易膨胀单体共聚65 材料设计体系的基本组成包括有哪些组分？各自功能？聚合物基体：热塑性材料、热固性材料增塑剂：改善流动性稳定剂：光稳定剂、热氧稳定剂、抗老剂填充剂：填充材料、补强材料、增韧增强润滑剂：改善流动性，增塑剂的补充着色剂：色母料，各种颜色调配防静电剂：导电组分或小分子表面活性剂阻燃剂：阻燃防火抗菌剂：抗菌功能脱模剂：利于制品从模具中脱出，提高生产效率原料组成重量分数PVC(XS-2型)100DOP40DBP5轻质碳酸钙105三盐基硫酸铅1.5二盐基亚磷酸铅1.0硬脂酸铅1.0硬脂酸钡0.5下面为PVC粒料原料制造电缆线的配方：原料组成重量分数PVC(XS-2型)100DOP40三盐基硫酸铅1.5二盐基亚磷酸铅1.0硬脂酸铅1.0硬脂酸钡0.5下面为聚丙烯粒料原料制造洗衣机外壳的配方：原料组成重量分数PP100聚丙烯蜡5抗氧剂10100.6抗氧剂1680.2硬脂酸钙1.0锌白母料1DOP：通用型增塑剂DBP:用做增塑剂轻质碳酸钙：碳酸钙在塑料制品中能起到一种骨架作用，对塑料制品尺寸的稳定性有很大作用，能提高制品的硬度，还可以提高制品的表面光泽和表面平整性。在一般塑料制品中添加碳酸钙耐热性可以提高，由于碳酸钙白度在90%以上，还可以取代昂贵的白色颜料起到一定的增白作用三盐基硫酸铅：热稳定剂二盐基亚磷酸铅：热稳定剂硬脂酸铅：稳定剂，润滑剂硬脂酸钡:用作热稳定剂76在学术上有些词汇具有特定的含义，如什么是高分子共混物或聚合物共混物？什么是高分子合金？两者有何不同？ 聚合物共混物：将两种或者两种以上的聚合物加以混合，使之形成表观均一的混合物，即形成聚合物共混物，这一混合的过程即聚合物共混。高分子合金： 相结构更加精细、性能优异81 什么是螺杆的压缩比？a什么是塑料的压缩比？螺杆的压缩比A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。A越大，塑料受到挤压的作用越大，排除物料中所含空气的能力越大，但A过大，螺杆本身机械强度下降。塑料的压缩比是指其表观相对密度和制品相对密度的比值。84 有哪些措施可以提高挤出机的固体输送能力？c在螺杆直径不变时，增大螺槽深度H减小物料与螺杆的静摩擦因数fa增大物料与料筒的静摩擦因数fb选择合适的螺旋角 使得（tan*tan）/（tan+ tan）最大。85 在挤出机的均化段实现熔体输送时涉及到哪几种流动形式？对生产能力的影响？c有正流，逆流，横流和漏流四种形式。正流是指物料沿螺槽方向向机头流动，是均化段熔体的主流，是由于螺杆旋转时螺棱的推挤作用引起的。逆流是指沿螺槽与正流方向相反的流动，它是由机头口模、过滤网等对料流的阻碍引起的反压流动，也称为压力流动，可以引起挤出生产能力的损失横流是指物料沿着x轴和y轴两方向在螺槽内往复流动，是由于螺杆旋转时螺楞的推挤和阻挡作用造成的，仅限于在每个螺槽内流动。对生产能力影响不大漏流是指物料在螺杆和料筒的间隙沿着螺杆和轴的方向往料斗方向流动，它也是由于机头和口模等对物料的阻力产生的反压流动影响挤出机生产能力的是正流（提高）、逆流（降低）和漏流（降低），横流对寄出量没有以影响。86 为什么有些挤出机在使用一定时间后，其生产能力会明显降低？使用时间过长后漏流量正比于的三次方，当增加后漏流量明显增加，所以生产能力降低89 什么是注射量？什么是塑化量（也称塑化能力）？注射量是指注射机在注射螺杆（或者柱塞）作最大一次注射行程时，注射装置所能达到的最大注射量。其两种表示方法：一种是以PS原料为标准，用注射PS熔料的质量以g为单位表示；另一种是用注射出的容积以cm3为单位表示。用容积表示和原料的密度无关，使用起来比较方便，目前使用较多。塑化量：注塑机的生产能力取决于加热料筒的塑化能力和注射成型周期，塑化能力以单位时间内单位料筒融化塑料的质量（塑化量）qm来表示，在一个成型周期内，塑化量必须与注射量平行。90 注射机生产能力的衡量主要考虑哪两个指标？主要指标是注射量和锁模力。注射量是指注射机在注射螺杆（或者柱塞）作最大一次注射行程时，注射装置所能达到的最大注射量。其两种表示方法：一种是以PS原料为标准，用注射PS熔料的质量以g为单位表示；另一种是用注射出的容积以cm3为单位表示。用容积表示和原料的密度无关，使用起来比较方便，目前使用较多。锁模力是由合模机构所能产生的最大模具紧闭力决定的，他反应了注射机成型制品面积的大小。锁模力是注射机生产能力的另一个标志，国内外许多厂家是以锁模力作为注射机的系列规格。97什么是压延成型?什么是压延效应?压延成型是生产高分子材料薄膜和片材的主要方法，它是将接近黏流温度的物料通过一系列的相同旋转着的平行辊筒的间隙，使其受到挤压和延展作用，成为具有一定厚度和宽度的薄片状制品由于物料在压延过程中，在通过压延辊筒间隙时受到很大的剪切力和一些拉伸应力，因此高聚物大分子会沿着压延方向做定向排列，以致制品在物理性能上出现各向异性，这种现象在压延成型过程中称为压延效应。8