聚合物加工原理.doc

1.什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？
玻璃态、高弹态和粘流态称为聚合物的力学三态。
玻璃态：内能大，弹性模量大。高分子主链键长、键角只能发生微小变化，形变很小，不能进行大变形的成型，主要进行冷加工，车、钻、锉、切螺纹。
高弹态：内能降低，弹性模量较低。外力作用，分子主链发生运动，变形能力增大，形变可部分恢复，可进行大变形成型加工，可进行压延、中空成型、热成型。
粘流态：外力作用，整个分子链都可以运动，材料会发生持续变形，形变不可逆，可进行挤出、注射。
2、影响聚合物粘度的因素分别有哪些？
对于高聚物熔体来说，影响粘度的因素有许多，应力、应变速率、温度压力、分子参数和结构、相对分子质量分布、支化和添加剂等。但归结起来有两个方面：
(1)熔体内的自由体积因素，自由体积- 粘度ˉ
(2)大分子长链间的缠结，凡能减少缠结作用因素，都能加速分子运动，粘度ˉ
3、压力流动、收敛流动、拖拽流动的定义及各自常见发生场合。
压力流动：在简单的形状管道中因受压力作用而产生的流动。<受力:压力、剪切力>；聚合物成型时在管内的流动多属于压力梯度引起的剪切流动。如注射时流道内熔体的流动。
收敛流动：在截面积逐渐减小的流道中的流动。<受力:压力、剪切力、拉伸力>；多发生在在锥形管或其他截面积逐渐变小的管道中。
拖拽流动：在具有部分动件的流道中的流动。<受力：拉伸力、剪切力>，如在挤出机螺槽中的聚合物流动以及线缆包覆物生产口模中。
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？
加料段（Ⅰ）、压缩段（Ⅱ）、均化段（Ⅲ）
加料段（Ⅰ）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。
压缩段（Ⅱ）作用：压实物料，使物料由固体转化为熔体，并排除物料中的空气。
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、简单叙述挤出成型、注射成型、压制成型、压延成型各自的工艺过程。
1、挤出成型工艺主要程序：物料的干燥，成型，定型与冷却，制品的牵引与卷取，制品的后处理。
2、注射过程：塑化→充模→保压→冷却→脱模
3、压制成型过程主要包括：加料、闭模、排气、固化、脱模与清理模具。
4、压延工艺过程：
○1供料阶段：捏合 → 塑化 → 供料
○2压延阶段：压延 → 牵引 → 刻花 → 冷却定型 → 输送 → 切割、卷取
6、比较注塑螺杆和挤出螺杆在结构上的主要差别。
注塑螺杆长径比比挤出螺杆小；
注塑螺杆均化段螺槽深度比挤出螺杆深；
注塑螺杆压缩比比挤出螺杆小；
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；
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
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。

7、中空吹塑成型和热成型各自主要的工艺方法有哪些？
中空吹塑的主要的工艺方法：挤出吹塑成型、注射吹塑成型、注射拉伸吹塑成型。
热成型的主要的工艺方法：真空成型、压力成型、覆盖成型、柱塞辅助成型、推气成型、对模成型。
8、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
一次成型：
○1挤出成型：管材、板材、薄膜、线缆包覆物
○2注射成型：
○3模压成型：块状模塑复合料BMC(Buck Molding Compound)和片状模塑复合料SMC(Sheet Molding Compound)。
○4压延成型品：管材、板材
二次成型：
○1中空吹塑成型：瓶、容器、儿童玩具、家电零部件办公用品，还可以用于汽车保险杠，燃油箱等汽车工业零部件，叫做“工程吹塑”。
○2热成型：热成型适应性很广，如一粒小药片的包装、一次性使用的饮料杯、各种商品的仿型包装、冰箱内胆、汽车和游艇的外壳部件、化工容器直到一个室内游泳池的成型，都可用热成型方法制造。
○3拉幅薄膜的成型：薄膜
9.螺杆的主要参数对加工的影响：
直径：D↑，加工能力↑。挤出机生产率∝D2，D通常为45~150mm；
长径比：L/D↑，改善物料温度分布，有利于混合及塑化，生产能力↑； 但L/D过大，物料可能发生热降解，螺杆也可能因自重而弯曲，功耗增大；L过小则塑化不良。L/D通常为18~25；
螺槽深度： 螺槽深度↓，剪切速率↑，传热效率↑，混合及塑化效率↑，生产率↓。故热敏性塑料宜用深螺槽，而熔体粘度低且热稳定性好的塑料宜用浅螺槽。
螺旋角： 螺旋角↑，生产能力↑，对塑料的剪切作用和挤压力↓。
10.简述离模膨胀的含义、原因及主要影响因素。
答：定义：被挤出的聚合物熔体断面积远比口模断面积大的现象。
离模膨胀比定义为充分松弛的挤出物直径d与口模直径D之比。圆形口模的离模膨
胀比为：B = d/D 或 B’ = d2/D2＝B2
原因：a、取向效应b、弹性变形效应c、正应力效应
影响因素：
1)长径比一定，B随剪切速率增加而增大。在熔体破裂临界剪切速率之前有最大值Bmax，而后下降；
2)低于τc之下，B随τ增加而增大。高于τc时，B值则下降；
3)在低于临界?c的一定的剪切速率下，B随温度升高而降低；
4)剪切速率恒定，B随长径比L/D的增大而降低。L/D超过某一数值时，B为常数。
5)离模膨胀比随熔体在口模内停留时间呈指数关系地减少。
6)离模膨胀比随聚合物的品种和结构不同而异。线性、柔性聚合物位阻低，松弛时间短，B值小；粘度大，分子量高，分布窄，非牛顿性强，松弛缓慢，B值大。

11、压延效应产生的原因及减小的方法是什么？
答：产生的原因：在压延过程中，热塑性塑料由于受到很大的剪切应力和拉伸应力作用，因此高聚物大分子会沿着压延方向作定向排列，以至制品在物理机械性能上出现各向异性，即压延效应。
减小的方法：物料温度适当提高，可以提高其塑性，加强大分子的运动，破坏其定向排列，可降低压延效应；降低辊筒转速，则压延时间增加，压延效应降低；辊筒存料量少，压延效应也降低；增加制品的厚度，可减小压延效应；尽量不使用各向异性的配合剂，压延后缓慢冷却，有利于取向分子松弛，也可降低压延效应。
12、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塑料注射成型制品的变形收缩。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，制件中大分子的进一步形变能使制件变形。制品收缩的主要原因是熔体成型时骤冷使大分子堆积得较松散（即存在“自由体积”）之故。在贮存和使用过程中，大分子的重排运动的发展，使堆积逐渐紧密，以致密度增加体积收缩。能结晶的聚合物则因逐渐形成结晶结构而使成型的制品体积收缩。制品体积收缩的程度是随冷却速度增大而变得严重，所以加工过程急冷（骤冷）对制件的质量通常是不利的。无论是变形或是体积收缩，都将降低制品的因次稳定性；严重的变形或收缩不均匀还会在制品中形成内应力，甚至引起制品开裂；同时并降低制品的综合性能。
○2在Tg~Tf的温度范围内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，使制品的形状能够较快地稳定下来。某些制品在热处理过程辅以溶胀作用（在水或溶剂中热处理或将制品置于溶剂蒸汽中热处理，更能缩短松弛时间）。例如在纤维拉伸定型的热处理中，若吹入瞬时水蒸气，有利于较快地消除纤维中的内应力，提高纤维使用的稳定性。通过热处理不仅可以使制品中的内应力降低，还能改善聚合物的物理机械性能，这对于那些链段的刚性较大、成型过程中容易冻结内应力的聚合物如聚碳酸酯、聚苯醚、聚苯乙烯等有很重要的意义。
13.分别阐述聚合物在高弹态和粘流态时的粘弹性形变特点。
即使在较小的外力作用下，也能迅速产生很大的形变，并且当外力除去后，形变又可逐渐恢复。这种受力能产生很大的形变，除去外力后能恢复原状的性能称高弹性，相应的力学状态称高弹态。
当温度升到足够高时，在外力作用下，由于链段运动剧烈，导致整个分子链质量中心发生相对位移，聚合物完全变为粘性流体，其形变不可逆，这种力学状称为粘流态。
14.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。
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，需要使液体产生流动的最小应力ty称为屈服应力。当t < ty时，完全不流动 。
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。
牛顿流体：在一维剪切流动情况下，当有剪切应力于定温下施加到两个相距dr的流体平行层面并以相对速度dv运动，剪切应力与剪切速率成线性关系的流体称为牛顿流体.
宾汉流体：当切应力sτ小于某临界值sy时，根本不流动，即γ＝0假塑性体：在流动曲线上为某一切速率γ下与原点相连直线的斜率。当n＝1时，流动属于牛顿型。当n不等于1时，n表示该流体与牛顿流体的偏离程度，故n称为非牛顿指数；当n<1时，属假塑性体。胀塑体特点：无屈服应力，一个无限小的剪切应力就能使其开始运动。其表观粘度随切变速率的增大而增大，故称作切力增稠体。n>1。
15、简述单螺杆挤出机的基本结构，螺杆的基本参数，机头和口模的组成部件。
基本结构主要包括：传动装置、加料装置、料筒、螺杆、机头与口模。
螺杆的主要参数：直径、长径比、压缩比、螺距螺槽深度、螺旋角、杆筒间隙
机头与口模： 主要组成：滤网、多孔板、分流器、模芯、口模和机颈等。
16、论述塑料的一次成型和二次成型的联系和区别，并举例说明。
答：一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。一次成型包括挤出成型、注射成型、模压成型、压延成型等，成型制品从简单到极复杂形状和尺寸精密的制品，应用广泛，绝大多数塑料制品是从通过一次成型法制得的。
二次成型是将一次成型所得的片、管、板等塑料型材，加热使其处于类橡胶状态，通过外力作用使其形变而成型为各种简单形状，再经冷却定型而得制品。二次成型包括中空吹塑成型、热成型、拉幅薄膜的成型等方法，仅适用于热塑性塑料的成型。二次成型是在一次成型的基础上进行成型的一种方法。
区别：
成型对象 成型温度 形变
一次成型 粉料、粒料 Tf或Tm以上
粘流态 流动或塑性形变
二次成型 热塑性塑料的型材 Tg～Tf或Tm间
类橡胶状 推迟高弹形变
如PVC挤出吹塑成型过程：
挤出管坯→合模→送入压缩空气，吹胀型坯→保压、冷却定型后脱模
挤出管坯应属于一次成型，后面的成型过程属于二次成型，具体从成型对象、成型温度、形变来具体说明二者联系和区别。
17. 为什么在一种设备上螺杆转速（n）不能过高？并且靠增加转速来提高生产率也是有限度的？ 答： 随着转速的增加，物料所受到的剪切作用加大，即剪切速率增大，因为大多数聚合物都是假塑性流体，因此，随γ↑，η↓，则漏流↑，逆流↑，所以，当转速高到一定程度时，漏流和逆流对产量的影响就不能忽略了。 在实际生产中，也不能靠提高螺杆的转速无限制的增加生产能力，随n不断提高，剪切速率达到一定范围后，就会出现熔体破裂现象。也就是说，对n的提高，限制性的因素就是是否出现了熔体破裂。经以上讨论，可知，随n的提高，可以提高生产率，但n的提高是有限制的。
18. .蠕变：在一定温度下，固定应力，观察应变随时间增大的现象。
应力松弛：在温度和形变保持不变的情况下，高聚物内部的应力随时间而逐渐衰减的现象。
熔体破裂：聚合物熔体在高剪切速率时，液体中的扰动难以抑制并易发展成不稳定流动，引起液流破坏的现象。
熔融指数：在标准熔融指数仪中，先将聚合物加热到一定温度，使其完全熔融，然后在一定负荷下将它在固定直径、固定长度的毛细管中挤出，以十分钟内挤出的聚合物的质量克数为该聚合物的熔融指数。假塑性流体：流动很慢时，剪切粘度保持为常数，而随剪切速率或剪切应力的增大，粘度反常地减少——剪切变稀的流体。膨胀性流体：剪切速率超过某一个临界值后，剪切粘度随剪切速率增大而增大，呈剪切变稠效应，流体表观“体积”略有膨胀的的流体。
拉伸流动：当粘弹性聚合物熔体从任何形式的管道中流出并受外力拉伸时产生的收敛流动。
剪切流动：质点速度仅沿着与流动方向垂直的方向发生变化的流动。
螺杆压缩比 ；螺杆加料段第一个螺槽的容积与均化段的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。
19. 聚合物的应用：导电高分子聚合物（柔性视频显示器）液晶高分子聚合物（印刷电路板、喷气发电机零件）聚合物锂离子电池。
20.举例说明高聚物熔体粘弹性行为的表现。
聚合物流动过程最常见的弹性行为是端末效应和不稳定流动。端末效应包括入口效应和模口膨化效应(离模膨胀)即巴拉斯效应。不稳定流动即可由于熔体弹性回复的差异产生熔体破碎现象。
聚合物粘弹性行为及特点：1.蠕变：固体材料在保持应力不变的条件下，应变随时间延长而增加的现象。它与塑性变形不同，塑性变形通常在应力超过弹性极限之后才出现，而蠕变只要应力的作用时间相当长，它在应力小于弹性极限时也能出现。2.粘弹性材料在总应变不变的条件下，由于试样内部的粘性应变(或粘塑性应变)分量随时间不断增长，使回弹应变分量随时间逐渐降低，从而导致变形恢复力（回弹应力）随时间逐渐降低的现象。3.滞后：黏弹性物体在加载、卸载时需经历一段时间方能完成应变的现象。内耗——是指材料在弹性范围内由于其内部各种微观因素的原因致使机械能逐渐转化成为材料内能的现象。与滞弹性的关系——从宏观上看，金属的滞弹性行为是引起内耗的主要因素，并以此称为滞弹性内耗。
21.如何获得单螺杆挤出机最大的固体输送速率?
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 选择适当的螺旋角。
工艺角度：1 增加料筒温度（fb↑）；②降低螺杆温度（fs↓）。
22.简述聚合物熔体在挤出机均化段的流动形式。熔体在均化段的流动包括四种形式：正流、逆流、漏流和横流。正流，亦称拖曳流动：由于螺杆旋转时螺棱的推挤作用引起物料沿螺槽方向(z方向)向机头的流动，这是均化段熔体的主流。逆流，亦称压力流动：由于机
头口模、过滤网等对料流的阻碍作用使料流沿螺槽反向的流动。横流：螺棱的推挤作用和阻挡作用造成的物料在落槽内的往复流动，仅限于在每个落槽内的环流。漏流：机头口模、过滤网等对料流的阻碍作用。
23.什么叫螺杆的长径比？螺杆长径比的增加对物料的加工有何好处？
螺杆有效工作长度与直径之比。n一定时，L/D增加，物料在螺杆中运行时间延长，有利于物料塑化与混合，使升温过程变缓；可使均化段长度增加，可减少逆流和漏流，有利提高生产能力。
24.请分别写出以下制品最多可以用哪些成型加工方法来生产：
* 线缆包覆层：挤出成型* 沙滩鞋底：压延成型、注射成型* 橡胶的胎面：压出成型、模型硫化* 小型儿童玩具：热成型、注射成型、挤出成型、搪塑成型* 尼龙薄膜：压延成型、挤出成型、吹塑成型* 矿泉水瓶：注射成型、挤出成型* 塑料水桶：注射成型* 医用标本：嵌铸成型
25.铸塑成型有哪几种方式？
铸塑技术包括静态铸塑、嵌铸、离心浇铸以及流延铸塑、搪塑和滚塑等。
26. 了解影响生产率大小的主要因素
答;拖曳流、压力流（这两者与螺槽深浅有关）、漏流。

菜：Fried Eggs and Tomatoes is a common dish for the Chinese households It's just like
what it sounds: Fried eggs cooked with tomatoes! It is a very simple dish and only takes
a few minutes to prepare. First you have to crack the eggs and slice the tomatoes. The
tomatoes can also be cubed or cut in different ways based on preference. After the
ingredients are ready, you have to heat up the pan with meadium heat and add about a
tablespoon of oil. After the oil has been heated, pour the eggs into the pan and wait a few
seconds as the liquid starts to cook. When the egg is alomost solid, add salt based on
preference. When the eggs have become solid, start to break them up into smaller pieces.
Add the prepared tomatoes and cook for only a minute or so, we don't want to overcook
the eggs! That's it! Eggs and tomatoes have been my favorite since I was a child. I have a
passion for eggs and any dishes that contains it. I especially enjoy this one because it is
something that I can cook in a very small amount of time and still fill me up.
关于爱：Love makes the world go around.Love to us human is what water to fish.Love
shines the most beautiful light of humanity,we born in it,we live by it.Too often we take
it as granted,but we should know love is a priceless gift we should cherish.But how to
cherish the love?I have heard a saying :the quickest way to receive love is to give it; the
fastest way to lose love is to hold it too tightly ；the best way to keep love is to give it
wings.It is important for us to learn to love as the first class in our life.Only when you
know how to love than you will be a real man in this world.Love brings us warmth in the
fearful coldness,love brings us bright when life gets hard and dark.Love brings us
confidence toward life when we are tired out and want to give up.Love deserves all the
admiring words,and love is even beyond the life and death.That is what love is all about
in my eyes.
城乡生活：I have lived in this city for five years, but before that I lived with my family
in a village about a thousand miles away from here. life is very different in the two
places, but there are things that I like about each of them.
In the country it is quiet and beautiful since there are not many people. The air is clean,
and there is beautiful scenery all around. The people who live in the country seem
friendly and helpful to their neighbors. The cost of living is low there, because food is
usually cheap. I like living in the city, too. In the city there are interesting things to do all
the time. People have a big choice of activities. There is a wide selection of movies, and
most of the theatres are good. Everything is convenient here, since in the city you live
close to grocery stores and schools. Traffic is efficient with regular schedules, so it is
easy to get from one place to another.
I was happy in the country, but there are good chances for work and study in the city, so I
will probably stay here for a period of time and there for another period of time.极限运
动： The pursuit of excitement Happy and excited pride Love adventure Passion,
excitement, challenge, courage 支持追星Starchaser is not blind. Your worship should
be truly worthy of your worship, the Not only has its own table, but you should be able
to shock the heart. 2. Starchaser is not crazy. Do not spend excessive time and money on
the Starchaser. Because of the halo stars should not cover your body to recover Stars also
have nothing to boast about, but should not be all your life has become. 3. Abandon the
narrow-mindedness. What they have the same idol is different, not because of the
different icons on the holders of other students or even hostile attitude of exclusion. 4.
Good at their idol was a positive experience in life lessons. In short, do not lose
Starchaser yourself, because you can only become your own.
完型答案：1.ABBDABCBDC 2.ADBBCCAADD
1)were to 2)inefficient 3)paved with 4)obliged 5)evidence 6)substantial decrease 7)potential 8)consumed 9)possible 10)the same
1)expensive 2)than 3)higher 4)imported 5)due to 6)Communities 7)remote 8)wages 9)subsidized 10)allowance
阅读：1. nonmonetary recognizing due adhere considered self-affirmation impede
thirst discharging rendering serve ceremonies belonging commit attend 2.everything
throw lost marriage fear financial alcohol taking where explained anxiety approached
shared structure3.more Pacific feather homeland intentions realize prodigy movie star
disappointed excited images impatientfailedwillful4.pushedup demand appreciation so as
to expected various unfortunately economics tells us lower interest demand
flattening use residential aligned
&&Snow was
1) swirling 2) delivered 3) glowed 4) intervals 5) converge
6) wanderings 7) navigate 8) jealousy 9) presence 10) absorbed