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高分子材料成型加工原理复习课提纲

天大材料系的100题整合版
第一部分：高分子材料及加工理论基础
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？
特点：
① 有一定的力学性能；
② 兼或同时具有一定的功能特性；
③ 具有一定的可加工性；
④ 市场价值（经济价值）；
⑤ 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。
2什么是软物质？为什么聚合物流体通常被认为是软物质或复杂流体？
软物质：即复杂流体，主要特征是易形变，弱力引起大形变。聚合物流体同软物质都是多层次多尺度，小刺激产生大变化。
3 如何理解“流动”？
流动：运动单元在外场作用下相对运动并损耗能量。
4 为什么高分子材料往往需要在加工成型过程中对其流动性进行必要的调控？甚至有些高分子材料流动性的调控非常困难以至难以规模化工业生产？
高分子材料通常不具有所需要的流动性，因此需要对其进行调控以实现材料的工业化生产。而高分子材料不具有所需要的流动的原因有：
1时间尺度不匹配：基于聚合物流体在不同空间结构尺度上的相对运动而形成的聚合物流体流动往往超出高分子材料成型加工生产实际所需要的时间尺度要求，太慢或者太快。
2分子链间的相互作用的影响：影响分子链间的相对运动，影响凝聚态结构及超分子结构的稳定性（破坏或重建）及其不同运动单元的相对运动。
3分子链间相互作用形式：分子链间的相互作用是形成高聚物多姿多彩的凝聚状态的内在原因，是指大分子间存在的形式多样的次价键作用力——分子间作用力，它们具有不同的强度、方向性及对距离和角度的依赖性，是材料结构自组织形成并发生演变的基础；包括：范德瓦尔斯力、氢键及分子间配键作用。
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？
① 调整温度压力等外在工艺技术条件：包括： 范德瓦尔斯力、氢键及分子间配键作用；
② 对分子结构进行化学改性，或将化学结构控制和工艺技术条件控制相结合：如对一些天然高分子材料。
③ 优选并引入增塑剂等低分子物或超临界流体等介质：如对淀粉、PVC等聚合物材料。
6 聚合物材料的可加工性通常包含哪些方面？
1. 可模塑性 2. 可挤压性3. 可纺性4. 可延性
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，是在一定温度和压力作用下，10min内从特定毛细管中流出聚合物熔体的克数。
应用：用MFI确定HDPE用途 ；利用MFI确定PP用途
描述的是特定温度、流场条件下聚合物流体的流动性，并以此确定聚合物的牌号。其对聚合物流体流动性的表征具有局限性，熔融指数概念更多局限于PE、PP。

8 什么是可挤压性？可模塑性？
可挤压性：聚合物通过挤压作用产生形变并由此获得形状和保持形状的能力。
可模塑性：材料在一定温度和压力作用下产生形变并在模具中获得特定的形状、保持该形状的能力。
9 什么是流变？什么是流变学？
流变：流动和变形，在本质上是材料某尺度上的运动单元在外场作用下产生相对运动，同时伴随因材料结构变化引起材料形变响应的现象或过程。
流变学：研究流变的科学，即研究材料呈流体状态时流变现象或过程的科学。研究材料呈流体状态时流变现象或过程的科学。
10流变学分支领域的划分？请阐述当代流变学和经典流变学在对流体处理上的差异。
1) ① 研究内容的划分：结构流变学、加工流变学
② 尺度水平的划分：宏观流变学、微观流变学
③ 研究对象的处理划分：经典流变学、当代流变学
2) 经典流变学：聚合物流体为简单流体，作为理想化均匀材料，研究其流动和变形。
当代流变学：聚合物流体为复杂流体，研究其内在结构在加工流场中的热力学和动力学问题。
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：研究单一方向稳态剪切作用下聚合物流体的流动和变形。 蠕变、应力松弛
动态流变学：周期性动态作用下聚合物流体的流动和形变。 滞后效应
12 什么是剪切速率？
剪切速率：单位时间内，流体在剪切作用下流体产生的剪切应变。γ=d(dx/dy)/dt

13 什么是牛顿流体？其在结构上有什么特点？
牛顿流体：满足牛顿定律（τ=η·γ）的流体。
特点：黏度不随剪切条件的改变而改变；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变化。
14 什么是牛顿粘度？
牛顿粘度：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，η=τ/γ
15 什么是表观粘度？
不满足牛顿定律的流体为非牛顿流体，其粘度定义为表观粘度。
是在一定速度梯度下，用流速梯度除以相应的切力所得的商。
16 什么是假塑性流体？什么是涨塑性流体？什么是宾汉流体？分别具有什么样的结构特点？
幂律定义为τ=Kγn，n>1微涨塑性流体，n<1为假塑性流体，n=1为牛顿流体。宾汉流体：当应力小于某一临界值时，流体呈现纯弹性体特征，应变速率为零，当应力大于临界值时，流体呈现为宾汉流体。
假塑性流体：是非牛顿流体中最为普通的一种，表现的流动曲线是非直线的。流体的表现粘度随剪切应力的增加而降低。
涨塑性流体：这种流体的流动曲线也不是直线，与假塑性流体不同的是它的表现粘度会随剪切应力的增加而上升。属于这一类型的流体大多数是固体含量高的悬浮液，解释为当悬浮液处于静态时，体系中有固体粒子构成的空隙最小，其中流体只能勉强充满这些空间。当施加于这一体系的剪切应力不大时，流体可以在移动的固体颗粒间充当润滑剂，因此表观粘度不高。但当剪切速率逐渐增高时，固体离子堆彻被破坏，整个体系显得有些膨胀，此时流体不能充满所有空隙，润滑作用受限，表观粘度就随着剪切速率的增大而增大。
宾汉流体：其剪切应力和剪切速率的关系变现为直线，它的流动只有当剪切应力高至于一定值后才发生塑性流动。流体在静止时形成了凝胶结构，外力超过τy时这种三维结构受到破坏。
17 什么是触变性流体？举例说明。
触变性流体：在恒定的温度下，如剪切速率保持不变，流体的切应力和表观黏度会随时间的延长而减小，或者说它们的流变性受应力作用时间的制约的流体 水泥浆、砂浆、混凝土
18环氧树脂等粘合剂在立面粘结时通常容易出现物料从粘接面流失的现象，一方面造成物料材料的浪费，另一方面难以形成充盈的良好的粘接面，请分析原因所在并给出改善措施。
19 油漆或涂料在使用时常出现流挂现象，请分析原因并给出改进建议。
1. 施工不当，喷枪距离与被涂物面太近。
2.走枪速度太慢，一次喷涂过厚等。
3.油漆施工的粘度偏低。
4.施工环境温度低，油漆干燥时间慢。
5.采用湿碰湿工艺喷涂时，间隔时间太短。
6.喷涂压力低于工艺范围，而喷枪口径过大。

20 幂律定律通常有哪两种形式？其主要应用？在描述聚合物流体流变行为上的局限性？
幂律定义为τ=Kγn，n>1微涨塑性流体，n<1为假塑性流体，n=1为牛顿流体。
或者logτ=logK+klogγ 或者γ = k ⋅τm
局限性：剪切速率常在一个数量及范围内
应用：分析液体流变性为、加工能量计算、设备设计
21什么是稠度？什么是流动度？什么是非牛顿指数？
稠度：当剪切应力作用于材料时，材料抵抗流动（永久变形）的性质，从总体上描述一个物体的流动性，是材料内部摩擦的一种变现。对非牛顿流体有时就用切变力-切边速率关系曲线上某切变速率时的斜率来表示物体的稠度。
流动度：反映流体流动性的量度。鉴别浇注料的流动性和稳定性,一定程度上反映浇注料的作业性。
非牛顿指数：延流动向应力与垂直于流动向应力之差
22 什么是线性粘弹性？如何确定某聚合物流体的线性粘弹性？
可以用胡克固体和牛顿流体线性组合进行描述的粘弹行为成为线性粘弹性。
测量：静态法和动态法，都是测量在特定应力和应变条件下的流变响应曲线。静态实验为在阶跃应力或应变作用下，观察应力或应变随时间的发展。动态实验则采用斜边的应力或应变，来观察相应的应变或应力的响应。
23 理想的牛顿流体是粘性的流体，为什么这类流体没有弹性？
理想牛顿流体没有能量存储，没有储能模量，因此没有弹性。而满足虎克定律的流体没有粘性。
24 聚合物粘弹性流体的松弛时间的定义？
指物体受力变形，外力解除后材料恢复正常状态所需时间。

25 举例说明流变学在生产或生活的应用？
生产：墨水品质分析与控制、果汁结构稳定性分析、啤酒泡沫的持久性、热熔胶品质选择。
举例：煮水饺时放一些盐巴，防止水饺在煮的过程中破皮，因为盐溶解在水中可促使溶解的淀粉蛋白质等大分子盐析出来，在水饺表面形成凝胶类结构，提高水饺皮强度，减弱了流变产生破碎的倾向
26 在化工流体的管道输送中，常常加入一些聚合物到流体中，以提高输送能力并降低能耗，其依据是什么？
为了消除湍流；很少的聚合物可使黏度迅速提升，湍流没有了，能耗降低，相对流体的输送量增多。
27当流体流经截面积逐渐减小的流道时的流动常称为收敛流动，试比较牛顿流体和假塑性流体分别在收敛流动中流动方式上的不同？
假塑性流体有弹性，其中的长分子链供拉伸：有剪切作用也有拉伸作用。
牛顿流体没有长分子链：只有剪切而没有拉伸作用。
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？
P19
29什么是零剪切粘度？极限粘度？
零剪切粘度：分子或熔融态的高分子宛如乱成一团柔软而纠缠的线球，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。初期很小的剪力并无法超越结构强度，结构依然保持着，黏度居高不下
极限粘度：又称特性粘度，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。
30对于假塑性流体而言，其零剪切粘度和极限粘度的意义是什么？
31零剪切粘度的实验确定方法有哪些？各自的使用局限性？
① 流或粘度曲线
② 蠕变
③ 频率扫描
④ 应力松弛
32 什么是简单圆管？为什么在流体计算时常需要将部分流道假定为简单圆管的结构？
简单圆管：具有均匀圆形截面而且沿管轴方向半径均保持恒定的简单圆形管道。
简单圆管中流体流动通常为比较简单的一维流动，讨论时比较易于处理。
33 理想的牛顿流体在简单圆管中的流速分布是典型的抛物线形状，请用图示画出牛顿流体、假塑性流体和涨塑性流体在简单圆管中的流速分布上有何不同？
P忘了翻书
34 成型加工过程中一般需要控制好聚合物流体在成型加工设备中流道内的流动，通常需要从哪些影响因素着手考虑？
1. 液体粘滞阻力、管道摩擦阻力
2. 流道截面形状和尺寸
35 假塑性流体为什么经历一个收敛流动进入毛细管结构时会产生入口压力降？
物料经过入口区时经历强烈的拉伸流动和剪切流动，会因此储存和消耗部分能量，导致产生压力降。
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
结构基础是熔体是具有黏弹性的塑性流体
有，粘度低不显著
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错失或方法？
1. 增大管子长径比
2. 提高加工温度
3. 适当降低加工应力
4. 挤出物适当速度牵引
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，请分析该现象产生的原因并给出相应的解决方案。）
熔体破裂：在一定的工艺技术条件下，通过一定流道后挤出物出现的表面粗糙如鲨鱼皮、无光泽、粗细不均匀、扭曲，或得到波浪形、竹节形、周期性螺旋形挤出物，甚至断裂性形状不规则的碎片或圆柱，这种基础是出现的成为熔体破裂现象。
原因：具体原因还不清楚，但主要源于管壁上的滑移和流体内的弹性。
消除：1在聚合物熔体挤出时，最先出现的是鲨鱼皮破裂现象，其出现与口模的尺寸有关。所以在模具设计时注意尽量利用口模的直径、长径比等对鲨鱼皮形成的影响。
2现则特殊的口模材料，如合金钢等，对口模材料进行特殊处理。
3根据聚合物选择加工助剂，改变流动边界条件，可以缓解或消除熔体破裂。
4根据熔体破裂的温度效应，提高或降低温度，具体情况要结合聚合物的种类等来确定。
39简要说明口模长径比（L/D）、聚合物熔体的弹性行为强弱和重均相对摩尔质量分数对聚合物熔体破裂的临界剪切应力的影响规律。
1. 适当增加长径比，tc增大
2. 分子量增加，临界剪切应力降低
3. 弹性回复大，tc增大
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？
意义：可以了解材料结构；了解流体加工性能。
条件：实际加工条件，材料性状

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，得到接近加工条件下的流体流变性能，可观察到挤出物的形状，适和高剪切条件下的测定。
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/d>100 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，映物料混合情况及其能耗。
42 毛细管流变仪和旋转流变仪在用途上为什么分别适用于分别为聚合物流体的加工和聚合物流体的结构研究服务？毛细管流变仪在流体结构研究上有何不足？旋转流变仪为何不适用于为加工成型提供工艺条件上的依据？
1. 因为液体粘度对剪切速率和剪应力有依赖性
2. 毛细管存在压力降、热效应、溶体压缩性影响
3. 条件假设稳态、等温、无末端效应，条件限制大
43 乌氏粘度计在用于测试聚合物的相对分子质量大小时需要注意什么哪些方面？为什么？
1浓度要在稀溶液范围内；
2时间不可以太短，因为间导出剪切速率，要求需在零剪切条件下，以减小误差；
3要很好的清洗，因为易出现吸附作用而使毛细管内径相对减小，使测量不准确。
44 落球粘度计一般适用什么样的流体？为什么？
牛顿流体
不易得到剪应力和剪切速率等流变数据，且γ值不均匀，数据处理困难。
45 在使用旋转流变仪进行测试的时候，使用椎板和使用平行板存在什么不同？
椎推板：使用椎板时剪切速率在样品各位置等同；
平行板：剪切速率在板中位置为线性关系。

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？
聚合物的加热、冷却、交联、结晶。（取向、降解）
加热为了让聚合物产生流动性，冷却为了使产品定型。
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。
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
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
热固性和热塑性塑料
顺着流动的方向作平行的排列。
47 在聚合物成型加工过程中有哪些加热方式？
（1）外加热方式
蒸汽加热：效率较低但不易过热；
电加热：效率高、易控制、清洁，但易过热焦化；
微波加热：清洁、高效、对反应有促进，但对设备依赖性大(微波焊接)；
其它外加热方式：煤火加热(用于回收)。
（2）内摩擦热：基于聚合物流体剪切变稀特性，由粘度反馈控制的结果使体系不易过热焦化，但容易引起部分聚合物的降解或交联。
48 什么是内摩擦热？其特点？
内摩擦热:运动流体分子间产生的摩擦，应变能转化为热能
基于聚合物流体剪切变稀特性,由粘度反馈控制的结果使体系不易过热焦化,但容易引起部分聚合物的降解或交联。
49 环氧树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
50 聚合物结晶度的测定方法有哪些？测定结晶动力学的方法有哪些？
1，结晶度的测定方法：量热法、Ｘ射线衍射法、密度法、红外光谱法、核磁共振波谱法。
2，结晶动力学测定方法：用膨胀计测量聚合物在结晶过程中的体积变化
51 请分别列出你所知道的结晶聚合物和无定形聚合物品种？
1，结晶聚合物：聚乙烯、等规聚丙烯、聚甲醛
2，无定形聚合物：聚苯乙烯、聚氯乙烯、聚碳酸酯、有机玻璃
52 什么是二次结晶？什么是后结晶？什么是后收缩？
二次结晶：在成型加工过程中，结晶聚合物材料在一次结晶完成后，其中的非晶部分或结晶不完整的区域再次缓慢结晶的过程，通常很慢，可达几年甚至几十年。
后结晶：成型加工过程完成后，制品中来不及结晶的部分继续结晶的过程。
后收缩：制品脱模后室温下放置1小时后所发生的收缩。如PP注射件后收缩约1-2%。后收缩的90%部分一般发生在脱模后的6小时以内，余下的10%约在10天之内完成，在脱模24小时后一般认为制品基本定型。
53 聚丙烯材料的尺寸稳定性一般较差，热收缩较大，不适合精密器件的加工制造，其原因是什么？如何改进？
结晶，分子链运动
填充改性： 硅酸钙填充聚丙烯，降低成本，提高刚性、耐热性，尺寸稳定性
54 聚丙烯通常容易在成型加工过程中出现真空泡，形成原因是什么？如何才能避免？
原因：原料受热后蒸汽过大，充注料量不足或注射压力低，急速冷却体积损失
方案：1.提高注射压力、速度，增加料量
2. 提高原料温度
3. 通过烘干等手段降低样品湿度
55 什么是取向？
是指在某种外力作用下，分子链或其他结构单元沿着外力作用方向择优排列的结构。
56 在聚合物加工和成型过程中，聚合物流体一般存在两种流动形式，剪切流动和拉伸流动，两种流动形式可分别引起剪切取向和拉伸取向，请简单分析两种取向产生的温度条件？两种取向过程的主要特点分别是什么？
给定拉伸比和定温下，温度越低越好（不低于玻璃化温度）；给定拉伸比和定温下，拉伸速度越快所得分子定向程度越高；给定拉伸比和定温下，拉伸比越大，定向程度越高；不管拉伸情况如何，通常对温敏的聚合物材料而言，其冷却速率越大，能保持定向程度越高。

57 聚合物产生降解的机理有哪几种？请分别举例说明？
(1)热氧降解作用 聚丙烯酰胺在水中
(2)力化学降解作用 PVC振磨作用
(3)光化学降解作用 苯胺 水中催化剂
(4)发生水解、酸解等逆化学反应 尼龙6
(5)催化降解作用（催化剂残留等） 染料 ZnO
(6)生物降解作用等 聚乳酸
58 一般避免聚合物降解的措施要从哪些方面考虑？聚合物制品产生降解的表现或后果有哪些？判断聚合物制品中的聚合物组分是否发生降解的依据或方法有哪些？
主要措施：
(1)原料控制：聚合物工业合成或改性过程中引入的催化剂、引发剂、酸、碱等杂质的控制；聚合物分子链结构中双键、支链结构等的控制。
(2)使用之前严格干燥：特别是对于聚酯、聚醚、聚酰胺等经缩合反应得到的聚合物。
(3)确定合理的加工工艺技术和条件。
(4)改善加工设备和模具结构：主要消除死角、缝隙、减少过长的流道、提高温度控制精度和冷却系统的工作效率。
(5)适当引入稳定剂等加工助剂：提高聚合物分子量结构的稳定性（如PP），或改善聚合物流体流动性（如PVC）
降解现象的主要后果：
(1)聚合物制品的外观变坏，如颜色变黄……(2)聚合物制品内在质量下降，如力学强度或依存于聚合物分子链的功能性特征减弱(3)聚合物制品的使用寿命缩短
判断聚合物制品中的聚合物组分是否发生降解的依据或方法
涉及聚合物材料的老化行为演变特征，与其降解的机理相对应，需要提供相应的技术条件进行老化处理，然后采用阿累尼乌斯方程进行预测。
59 什么是聚合物的交联？地板采暖用交联聚乙烯管材用的聚乙烯交联方式有哪些？
交联反应：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自带的反应基团的作用或自带反应活点与交联剂的作用而以化学键合的形式，形成体型结构高分子材料或制品的现象。
方式：加热交联、辐射交联、添加交联剂交联
(1)热塑性树脂的交联高活性中心+桥接分子(2)热固性树脂的交联多官能团反应(3)橡胶的硫化（熟化）高活性中心+桥接分子或者多官能团反应
60 试分析聚合物制品内产生应力集中的因素有哪些？
① 分子链刚性：刚性越大，熔体粘度越高，分子链活动性差
② 分子链极性：分子链极性越大，分子间相互吸引作用力越大，移动困难
③ 取代基团位阻效应：体积越大，妨碍大分子链自由运动
61 一般在反应加工过程中聚合物交联反应难以反应完全的原因主要是什么？
（1）随反应进行，体系内逐渐形成体型结构，体系的粘度增加，导致官能团或者活性中心和桥联分子的活动能力降低，化学键合过程受到抑制。
（2）反应过程中产生的气体等产物可能对反应具有阻碍作用。
62 聚合物交联一般可对聚合物制品的哪些性能有改善作用？
（1）物理机械性能：拉伸强度、抗撕裂强度、回弹性、硬度、定伸强度、伸长率、永久变形性
（2）耐热性
（3）高温尺寸稳定性
（4）耐化学药品性
（5）加工性能：不利于资源的回收再利用
63 什么是材料设计？在材料设计过程中有哪些基本设计原则？
1，材料设计：简单而言，即配方设计；广义而言，包含与材料配方相关的配套技术。如:拜耳材料科技。
2，基本设计原则：
(1)制品的最终性能要求：实用、合理、美感……是否有用？
(2)成型加工性能要求：流变性能、材料稳定性……能否做出来？
(3)成本控制对选材的要求：选材来源易、产地近、质量稳定、价格合理……有无合适原料？
(4)产品的经济性能要求：性价比合适……是否有市场空间？
(5)产品的环保性能要求：包括产品生产过程及销售后所带来的各种环境问题(社会效益)……是否符合法律法规政策？
(6)其它需要遵循的基本原则
64 在工业生产中常用的材料设计体系的表示方法有哪两种？
(1)以聚合物基体组分作为100份，其它组分则以相对于聚合物基体的质量分数表示，便于计量，在科研和生产中广泛使用。
(2)以材料体系总量作为100份，材料体系中各组分占总量的质量分数即其含量，便于材料消耗计算及财务成本核算。
65 材料设计体系的基本组成包括有哪些组分？各自功能？
原料组成
重量分数
PVC(XS-2型)
100
DOP
40
DBP
5
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)
100
DOP
40
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
PP
100
聚丙烯蜡
5
抗氧剂1010
0.6
抗氧剂168
0.2
硬脂酸钙
1.0
锌白母料
1
聚合物基体：热塑性材料、热固性材料（聚合物种类很多）
添加剂(助剂):
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
66 在进入混合设备之前，一般如何实现少量液体或粉末添加剂与大量颗粒或粉料聚合物材料的预混合？
（1）在聚合物块料或粒料中添加少量液体添加剂时：液体浸润并粘附在块料或粒料的表面上
（2）在聚合物块料或粒料中添加少量粉体添加剂时：一般采用少量惰性液体将粉体粘附在块料或粒料表面上
（3）在聚合物粉料中添加少量液体添加剂时：用适量惰性溶剂稀释添加剂后与聚合物粉料混合
（4）在聚合物粉料中添加少量粉体添加剂时：
67 添加剂有时被成为工业上的味精，其在材料体系中的作用或使用目的？
• 改善加工性能 • 提高制品的使用性能 • 改善制品性能以扩大使用范围 • 降低制品生产成本   • 获得制品的特殊性能，如导电、抗菌等
68 什么是增塑剂？在PVC成型加工过程中应用增塑剂的目的是什么？基本原理？
为了改进聚合物材料在成型加工过程中的流动性，或同时增进制品的柔顺性，常在聚合物中加入的一类物质，借以降低聚合物分子之间的相互作用力，这种物质称为增塑剂。
基本原理：聚合物大分子链通常通过分子间相互作用而形成许多聚合物链缠结点，从而使聚合物流体具有一定的刚性，这些缠结点可以在分子热运动中解脱和复结，并处于一种相对稳定的平衡状态，增塑剂分子以溶剂化及偶极力作用而插入聚合物分子链之间，并与聚合物分子链形成相互间的联结点，这种联结点的数目在一定温度和浓度条件下变化不大，但破坏了聚合物分子之间的相互缠结作用，从而赋予聚合物流体良好的流动性及相应性能的改变。
69高分子材料在成型加工之前一般需要进行那些预处理？
1. 聚合物过筛、吸磁处理
2. 增速料预热
3. 配成添加剂含量高的母料
70聚合物材料成型加工中常涉及到母料，如碳酸钙填充聚乙烯母料，什么是母料？通常主要起什么作用？
母料是指在塑料加工成型过程中，为了操作上的方便，将所需要的各种助剂、填料与少量载体树脂先进行混合混炼，制得的粒料。
母粒主要改善一些助剂的分散性，相容性，改善环境，防止一些粉尘助剂飞扬。
71 聚合物制品抗臭氧破坏的防护方法有哪些？
物理防护法：添加蜡或制品表面涂覆烷基树脂、PVC、酚醛树脂，适用于静态环境防护
化学防护法：添加抗臭氧剂，适用于动态环境防护
72在聚丙烯汽车保险杠的注射成型生产过程中，如果需要进一步提高制品的韧性，请分析可以采取哪些措施对生产进行相应的调整？
① 化学改性：共聚、交联、接枝、茂金属催化剂
② 物理改性：共混增韧、无机刚性粒子增韧、β晶型成核剂
73超高分子量聚乙烯的加工（如挤出成型）非常困难，为了改善其加工性能，有些学者在体系中加入了一定量的聚丙烯，从而实现了在挤出机中良好的挤出操作，请给出其基本原理。
PP为高流动性树脂在共混体系中起润滑剂的作用，当共混体系被加热到熔点以上时，超高分子量聚乙烯树脂就会悬浮在第二组份树脂的液相中，形成可挤出、可注射的悬浮体物料。
74什么是聚合物复合材料？通常所指的杂化材料是什么概念？
聚合物料是由以聚合物为基体两种或两种以上物理化学性质不同的物质组合而成的一种多相固体材料
杂化材料是包含有二种在纳米或分子水平成份的复合材料。
75 混合？分散性混合？非分散混合？
混合料体系各组分按照一定的配方和比例，在其基本单元没有发生本质变化的情况下，在整个材料体系系统的全部体积内，不断细化和趋于均匀分布的过程。
非分散混合：通过重复地排列少组分增加其在混合物中空间分布的均匀性而不减小粒子初始尺寸的过程。
散混合：使颗粒尺寸减小并趋于极限值，同时增加相界面，提高混合物的均匀性
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：由两种或两种以上高分子材料构成的复合体系
高分子合金按其结构的差异，可分为聚合物共混物、嵌段共聚物、接枝共聚物，混为其中一种
77对于热力学不相容的高分子共混体系，为什么在工业上仍然能够制得相态稳定的制品？
① 高聚物粘度大，分子链段移动困难，相分离需要时间长
② 共混物相界面因分子链段相互扩散形成过渡层，稳定相界面
③ 共混过程中，共混高聚物分子链因剪切作用发生破坏，嵌段和接枝共聚成新的共聚物，提高相容性
④ 小颗粒填料等附加物可以促使混合物相趋于细小，均匀稳定
⑤ 交联作用可使所获得的均匀分散相态稳定，不易相分离。
78单一的聚合物品种往往难以满足某些使用场合的需要，因而在材料设计时需要选用不同的聚合物进行共混，以达到取长补短的效果。在选用聚合物共混体系时一般需要遵循那些原则？如何提高共混物的相容性？
① 化学结构相似原则、极性相似原则、溶解度参数相近原则、粘度相近原则、表面张力相近原则、分子扩散动力学原则
② 增容剂改性、增加基团之间相互作用、形成交联聚合物、形成互穿聚合物网络、其他方法
第二部分：高分子材料及成型加工方法
79 什么是挤出成型？
概念：使聚合物的熔体（或者粘性流体）在挤出机中螺杆或者柱塞的作用下，通过一定形状的口模，连续成型得到断面形状基本恒定的连续型材制品的一类成型加工方法，又称为挤塑或挤出模塑。
80 挤出机螺杆一般分为哪三个功能段？其分别具有怎样的主要功能和特点？
• 加料段 靠近料斗一端，在该段对物料主要起传热软化，输送作用，无压缩作用。是固体传输
• 压缩段 螺杆的中断。物料在此段继续吸热软化，熔融，直到最后完全塑化，塑料在该段内可以进行较大程度的压缩。
• 均化段（计量段）靠机头口模一端。为等距等深的浅槽螺纹，起作用是把压缩段送来的已塑化的物料，在均化段的浅槽和机头回压下搅拌均匀，成为质量均匀的熔体，并且为定量定压挤出成型创造必要条件
81 什么是螺杆的压缩比？什么是塑料的压缩比？
一般指螺杆加料段第一个螺槽的容积和均化度最后一个螺槽的容积之比，表示塑料原料通过螺杆的全过程中被压缩的程度。根据加料段和均化段螺杆等距等深的特点，螺杆的压缩比是指加料段最后一个螺槽的容积和均化段第一个螺槽容积之间的比值。
82 为什么挤出机具有专用性？有时又可以一机多用？
专用性：• 与物料性质对应  • 专用性强  • 螺杆形式很多
一台挤出机，只要更换机头口模，就能加工多种塑料制品。挤出机也能进行混合、塑化、造粒。挤出机与压进机配合，可以喂料生产压延薄膜，与油压机配合生产模压制品。
83在螺杆挤出机或移动螺杆注射机中，塑料熔融塑化成流体所需要的热量主要来自哪两大方面？ 请说明各自的特点。
① 料筒温度 由料筒外的加热温度而定
② 摩擦热 起主要作用，随时间的增加而增长
84 有哪些措施可以提高挤出机的固体输送能力？
• 从力学分析角度分析  降低物料与螺杆之间的摩擦系数，提高物料与料筒之间的摩擦系数。
a. 提高螺杆表面的光洁度 b. 料筒内表面开设纵向沟槽 c. 在螺杆中增设水冷，降低螺杆表面温度
• 从挤出机螺杆结构的角度分析 a. 增大螺槽深度H1  b.增大螺旋角θ
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？
正流qVD ：主要流动形式，沿落槽向前
逆流qVP ：与正流方向相反，由阻力产生，可降低生产效率；
横流qVT ：物料在螺槽内沿X、Y轴方向环流；
漏流qVL ：从螺杆和料筒之间的间隙向料斗方向的流动。
挤出机生产能力：qV= qVD - qVP - qVL
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φ的三次方，当φ增加后漏流量明显增加，所以生产能力降低
87如图为一种聚乙烯的ηa-γw关系曲线，请说明在加工过程中应当将剪切速率选在哪个范围？为0
500
1000
1500
2000
4000
6000
8000
ηa ，泊
γw ， s-1
什么？（7分）
中间段，非牛顿流体区

88 什么是注射成型？什么是注射成型周期？
概念：将粒状或粉状高分子材料加入注射机料筒，经加热熔融塑化呈流动状态，然后在注射机柱塞或螺杆快速而又连续的压力下，从料筒前端的喷嘴中以很高的压力和很快的速度注入闭合的模具中，充满模腔的熔体在受压情况下经冷却（热塑性材料）或加热固化（热固性材料）后，开模获得与模腔相对应制品的一种成型加工工艺方法。
注射成型周期：完成一次注射成型的全部时间
89 什么是注射量？什么是塑化量（也称塑化能力）？
注射量：注射机在注射螺杆或柱塞做一次最大行程时，注射机所能够提供所射出物料的最大体积或质量。
塑化量：单位时间内料筒将高分子物料体系转变为流动性可满足成型加工需要流体的质量，通常也称为料筒的塑化量。是决定注射机实际生产能力的一个重要环节。
90 注射机生产能力的衡量主要考虑哪两个指标？
1、注射量：注射机在注射螺杆或柱塞做一次最大行程时，注射机所能够提供所射出物料的最大体积或质量。
2、锁模力：注射机合模机构所能够产生和提供最大的模具闭紧力，可反映注射机所能够成型制品在垂直于合模轴线的平面上投影面积的大小。
91 什么是流延现象？有何危害？一般如何防止？
流延现象：让流体以一定速度从一个出口流出来，并且把那个出口在一定轨迹上面移动，流体就铺开来了得现象。
为了防止出现流延现象，喷嘴通常为细孔结构，喷嘴温度降低

92 注射成型工艺条件一般如何确定？出现披锋时如何调整工艺条件？
① (1) 温度T
a料筒温度选择
• 满足塑化需要，Tm或Tf以上Td以下。
• 料筒温度偏高虽然可以得到较高的生产效率，但容易引起聚合物材料降解，导致成型制品的机械性能降低。
• 而料筒温度过低则容易造成制品缺料、表面无光泽、产生熔接痕，且生产效率低、生产周期长。
b喷嘴温度选择
• 为了获得高的流体流动速度同时防止出现流延现象，喷嘴通常为细孔结构。
• 喷嘴温度较高，流体流动阻力小，生产效率高，但容易出现流延现象；
• 喷嘴温度过低，无流延现象产生，但流体流动阻力大，生产效率低，且容易将冷料带入模具的腔体中(超出冷料井的工作承受能力)。
c模具温度选择
• 会影响流体充模过程中的流动性为进而影响制品的物理性能和表面状态
• 一般模具温度采用介质(Tc)控制冷却速度时，若Tc<Tg称骤冷； Tc≈Tg称中速冷； Tc>Tg称缓冷
 (2) 压力P
尺寸大，形状复杂，薄壁制品，模具流动阻力大——高压
Tg高，熔体粘度高——高压
料温较低——高压
(3)注射速度
速度↑，物料受剪切↑，生热↑，T↑,充模压力↑，充模顺利，生产周期短。但速度↑↑，料流为湍流，严重时引