高分子作业题.doc

第一章
1、请用粘弹性的滞后效应相关理论解释塑料注射成型制品的变形收缩现象以及热处理的作用。
答：（1）粘弹性滞后效应是指在外作用力下，聚合物分子链由于跟不上外力作用速度而造成的形变总是落后于外力作用速度的效应。
（2）当注射制件脱模时大分子的形变并非已经停止，在贮存和使用过程中，大分子重排运动的发展，以致密度增加，体积收缩。
（3）在Tg—Tf温度范围对成型制品进行热处理，可以缩短大分子形变的松弛时间，加速结晶聚合物的结晶速度，使制品的形状能加快的稳定下来。
2、比较塑性形变和粘弹性形变的异同点。
答：同：都是不可逆变形。
异：（1）温度区间不同，塑性形变温度区间为Tg—Tf；粘性形变温度区间为Tf以上。
（2）作用力和时间不同，塑性形变需较大外力和较长时间；粘性形变要很小的外力和瞬时。

3、什么是聚合物的力学三态，各自的特点是什么？各适用于什么加工方法？
答：玻璃态、高弹态、粘流态称为聚合物的力学三态。
（1） 玻璃态：聚合物模量高，形变小，故不宜进行大形变的成型加工。适用：二次加工
（2） 高弹态：产生较大的可逆形变；聚合物粘性大，且具有一定的强度。适用：较大变形的成型工艺。
（3） 粘流态：很大的不可逆形变；熔体黏度低。适用：流动性要求较高的成型加工技术。
4、聚合物具有一些良好的加工性质。如具有良好的（可模塑性）（可挤压性）（可纺性）和（可延性）。
5、（熔融指数）是评价聚合物材料的可挤压性这一加工性质的一种简单实用的方法。而（螺旋流动实验）是评价聚合物材料可模塑性这一加工性质的方法。
6、在通常加工条件下，聚合物的形变主要由（高弹形变）（粘流形变）所组成，从形变性质来看，包括（可逆变形）（不可逆变形）两种成分，只是由于加工条件不同而存在两种成分的相差异。
7、聚合物粘弹性行为与加工温度有密切关系，在（T>Tf）时，主要发生粘性形变也有弹性效应；当（T<Tf）时主要发生弹性形变也有粘性形变。
8、分析下图。
（1）温度
高温，易流动；
太高，模塑易分解; 制品收缩率大；
低温，流动难，成型性差，制品产生熔接不良；
若低温下增加压力，强迫分子发生变形，制品内部存在内应力，开模后，制品尺寸、形状不稳定。

（2）压力
压力高，可以改善流动性；
压力过高，产生溢料、内应力；
压力低，型腔产生缺料。
第二章
1、画出几种典型流体的剪切力-剪切速率流动曲线，并简单说明各自的流变行为特征。

答：宾汉流体：与牛顿流体相同， 剪切速率～ 剪切应力的关系也是一条直线，不同处：它的流动只有当t高到一定程度后才开始。
假塑性流体： 流体的表观粘度随剪切应力的增加而降低。也即切力变稀现象。
膨胀性流体： 流体的表观粘度随剪切应力的增加而增加。也即切力增稠现象。

2、怎么样根据聚合物粘度的温敏特性以及切敏特性选择加工条件？
答：（1）根据聚合物粘度的温敏特性，当聚合物处于粘流温度以上不宽的温度范围内时，用Andrade公式：选择尽可能打的温度作为加工条件。当温度包括从玻璃化温度到熔点这样打的温度范围时，用W.L.F方程：
计算温度T时的年度选择加工条件。
（2）根据切敏特性，加工过程中，通过调整敏感参数来实现对粘度的有效控制。对于粘度对剪切速率敏感的一类聚合物，通过调整熔体剪切速率（或剪切力）来改变熔体粘度。
4、影响聚合物流变形为的的主要因素有（应力、（应变速率）、（温度）、（压力）和（分子参数和结构）等。
5、假塑性流体在较宽的剪切速率的范围内的流动曲线，按照变化的特征可分为三个区域（第一牛顿区）（非牛顿区）（第二牛顿区）。
宽剪切速率范围聚合物熔体的logηa-log γ曲线
Ⅰ和Ⅲ-牛顿流动区；Ⅱ-非牛顿流动区；
在较宽剪切塑料范围内，流动曲线会出现三个特征区域：第一牛顿区，非牛顿区，第二牛顿区

第三章
1、用聚合物液体在管和槽中的流动时，按照受力方式划分可以分为（压力流动、收敛流动、拖拽流动）；按流动方向分布划分：（一维流动、二维流动、三维流动）。
2、聚合物流动行为最常见的弹性行为是（端末效应）和（不稳定流动），它们具体包括（入口效应）、（模口膨化效应）、（不稳定流动）和（熔体破裂）。
3、牛顿流体及非牛顿流体在圆管中的流动特征各是什么？
答：牛顿流体在圆管中流动特征：
剪切应力：管壁处剪切应力最大，中心处为零；剪切应力在液体中的分布与半径成正比，并呈直线关系。
流体速度：液体在圆形管道中的流动时具有抛物线型的速率分布；管中心处的速率最大，管壁处为零，圆管中的等速线为一些同心圆。
非牛顿流体流动的特征：
剪切应力：管壁处剪切应力最大，中心处为零；剪切应力在液体中的分布与半径成正比，并呈直线关系。（与牛顿流体相同）
流体速度：对于膨胀性非牛顿液体(n＞1)，速度分布曲线变得较为陡峭，n值愈大，愈接近于锥形；对假塑性非牛顿液体(n＜1)，分布曲线则较抛物线平坦；n愈小，管中心部分的速度分布愈平坦，曲线形状类似于柱塞。管中心处的速率最大，管壁处为零，圆管中的等速线为一些同心圆。
4、聚合物加工中，对于尺寸变化的管道中通常采用一段有收敛作用的管道来连接，是何原因？
答：避免任何死角的存在，减少聚合物因过久停留而引起的分解，同时有利于降低流动过程因强烈扰动带来的总压力降，减少能耗，减少流动缺陷，提高产品质量和设备生产能力。
5、入口效应和出口效应对聚合物加工有何不利？一般怎样去降低？
答：入口效应和出口效应对聚合物加工都是不利的，特别是注射、挤出和纤维纺丝过程中，引起制品变形和扭曲，降低制品尺寸稳定性，甚至引起制品内应力。
降低方法：（1）提高加工温度；
（2）适当减小剪切应力；
（3）增大L/D（增加管子长度、增加管径、L/D增加，减小入口端的收敛角）；
（4）对挤出物加以适当牵引。

第四章
1、名词解释
取向：聚合物结构单元或纤维状填料在某种程度上顺着流动的方向作平行排列，这种排列常成为取向，又叫定向作用。
降解：聚合物由于受到热、应力、氧、水分、酸、碱杂质的作用而导致分子量降低，大分子结构改变。
2、 聚合物结晶对制件性能的影响有哪些？
答：（1）结晶对制品密度影响，由于结晶时聚合物分子链做规则、紧密排列，所以晶区密度高于非晶区密度。制品密度随结晶度增加而增大。
（2）结晶对制品力学性能的影响 ，
a.一般随着结晶度的提高，制品硬度提高、弹性模量提高、拉伸强度提高、冲击强度下降、断裂伸长率等韧性指标下降。
b.结晶形态、晶粒尺寸和数量也对制品的力学性能产生影响。细小而均匀的晶粒结构，制品综合力学性能好。
（3）结晶对热及其它方面的影响
a、结晶有利于提高制品的耐热性，结晶度提高，耐热性提高。
b、结晶性聚合物，分子链排列规整、紧密，与无定形聚合物相比，能更好地阻挡各种试剂的渗入，所以结晶度提高，耐溶剂性提高。
c、结晶度提高，产品收缩率增加。
3.聚合物取向对制件性能的影响有哪些？
答：力学性能
① 单轴取向：取向方向上制品的拉伸屈服强度↑，模量↑，压缩屈服强度↓，非晶聚合物断裂伸长率↑，结晶聚合物断裂伸长率↓；非取向方向上性能变化和上述相反。
② 双轴取向：两个取向方向上制品的模量、抗拉强度和断裂伸长率↑，但取向度小的取向方向上的性能变化程度低于另一个方向上的。
6.成型加工过程中如何避免聚合物的降解？
答：
(1)严格控制原材料技术指标，使用合格原材料；
(2)使用前对聚合物进行严格干燥；
(3)确定合理的加工工艺和加工条件，使聚合物能在不易产生降解的条件下加工成型；
(4)加工设备和模具应有良好的结构；
(5)在配方中考虑使用抗氧剂、稳定剂等以加强聚合物对降解的抵抗能力。
第五章
1、塑料制品中有哪些原材料和添加剂？
答：（1）原材料：聚合物或树脂。
（2）添加剂：增塑剂、防老剂、填料、润滑剂、着色剂、固化剂
2、一般如何区分混合、捏合、塑炼这三种混合过程？
答：三个基本概念：
混合：指粉状固体物的混合。
捏和：是指液体和粉状（纤维状）固体物料的浸渍与混合。
塑炼：指塑性物料与液体或固体物料的混合。
混合和捏和是在低于聚合物的流动温度和较缓和的剪切速率下进行的，混合后的物料各组分本质基本上没有什么变化，而塑炼是在高于流动温度和较强的剪切速率下进行的，塑炼后的物料中各组分在化学性质（分子量↓、交联）或物理性质上（粒度）会有所改变。
3、常见的混合设备有哪些？并说明每种设备主要采用什么作用实现混合的？
答：初混合：捏合机、高速混合机、管道式捏合机等；
混合塑炼：双辊塑炼机、密炼机、挤出机等。
（1） 捏合机、高速混合机、管道式捏合机主要是采用对流作用实现。
（2） 双辊塑炼机、密炼机、挤出机主要是剪切作用实现。

第六章

1、比较注塑螺杆和挤出螺杆在结构上的主要差别。
答：注塑螺杆和挤出螺杆在结构上的主要差别：
（1）注塑螺杆长径比比挤出螺杆小；
（2）注塑螺杆均化段螺槽深度比挤出螺杆深；
（3）注塑螺杆压缩比比挤出螺杆小；
（4）注塑螺杆加料段长度比挤出螺杆长，而均化段长度比挤出螺杆短；
（5）挤出螺杆多为圆头或锥头，而注塑螺杆多为尖头并带有特殊结构。
（6）注塑螺杆只起预塑化和注射作用，对塑化能力、压力稳定性以及操作连续性和稳定性没有挤出螺杆要求高。
2、根据图6-35中模腔中压力时间关系，分析注射过程的几个阶段。
答：按时间次序，注射过程可分为以下几个阶段：
①柱塞空载期：在t0~t1时间内，物料在料桶中加热塑化，柱塞开始向前移动，但处于空载状态，物料高速经过喷嘴和浇口时，引起柱塞和喷嘴储压力增大。
②充模期：时间t1时，塑料熔体开始注入型腔，内压力迅速上升，值t2时，型腔被充满，膜腔内压力达最大值。
③保压期：t2~t3时间内，塑料仍为熔体，柱塞需保持对塑料的压力，使模腔中塑料得到压实和成型，并缓慢的向模腔中补压入少量塑料，以补充塑料冷却时的体积收缩。
④反料期：柱塞从t3开始，逐渐后移，由于料筒喷嘴和浇口处压力下降，而模腔内压力较高，尚未冻结的塑料熔体被模具内压反推回浇口和喷嘴，出现倒流现象。
⑤凝封期：t4~t5内，料温继续下降到凝结硬化温度时，浇口冻结倒流停止。
⑥继冷期：是在浇口冻结后的冷却期，实际上型腔内塑料的冷却是从冲模结束后就开始的。
3、注射制品产生的内应力如何消除？
答：退火处理：1、使强迫冻结的分子链得到松弛，消除内应力；
2、提高结晶度，稳定结晶结构。
调湿处理：将刚从模具中脱出的塑件放在热水中(100~120℃)，隔绝空气，进行防氧化处理，且快速达到吸湿平衡。待调湿后缓慢冷却至室温。

4、根据物料的变化特征可将螺杆分为几个阶段，它们各自的作用是什么？
答：根据物料在螺杆中的变化特征将螺杆分为三个部分：
加料段（Ⅰ）、压缩段（Ⅱ）、均化段（Ⅲ）
（1） 加料段的作用：将料斗供给的料送往压缩段，塑料在移动过程中一般保持固体状态，由于受热而部分熔化。
（2） 压缩段(迁移段)的作用：是压实物料，使物料由固体转化为熔融体，并排除物科中的空气。
（3） 均化段(计量段)的作用：是将熔融物料，定容(定量)定压地送入机头使其在口模中成型。均化段的螺槽容积与加料一样恒定不变。
5、名词解释：一次成型；二次成型；挤出成型；分流梭；
一次成型： —次成型是通过加热使塑料处于粘流态的条件下，经过流动、成型和冷却硬化
(或交联固化)，而将塑料制成各种形状的产品的方法。
二次成型：二次成型是将一次成型所得的片、管、板等塑料成品，加热使其处于类橡胶状态(在材料的Tg～Tm或Tf)，通过外力作用使其形变而成型为各种较简单形状，再经冷却定型而得产品。
挤出成型：借助螺杆或柱塞的挤压作用，使受热融化的塑料在压力推动下，强行通过口模而成为具有恒定截面的连续型材的一种成型方法。
分流梭：分流梭是装在料筒靠前端的中心部分，形状似鱼雷的金属部件。

第七章
1、对于一次成型和二次成型中常见的成型方法各有哪些？每种方法各举出至少一例对应的制品。
答：一次成型方法：挤出成型：管材、板材、薄膜等
注射成型：洗脸盆, 暖壶外壳, 手机外壳, 显示器外壳, 鼠标外壳等
模压成型：拉线开关、闸刀开关上的塑料件等
压延成型：人造革、涂层纸
铸造成型：有机玻璃
模压烧结成型：聚四氟乙烯薄膜
泡沫塑料的成型：产品包装袋
二次成型：中空吹塑成型：桶、壶、儿童玩具
热成型：电子仪表外壳、雷达罩、飞机罩、立体地图等
拉幅薄膜的成型：管材
2、 在拉幅薄膜生产中，如何控制工艺方法和条件以满足得到的薄膜中形成适度结晶与取向结构的要求。
答：要通过适当的方法和工艺条件，是薄膜中聚合物分子链能形成取向结构；未取向的无定形薄膜没有多大实用价值。结晶而未取向的薄膜脆性答，透明性差，同样使用价值不高；取向但不结晶或结晶不足的薄膜，对热收缩十分敏感，适用范围受到限制；结晶适当（并且有微晶结构）而又取向的薄膜，不仅抗张强度和模量高，而且透明性好，尺寸稳定，热收缩小，具有良好地使用性能。