聚合物的加工性质 可模塑性、可挤压性、可延性、可纺性
玻璃态适合机械加工、固相成型
高弹态压力成型、吹塑成型、弯曲和拉伸操作 注意关键问题是：在保持外力作用下，把制品的温度迅速冷却到Tg 以下。也就是说要充分考虑到加工中的可逆形变，否则就得不到符合形状尺寸要求的制品。
粘流态熔体加工，如注射、挤出、压延、熔融纺丝、热贴合
Tb 以下，材料使用的下限。破碎加工
2）结晶聚合物处于不同聚集态时与加工的关系：加工方法：
a.Tg 以下， 机械加工；
b.Tg~ Tm 间，当外力大于材料的屈服强度时，可进
行薄膜和纤维的拉伸操作；
c.Tm 以上， 主要进行熔体加工。
一聚合物的可挤压性
1.定义：可挤压性是指聚合物受到挤压作用形变时，获得形状和保持形状的能力。 可挤压性的评价：熔体指数：
MI 指聚合物熔体在一定温度、一定压力下，10min 内通过标准毛细管的质量值，g/10min 。
二、 聚合物的可模塑性
1. 定义：聚合物在温度和压力作用下变形和在模具中模塑成型的能力。
模塑条件这里主要是指温度和压力
a.若温度太高时，虽然熔体的流动性好，易于成型，但会引起降解，制品的收缩率大；
b.若温度过低，虽然熔体粘度增大，但流动困难，成型性差，并且因弹性增加，使制品形状稳定性差；
c.适当增加压力，通常能改善聚合物的流动性；
d.压力过高时，会引起溢料和增大制品的内应力；
e.压力过低时，造成缺料。
A
温度T d c b a 线良不面表-a 线解分-b 线料溢-c 线料缺-d F E D C B G 区佳最塑模-A 难
困型成-B 化焦色着-C 形变料溢-D 足不模冲-E 限极性弹粘-F
只有当温度和压力落在A区时，才能得良好的制品
如果加热速度过快，制品表面熔融，内部仍然是固体物料，制品强度极差。（外熟内生）
若冷却速度快，表面硬化了，而内部还处于粘流状态，制品尺寸稳定性差。（真空泡）
三.聚合物的可纺性
1.定义：指聚合物通过加工形成连续固体纤维的能力。
具有可纺性的聚合物可以进行纺丝，作成纤维。
四.聚合物的可延性
1.定义：可延性是指无定形或结晶固体聚合物在一个或二个方向上受到压延或拉时伸变形的能力。生产长径比很大的产品
2.2.3影响聚合物粘度的因素
概述
1.自由体积：指聚合物中的空隙。它是大分子链段进行扩散运动的场所。
自由体积大，分子间距就大，分子间作用力小，大分子链段容易活动，聚合物粘度小。因此凡能引起自由体积增大的因素都能使聚合物粘度降低。
2.大分子长链之间的缠结：它使分子链运动变得非常困难。分子间缠结程度大，分子间作用力增大，大分子形成网络，分子不容易活动，聚合熔体粘度就大。因此凡能减小缠结作用的因素都能使熔体粘度降低。
一、温度lnη=lnA+Eη/RT 或η=A eEn/RT 刚性分子链Eη大，柔性分子链Eη小。Eη越大，熔体对温度越敏感。
二.压力压力～温度的等效性：增加压力对粘度的影响和降低温度的影响具有等效性，（△T/△P）η：（3-9）×10-2℃/atm 。
增大压力，粘度增大；升高温度，粘度降低。
在成型加工中，为提高产量，如果同时升高温度和压力，有可能使效果相反的两种效应相互抵消。如果压力效果大于温度效果，产量反而下降。
小结：对于假塑性液体： a. T↑，η↓； b. P↑，η↑； c.平均分子量↑，η↑； d.填料↑，η↑； e.增塑剂、溶剂使η↓。
一、剪切弹性
1.剪切弹性模量
①定义：剪切应力和弹性应变之比，表示物体抵抗形变的能力，用G 表示。
G=τ/γR
判断方法：比较松弛时间t*和外力作用时间t的大小
①t >>t*，聚合物总形变中以粘性形变为主；
②t < 松弛时间t *是剪切粘度η和剪切模量G之比。它是表示高聚物从一种平衡态到另一种平衡态所经历的时间。 t*＝η/ G t*=λ/E 二.拉伸弹性 拉伸弹性模量，杨氏模量，用E表示。 E=σ/εR 流动的缺陷产生的原因主要有滑移、端末效应、弹性的干扰、熔体破裂等。 一.管壁上的滑移 1.高分子在导管中流动时，在管壁处是时停时动的，这种现象称为滑移。 2.滑移造成的不良后果： a.影响流量的稳定性； b.使流变学中的一些公式产生误差； c.挤出物的形状不均匀，有时忽左忽右，忽细忽粗； d.使所测量的流变数据产生误差。 克服：降低剪切速率 二.端末效应包括入口效应和出口效应。 入口效应是指在管子进口处一段区域，产生较大的压力降。 .出口效应 a.出口效应指聚合物由管子流出时，料流直径发生先收缩后膨胀的现象。 b.产生收缩原因：料流速度自行调整，使得四周速度和中心速度大致相等。 c.产生膨胀原因：弹性形变恢复。 三.弹性对层流的干扰 根据Re的计算，聚合物熔体在流动时一定是层流，但实际过程中有时出现湍流。称为弹性湍流。 四.“鲨鱼皮症”鲨鱼皮症指挤出物表面像鲨鱼皮那样，非常毛糙。 产生原因：挤出口模对挤出物表面产生周期性张力和口模对熔体时粘时滑造成的。 影响因素： a. 线速度增大到一定值时才会出现这种现象。 b. 分子量低，分布宽，挤出温度高，挤出速度低，不出现这种现象。 c.与制模材料无关，与口模的光滑性无关。 五.熔体破裂 1.现象 当τ、增加到某一数值时，挤出物表面粗糙失去光泽，粗细不均，严重时出现波浪竹节状扭曲的挤出物，甚至发生支离或断裂，形成不规则碎片或圆柱。、 2.3 聚合物的加热与冷却 热量传递形式：热传导、对流、辐射 聚合物在成型加工过程中能量主要以对流、热传导为主。 a. 升温过快，外熟内生。 b. 冷却速度过快，真空泡。 加工过程中的热效应 热效应包括：摩擦生热、体积膨胀吸热、相变的热效应 加工过程中影响结晶的因素 一.冷却速度的影响 冷却速度的快慢取决于熔体温度tm和冷却介质温度tc之间的温差，即tm-tc=△t。分为：缓慢冷却、快速冷却、中等冷却 中等冷却速度 a.是指tc处于Tg以上附近温度范围内，△t不很大。 b.特点：这种状态下，聚合物表面层在较短的时间内冷却凝固形成壳层，冷却过程中接近表面的区域最先结晶。制品内部也有较长时间Tg以上温度范围内，因此有利于晶核生成和晶体长大，结晶速度较快。结晶完整、均匀，结构完整、稳定。 因次稳定性好，生产周期短，有利于生产。 a.熔融温度高和熔融时间长：主要是均相成核，结晶速度较慢，结晶尺寸较大； b.熔融温度低和熔融时间短：主要是异相成核，结晶速度较快，结晶尺寸小而均匀，并有利于提高制品的力学强度、耐磨和热畸变温度。 2.4.2 聚合物结晶对制件性能的影响 1.对聚合物制件的机械性能和热性能而言，总是晶态的优于非晶态的，结晶度高的优于结晶度低的。 2..拉伸定向过程中的形变分类：弹性形变、分子排直的变形、粘性变形 定向又结晶，性能较好，透明且收缩好。 聚合物的降解1.定义：聚合物大分子可能由于受到热和应力的作用或由于高温下微量水分、酸、碱等杂质及空气中氧的作用而导致分子量降低、大分子结构改变等化学变化。通常称分子量降低的作用为降解。按降解过程化学反应的特征将降解分为：链锁降解和无规降解 降解的影响因素 （一）聚合物结构的影响 a. 化学键稳定性：伯碳>仲碳>叔碳>季碳∴PE>PP b. 主链上含有-C-C=C-结构时，双键β位上的单键也具有 相对的不稳定性； c. 侧链：极性大和分布规整的取代基能增加主链C-C键的强 度，提高聚合物的稳定性； d. PVC中，Cl与相邻的H脱去HCl； e. 主链中有芳环、饱和环和杂环的聚合物以及具有等规立 构和结晶结构的聚合物稳定性较好，降解倾向小； f. 大分子链中含有-O-、-OCO-、-NH-CO-、-NH-COO-等结构 时，一方面其键能较均匀，另一方面这些结构对水、酸、 碱、胺等极性物质较敏感，因此稳定性差。 聚合物的降解速度还与材料中杂质的存在有关。杂质的作用就是降解的催化剂。 2.7 加工过程中聚合物的交联聚合物加工过程中，形成三向网状结构的反应称为交联。通过交联反应能制得交联聚合物。和线型聚合物比较，交联聚合物的机械强度、耐热性、耐溶剂性、化学稳定性和制品的形状稳定性等均有所提高。 助剂。 1.助剂：具有一定作用的辅助材料的总称。 2.加入目的：改善聚合物的成型工艺性能，改善制品的 使用性能或降低成本。 3.配制方法：混合均匀的复合物 4.复合物的形态：粉料、粒料、悬浮体、溶液 工业上以粉料、粒料为主。 粉料：一般只要使各组分混合均匀，只需要简单的混 合作用。简单的混合指人工搅拌或采用捏合机、 高速混合机混合； 粒料：将粉料通过塑炼或挤出等操作进一步塑化制成。 由此可见，混合程度上粒料比粉料均匀。 选择合适的分子量。通常要求聚合物分子量分布不能太大，一般取Mw/Mn≤5。 水分含量高，消耗热量大，甚至使聚合物产生降解，使制品产生气泡，因此对水分含量有较高要求。灰分主要影响制品的透明度。铁是一种降解催化剂，含量过高还影响制品的透明性。共混聚合物的选择原则： a.化学结构原则 b.溶解度参数原则 c.流变学原则即“等粘点”共混原则： d.胶体化学原则 即表面张力匹配原则。e.分子扩散动力学原则即分子链段渗透相近原则。 （5）加工中采用的共混方法a.溶液共混法：b.乳液共混法：c.粉末共混法：d.熔融共混法： 二.增塑剂增塑剂是一类对热和化学试剂都很稳定的有机化合物。作用：降低聚合物分子间的作用力，从而降低聚合物的软化温度、熔融温度，改善聚合物加工性和提高制品的柔软性。对非极性增塑剂来说：它的主要作用是通过聚合物与增塑剂间的溶剂化作用，减弱分子间的范德化力。作用力主要是色散力，大小与分子间距离的6次方成反比。增塑剂的加入增大了聚合物分子间的距离，降低了分子间的作用力。△Tg=BV △Tg:未增塑的Tg与增塑后的Tg之差B：比例系数V：增塑剂的体积分数 b.对极性增塑剂来说： 增塑剂中的极性基团与聚合物分子上的基团相互作用，代替了聚合物分子中的极性基团间的相互作用，从而削弱了分子间的作用力。 增塑剂极性基团使增塑剂和聚合物具有良好的相容性；而非极性基团把聚合物的极性基团屏蔽起来，减弱了分子间作用力。 增塑剂的增塑作用与增塑剂的克分子数有关，表示为： △Tg=K n K：比例系数n:克分子数 邻苯二甲酸二辛酯DOP：相容性好，适合大多数通用制品的要求，光热稳定性好，耐低温、低毒，是目前使用最多的增塑剂。工业上把它作为标准增塑剂。 4.对增塑剂的要求和评价 a.应具有良好的相容性； b.挥发性低； c.迁移性低； d. 溶浸性（萃取性）小； e.增塑效率高；增塑剂的用量PVC硬制品：0-5%，半硬制品：15-25%，软制品：40-70%。 三.稳定剂一般用量在0.2-0.5%, 1.定义：凡能阻缓材料变质的物质即为稳定剂。 2.分类：热稳定剂、光稳定剂和抗氧剂等。 3.作用：分别如下 （一）热稳定剂 定义：凡能阻缓聚合物因受热降解的助剂称为热稳定剂。 2.稳定剂的作用和作用机理 （1）除去有害杂质 （2）吸收、中和HCl HCl的存在是非常有害的，必须除去。方法是中和或吸收HCl。因此稳定剂常是酸的接受体。 （3）除去聚合物中的活性中心物质 活性中心指降解后析出的自由基和双键结构。 （4）取代不稳定氯原子： （二）光稳定剂对聚合物危害最大的是紫外线。为防止这种光降解，常在聚合物中加入光稳定剂或称为紫外线抗御剂。 常用的光稳定剂有:紫外线吸收剂、光驱型紫外线吸收剂、淬灭剂、光屏蔽剂。 1.紫外线吸收剂 分子结构内都含有氢键结构，当紫外线照射时，氢键发生断裂，吸收光能转变为热能放出，使氢键恢复，继续发生作用。 .先驱型紫外线吸收剂 本身不具有吸收紫外线的作用，但光照射后，分子发生重排，改变了原由结构，形成紫外线吸收剂，发挥其作用。 3.淬灭剂 作用机理是将聚合物分子吸收紫外线后产生的激发态转变为基态，它是一种能量转移剂。 是一类有色物质，如碳黑、氧化锌、二氧化钛、亚硫酸锌等。光屏蔽剂只能用于厚制品和不透明制品。 （三）抗氧剂作用机理： 1.游离基或增长链的终止剂 主要物质是化合酚和芳基仲胺。这些化合物中都有不稳定的H原子，它可以与游离基或增长链发生作用，避免自由基或增长链从聚合物中夺取H原子，从而阻止聚合物的氧化降解。 四.填料用量一般不超过40%。超过40%，制品强度性能反而下降，加工性能也会变得较差。 1.作用： （1）改善塑料成型加工性能；（2）提高制品的某些技术指标，赋予塑料制品某些新的性能；（3）降低成本和聚合物单耗。 填料改善、提高聚合物某些机械性能的原因： 填料与聚合间形成次价键力，这种力虽然很弱，但具有加合性，因而当聚合物分子量较大时，其总力显得很可观。从而提高了某些性能。 a.碳酸钙：其作用是：可提高制品的硬度、耐热性、尺寸稳定性，降低制品成型收缩率、热膨胀系数。 b.碳黑：可以提高制品的导电和导热性能，另外还具有着色、光屏蔽剂作用。 d. 粘土、高岭土， e.金属粉： f.木粉： 五.润滑剂低于1%。1.作用：a.改进塑料熔体的流动性；b.减小或避免对设备的粘附； c.便于脱模；d.提高制品表面光洁度。 分类：a.内润滑剂：b.外润滑剂： 六.着色剂色料加入量一般均小于2%，可低达0.01% 着色剂是一种赋予塑料色彩或特殊光学性能的物质。 a.染料：能够吸收、透射某些波长的光，而不发生散射现象，因此它适合于制造透明制品； b.颜料：颜料实际是有色物质，不具透明性，它只能使被染物表面着色，很少深入内部。 七.防静电剂其用量要低于1%。 这类物质有微弱的电离性，又有适当吸水性，使制品表面产生导电分子层。 八.阻燃剂添加型用量大，反应型用量少。 作用是阻止或减缓塑料的燃烧，扩大应用范围。 九.驱避剂： 制品在贮存、使用过程中，可能受到老鼠、昆虫、细菌、霉菌等的危害。用于抵御、避免和消灭这类情况发生的物质统称为驱避剂。 3.2.2 配方设计 一.配方反映各种添加剂与聚合物用量的比例关系称为配方。 三.配方设计原则 1.要考虑（满足）制品性能要求和使用条件 2.要考虑成型工艺及设备的特点 3.切忌抑制配方中的各个组分都是相互关联的，要求各个组分发挥协同作用，不能发生对抗作用，因此在设计配方时，要了解各组分的性质。\ 4.要考虑成本和原料来源 3.3 物料的混合和分散机理 1. 简单混合：将各组分作空间无规分布，或改变各组分的空间分布情况。 2.分散：使各组分的聚集体尺寸减小，也就是说将各组分的比表面积增大，颗粒尺寸减小。 混合：指粉状固体物混合； 捏合：指液体和粉状物料的混合； 塑炼：指塑性物料与液体或固体物料间的混合。塑炼一般是在高于流动温度以上且在较强的剪切速率下进行的。塑炼后物料中各组分的化学性质或物理性质会有所改变。如聚合物产生降解反应或粘度发生变化。而混合、捏合都是在Tg和较缓和的剪切速率下进行的，混合后的物料各组分本质上基本没变化。 二.混合机理 1.扩散： 扩散利用物料各组分的浓度差，推动构成各组分的微粒，从浓度较大的区域向浓度较小的区域迁移，以达到组成均一。 2.对流： 对流是指两种或多种物料在相互占有的空间进行流动，以达到组成均一。 3.剪切： 剪切依靠机械的作用产生的剪切力，促使物料组成达到均一。 因此通常在生产中希望使物料能连续承受两个相互为90°的剪切力的交替作用来提高混合效果。 剪切作用三要点：剪切力要大；作用力的距离要小；要不断改变物料的受力方向。 第四章压缩模塑 主要用来制造热固性塑料和一些流动性较差的或熔体粘度较大的热塑性塑料。 成型热固性塑料：加热加压，熔融流动，充模，交联固化，开模取出制品。 成型热塑性塑料：加热加压，熔融流动，充模，冷却，硬化定型。 可模塑较大平面的制品和利用多腔模生产大批量的小制品； 一.塑料的贮存 应注意吸湿性、贮存温度和贮存时间等问题。 二、预压 1.定义：将松散的粉状或纤维状塑料预先用冷压法压成重量一定、形状规整的密实体的操作成为预压。所压的物料称为预压物。 三、预热与干燥 1.作用： 干燥：除去水分和挥发物。 预热：提供热量便于模压。 4.3 压缩模塑用的设备 一、压机 二、塑模 1.作用：赋予制品形状的工具，又是热固性塑料由线形结构转变为体形结构的场所。 模压工序可分为加料、闭模、排气、固化、脱模、模具洗理等。 二.加料a.重量法：b.容量法：c.计数法 三.闭模合模时先用快速，待阴阳模快要接触时改为慢速。 四.排气1.定义：模压热固性塑料，常有水分和低分子放出，为了排出这些低分子物和挥发物以及模内的空气，在模压到适当时候，可以卸压松动模具，将低分子挥发物排出，这种操作称为排气。 五.固化固化时间称为保温保压时间 4.5 模压成型的控制因素 主要是模压压力、模压温度和模压时间以及加料量的控制。 压机的吨位： G 有=APmn/1000=(0.8～0.9)G G 有：压机有效吨位；A ：制品的最大压制面积； Pm ：模压压力 n ：模具内加料室的个数 例：若采用单型腔不溢式压模，用酚醛压缩粉模压如下图所示的制品时，应采用多大吨位的液压机？ 解： A=π×62=113 cm2 n=1, Pm=275 kgf/cm2 G 有=113×275×1/1000=31 吨 31/0.8=38 吨 根据计算，可选用45吨的液压机 因为压机规格是系列化的：25 45 65 100 如果压机选定了，而且模压时使用的液压又没有达到压机规定的最高压力，这时可通过模压压力来计算油压机的表压。 Pg/Pm=Am/πR2=4Am/πD2 Pg ：油缸的油压，即表压 R 、D ：分别是主油缸柱塞的半径和直径 Am ：模具型腔在受力方向上投影面积 4.模压压力的变化 以有支承面半溢式模为例，讨论压力和体积变化情况。 a.第一阶段 施压 阳模接触到塑料后，塑料所受的压力逐渐上升，而当溢料发生后，压力开始回落，直到阳模闭至支撑面时，压力的回落停止，这时塑料所受压力可能地低于计算值。因为压机所施的总压是型腔中塑料和支承面共同承担的。在这一阶段内，疏松的塑料逐渐变密实，体积缩小。 021045432154321积体 力 压时间计算的模压压力 b.第二阶段：塑料受热 塑料受热发生膨胀，但由于有支承面，型腔体积不变，所以物料的热膨胀只能反映为压力的增加。 c.第三阶段 固化 由于物料发生交联固化反应，物料发生收缩，压力又开始下降，下降的大小取决于收缩的程度，甚至压力完全会消失（虚线表示）。 d.第四阶段 卸压 压力下降后，制品的体积因弹性回复而有所增加，如果收缩过大，体积不发生变化。 5 432154321积体 力压时间5432154321积体 力 压时间5432154321积体 力压时间 e.第五阶段 制品冷却 制品体积因冷却而下降。 二.模压温度 1.模温的作用： a.使塑料熔融，变成流体； b.提供足够热量，使热固性塑料发生交联反应。 2.料温的变化 料温是随时间增大的，并且在固化开始后，料温将超过模具温度。这是由于塑料固化放热效应引起的。然后随固化反应的完全，料温开始下降，最终等于模具温度。 3.模温与模压时间的关系 模压时间：一般指从升温加压开始到固化完全为止的时间。 实践证明，模压温度越高，固化速率越快，模塑周期越短。但过高的温度会因固化速率过快，使得塑料的流动性迅速降低，并引起充模不满，特别是形状复杂、薄壁、深度大的制品，这种现象更加明显。 模温高固化不均匀，在模压厚度较大的制品时，常不采用提高温度而是采用降低模温延长模压时间的方法保证产品质量。 模温低，固化慢，模压时间长，而且效果差，也会发生肿胀。固化不完全，制品外层受不住内部挥发物产生的压力。 不正常现象 产生原因 解决办法 制品表面起泡和内部鼓起 １、压缩粉中的水分及挥发物含量过多 ２、模具温度过低或过高３、成型压力过低４、保持温度时间过长或过短 ５、模具内有其它气体６、材料压缩率太大、含空气量过多７、加压不均匀 543215 4321积体 力压时间5432154321积体 力 压时间 １、将压塑粉干燥和预热２、调节好温度３、增加成型压力４、延长固化时间 ５、闭模时缓慢和加压模具６、物料先预热，改变加料方式７、改进加压装置 制品欠压有缺料现象１、塑料流动性过小２、加料少３、加压时物料溢出模具４、压力不足５、模具温度过高，以致存料过早固化 １、改用流动性大的物料２、加大加料量３、增加压力４、调节压力 ５、加速闭模、降低成型温度 毛料（飞边）过厚１、加料过长２、物料流动性太小３、模具设计不合理４、模具导柱孔被堵塞５、模具毛刺清理不净 １、准确加料２、降低成型温度３、改进模具设计４、彻底清理模具，保证闭模严密５、仔细清模 制品尺寸不合格１、材料不符合要求２、加料不准确３、模具已坏或设计加工尺寸不准确１、改用合格材料２、调整加料量３、修理与更换模具 笔杆设计————成型工艺设计 1.工艺流程 2.成型工艺条件 聚丙烯成型特性： 1.结晶料,吸湿性小,易发生融体破裂,长期与热金属接触易分解. 2.流动性好,但收缩范围及收缩值大,易发生缩孔.凹痕,变形. 3.冷却速度快,浇注系统及冷却系统应缓慢散热,并注意控制成型温度.料温低温高压时容易取向,模具温度低于50度时,塑件不光滑,易产生熔接不良,流痕,90度以上易发生翘曲变形 4.塑料壁厚须均匀,避免缺胶,尖角,以防应力集中. 5.由于结晶，PP的收缩率相当高，一般为1.8~2.5%。并且收缩率的方向均匀性比PE-HD等材料要好得多。 在注射成型中，需要考虑的注塑工艺条件如下： ●干燥处理：如果储存适当则不需要干燥处理。PP料允许含湿量大约在0.05左右。 ●加工温度220~230℃，模具温度40~60℃。在保证制品顺利成型的情况下应尽量采用较小的注塑压力。注塑速率和注塑时间对制品的光学性能影响较小。 ●模具温度：40~80C，建议使用50C。结晶程度主要由模具温度决定。注射压力：可大到1800bar。 ●注射速度：通常，使用高速注塑可以使内部压力减小到最小。如果制品表面出现了缺陷，那么应使用较高温度下的低速注塑。 ●流道和浇口:对于冷流道，典型的流道直径范围是4~7mm。建议使用通体为圆形的注入口和流道。所有类型的浇口都可以使用。典型的浇口直径范围是 1~1.5mm，但也可以使用小到0.7mm的浇口。对于边缘浇口，最小的浇口深度应为壁厚的一半；最小的浇口宽度应至少为壁厚的两倍。PP材料完全可以使用热流道系统。 聚丙烯（PP）塑料的注塑工艺参数 ●行程利用率为35％和65％，模件流长与壁厚之比为50：1到100：1 ●熔料温度220～280℃ ●料筒恒温220℃ ●模具温度20～70℃ ●注射压力：具有很好的流动性能，避免采用过高的注射压力80～140MPa（80 0～1400bar）；一些薄壁包装容器处为可达到180MPa (1800bar) ●保压压力：避免制品产生所必须要很长时间对制品进行保压，（约为回圈时间的30％）；约为注射压力的30％～60％ ●背压 5～20MPa（50～200bar） ●注射速度：对薄壁包装容器需要高的注射速度（带蓄能器）；中等注射速度往往比较适用于其他类的塑料制品 ●螺杆转速：高螺杆转速（线速度为1.3m/s）是允许的，只要满足冷却时间结束前完成塑化过程就可以。 ●计量行程：0.5～4D（最小值~最大值）；4D的计量行程为融料提供足够长的驻留时间是很重要的 ●残料量：2～8mm，取决与计量行程和螺杆转速 ●预烘干：不需要；如果贮存条件不好，在80℃的温度下烘干1h就可以 ●回收率：可达到百分之百回收 ●收缩率：1.2～2.5％；收缩程度高；24h后不会再收缩（成型后收缩） ●浇口系统：点式浇口或多点浇口；加热时热流道，保温式热流道，内浇套；浇 《聚合物加工工程》复习知识点一，名词解释 1、分散性、均匀性、分散相、连续相 分散性：指分散相的破碎程度，用分散相的平均尺寸及其分布表示。尺寸越小，分布越窄，则分散度越高。均匀性：是指被分散物在共混体中的浓度分布均一性，反应在共混物不同部位取样，分散物含量的差异程度。主要取决于混炼效率和混炼时间。分散相：共混物中，间断地分散在连续相中（岛相）。连续相：共混物中，连续而不间断的相称为连续相（海相）。 2、混炼胶:将各种配合剂混入并均匀分散在橡胶中的过 程，其产物叫混炼胶。 塑化料：将各种添加剂混入并均匀分散在塑料熔体中的过程，其产物叫塑化料。 3、橡胶的塑炼：使弹性材料由弹性状态转变为可塑性状态 的工艺过程。 4、塑料的塑化：是借助加热和剪切作用使无聊熔化、剪切 变形、进一步混合，使树脂及各种配合剂组分分散均匀。 5、压延成型p315：压延成型是生产高聚物薄膜和片材的主 要方法，它是将接近粘流温度的物料通过几个相向旋转着的平行 辊筒的间隙，使其受到挤压和延展作用，得到表面光洁的薄片状 连续制品。 6、螺杆的长径比p115：螺杆长径比L/D ：指工作部分有效 长度与直径之比。 L/D大，温度分布好。混合均匀，减少逆流和 漏流，生产能力提高。 7、几何压缩比p116：指加料段第一螺槽的容积与均化段最 后一个螺槽容积之比。一般为2~5，压缩比愈大，挤压作用愈大，排气能力愈强。 8、挤出工作点p104：螺杆特性线AB与口模特性线OK1的交点C，称为挤出机的工作点。 9、*塑化能力p233：是指注射机塑化装置在1h内所能塑化物料的质量（以标准塑料聚苯乙烯为准），它是衡量注射机性能优劣的重要参数。 10、*注射量p231：注射量—注射机的最大注射量或称公称注射量，指注射机在对空注射（无模具）条件下，注射螺杆或柱塞作一次最大注射行程时，注射系统所能达到的最大注射量。 11、注射过程p240：塑化良好的聚合物熔体，在柱塞或螺杆的压力作用下，由料筒经过喷嘴和模具的浇注系统进入并充满模腔这一复杂而又重要的过程称为注射过程。 12、保压过程p256：模腔充满之后，柱塞或移动螺杆仍保持施压状态，使喷嘴的熔体不断充实模腔，以确保不缺料。这一阶段称为保压阶段。 13、背压p273：螺杆顶部熔体在螺杆后退时受到的压力，又称塑化压力，通常小于2MPa。 14、注射压力p273：在注射过程中螺杆对塑料熔体所施加的压力。 15、退火、调湿： 16、热定型：目的是消除纤维的内应力，提高纤维的尺寸稳定性，并且进一步改善其物理学性能。 17、*硫化——线型聚合物在化学或物理作用下，通过化学键的连接，成为空间网状结构的化学变化过程称为硫化（交联）。 18、*压延效应p339：物料在压延过程中，在通过压延辊筒间隙时受剪切力作用，大分子作定向排列，以致制品物理力学性能会出现纵、横方向差异的现象，即沿片材纵向(沿着压延方向)的拉伸强度大、伸长率小、收缩率大；而沿片材横向(垂直于压延 高分子材料成型原理课程教学大纲 课程名称：高分子材料成型原理课程编码：02100090英文名称：Molding Theory for Polymer material 学时：56学时学分：3.5学分 开课学期：第七学期 适用专业：高分子材料工程 课程类别：必修 课程性质：专业课 先修课程：高分子物理 教材：《高分子材料成型加工原理》王贵恒主编化学工业出版社 一、课程的性质及任务 聚合物成型加工原理是高分子材料专业的一门专业课程，其主要任务是通过基础课、专业基础课、教育和社会实践等一系列教育环节，使学生了解高分子材料成型加工的基本原理、生产制造方法和工艺过程，为学生毕业后从事聚合物材料加工领域的教学、研究和技术创新等打下扎实的基础。 二、课程内容及学习方法 1、绪论 聚合物的加工方法及加工机械， 2、聚合物加工性质 聚合物材料的加工性能、可挤出性、可模塑性、可纺性,在加工过程中的粘弹性行为以及与加工条件的关系; 3、聚合物的流变性质 了解聚合物流动和变形的特征和基本分类，掌握粘度及其影响因素的关系。特别是成型加工工艺有关的参数 4、聚合物流体在管和槽中的流动 掌握聚合物流体在圆管和狭缝通道中流动的特点， 5、聚合物加工过程中的结构变化 掌握混合和分散的基本原理及混合效果的评定 6、成型物料的配制 掌握混合和分散的基本原理及混合效果的评定 7、挤出成型 普通型、三段式单螺杆挤出机基本原理：固体塞简化假设和固体输送原理；融化段的物理模型和影响因素；熔体输送段最简流动方程的意义 8、注射成型 移动螺杆式注塑机的基本结构和工作原理,掌握成型时熔体进入型腔内部流 动情况，及在此期间制品的内在质量与成型工艺的关系 9、其它成型加工方法 其他成型加工方法, 如：吹塑、旋转模塑、热成型、热固模塑{压缩和传递模塑}发泡塑料加工、冷成型、共混和增强等 三、课程的教学要求 1、绪论 聚合物的加工方法及加工机械，了解本课程的基本任务。 2、聚合物加工性质 聚合物材料的加工性能、可挤出性、可模塑性、可纺性,在加工过程中的粘弹性行为以及与加工条件的关系;聚合物加工过程中聚集态结构和化学结构的变化以及 与加工条件的关系 3、聚合物的流变性质 了解聚合物流动和变形的特征和基本分类，掌握粘度及其影响因素的关系。特别是成型加工工艺有关的参数，如温度、剪切以及与多相体系配制工艺有关的因素等。 4、聚合物流体在管和槽中的流动 掌握聚合物流体在圆管和狭缝通道中流动的特点，了解可测物理量之间的相互关系，并利用这些关系式进行有关的计算。 5、加工过程中的结构变化 着重掌握热塑性塑料加工过程的取向、结晶等结构变化及对制品的影响，从而了解改进制品的质量的方法。 6、成型物料的配制 掌握混合和分散的基本原理及混合效果的评定，了解常用的混合设备。 熟悉常用的几种配料工艺。 7、挤出成型 了解单螺杆挤出机的基本结构。 掌握普通型、三段式单螺杆挤出机基本原理：固体塞简化假设和固体输送原理；融化段的物理模型和影响因素；熔体输送段最简流动方程的意义。 结合上述理论，联系挤出实践，了解工艺和结构参数对挤出流量和质量的影响。 8、注射成型 高分子材料成型加工四种成型加工方法优缺点 Coca-cola standardization office【ZZ5AB-ZZSYT-ZZ2C-ZZ682T-ZZT18】 1.压制成型：应用于热固塑料和橡胶制品的成型加工 压制成型（模压成型） 压制成型方法对于热固性塑料、橡胶制品和增强复合材料而言，都是将原料加入模具 加压得到制品，成型过程都是一个物理—化学变化过程。 不同的是橡胶制品的成型中要对原料进行硫化。橡胶通过硫化获得了必需的物理机械性能和化学性能。而在复合材料压制成型过程中，还用到了层压成型（在压力和温度的作用下将多层相同或不同材料的片状物通过树脂的粘结和熔合，压制成层压塑料的成型方法）和手糊成型（以玻璃纤维布作为增强材料，均匀涂布作为黏合剂的不饱和聚酯树脂或环氧树脂的复合材料）。 2.挤出成型：适用于所有高分子材料，广泛用于制造轮胎胎面、内胎、胎管及各种断面形状复杂或空心、实心的半成品，也用于包胶操作。 挤出成型 螺杆和料筒筒壁之间受到强大的挤压作用，不断向前推进，并借助于口型（口模）压出具有一定断面形状的橡胶半成品。而合成纤维的挤出纺丝过程，采用三种基本方法：熔融纺优点：间歇操作，工艺成熟，生产方 便控制， 缺点：生产周期长，生产效率低，较难 实现生产自动化，因而劳动强度较大。且由于压力传递和传热与固化的关系等 丝、干法纺丝、湿法纺丝。一般采用熔融纺丝（在熔融纺丝机中将高聚物加热熔融制成溶体，通过纺丝泵打入喷丝头，并由喷丝头喷成细流，再经冷凝而成纤维）。 3.注射成型：应用十分广泛，几乎所有的热塑性塑料及多种热固性塑料都可用此法成型，也可以成型橡胶制品。 注射成型 高分子三大合成材料的注射成型过程中所用设备和工艺原理比较相似，但是从基本过程和要求看热固性塑料注射和热塑性塑料注射有很多不同之处。 热固性塑料的注射成型要求成型物料首先在温度相对较低的料筒内预塑化到半熔融状态，然后在随后的注射充模过程中进一步塑化，避免其因发生化学反应而使黏度升高，甚至交联硬化为固体。塑料注射成型原料是粒状或粉状的塑料，而橡胶注射成型原料则是条状或块粒状的混炼胶，且混炼胶在注压入模后须停留在加热的模具中一段时间，使橡胶进行硫化反应。 4.压延成型：主要用于生产高分子薄膜和片材，广泛应用于橡胶和热塑性塑料的成型加工中。 压延成型 橡胶和热塑性塑料的压延成型过程中，成型原理和各类压延设备的基本结构大致相同 优点：成型周期短、生产效率高，能一次成型外形复杂、尺 寸精确的制品，成型适应性强、制品种类繁多，而且容易实 缺点：受原材料、注射机、模具和工艺及其条件四个因素 影响，注射过程中常常会不可避免的出现诸多缺陷。且成 优点：生产能力大，可自动化连续生产，产品质量好。 缺点：成型设备庞大，精度要求高，辅助设备多，投资较 绪论 1，材料的四个要素是什么？高分子材料的定义是什么？制造高分子材料的关键因素是什么？ 四个要素：材料的制备（加工），材料的结构，材料的性能和材料的使用性能 高分子材料是一定配合的高分子化合物（由主要成分树脂或橡胶和次要成分添加剂组成）在成型设备中，受一定温度和压力的作用融化，然后通过模塑成一定形状，冷却后在常温下能保持既定形状的材料制品。 关键因素是适宜的材料组成，正确的成型方法，合理的成型机械及模具。 2，结合形变温度曲线讨论高聚物的状态变化与成型加工的关系（影响状态变化的因素有哪些？温度是如何影响的？成型加工技术是如何从形变中出发进行选择的？） 影响状态变化的因素：聚合物的分子结构，聚合物的体系组成，聚合物所受的压力以及环境温度。第十页图7 3，高分子化合物的成型加工性能包括哪些性能？具体是什么？ 可挤压性：材料受挤压作用形变时，获取和保持形变的能力 可模塑性：材料在温度和压力作用下，产生形变和在模具中模制成型的能力 可延展性：材料在一个或两个方向上受到压延或拉伸的形变能力 可纺性：材料通过成型而形成连续固体纤维的能力 第一章 6，聚合物在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？ 在成型加工时，受到剪切和拉伸力的影响，高分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。 5，何谓聚合物的二次结晶和后结晶？ 二次结晶：是指在一次结晶后，在残留的非晶区和结晶不完整的部分区域内，继续结晶并逐步完善的过程 后结晶：是指一部分来不及结晶的区域，在成型后继续结晶的过程 第五章 1，材料的混合油哪三种基本运动形式？聚合物成型时熔融物料的混合以哪一种运动形式为主？为什么？ 有分子扩散，涡流扩散，体积扩散 名词解释： 1.降解:聚合物在成型、贮存或使用过程中，因外界因素如物理的（热、力、光、电、超声波、核辐射等），化学的（氧、水、酸、碱、胺等）及生物的（霉菌、昆虫等）等作用下所发生的聚合度减少的过程。 2.比热容单位质量材料升高1度时所需的热量,单位KJ/Kg.K 3.表观密度指料粒在无外压力下包含空隙时的密度 4.解取向:在热的作用下取向的大分子链趋向紊乱无序的自发过程称为解取向。 5.拉伸取向:大分子链、链段等结构单元在拉伸应力作用下沿受力方向的取向。 6.偶联剂:增强塑料中，能提高树脂和增强材料界面结合力的化学物质. 偶联剂分子是一类多官能团物质，它的一端可与无机物表面的化学基团反应，形成牢固的化学键合，另一端则有亲有机物的性质，可与有机物分子反应或物理缠绕，从而把两种性质不同的材料牢固结合起来。 7.抗静电剂:是一类能够降低塑料表面电阻率,增大漏电速率,使静电不能在塑料表面积累的化合物. 8.注射速率:指注射机单位时间内的最大注射量,是螺杆的横截面积与其前进速度的乘积. 9.挤出胀大:亦称出口膨胀，是指塑料熔体被强迫挤出口模时，挤出物尺寸大于口模尺寸，截面形状也发生变化的现象。 10压延效应:是将接近粘流温度的物料通过一系列相向旋转着的平行辊筒的间隙，使其受到挤压或延展作用，成为具有一定厚度和宽度的薄片状制品。 1.熔点Tm 是指结晶性聚合物中大分子链从有序状态转变到无序粘流态所需要的温度。 2结晶度 不完全结晶的高聚物中晶相所占的质量分数或体积分数。 3.取向 高聚物分子和某些纤维状填料，在成型过程中由于受到剪切流动（剪切应力）或受力拉伸时而沿受力方向作平行排列的现象。 4.等规度 聚合物中等规异构体所占比例称为等规指数，又称等规度。 5固化速率:是热固性塑料成型时特有的也是最重要的工艺性能.它衡量热固性塑料成型时化学反应的速度 等规指数：聚合物中等规异构体所占的比例。 比热容：单位质量材料升高1℃时所需要的热量，单位为KJ/Kg?K。 熔体质量流动速率：在一定的温度和载荷下，熔体每10分钟从标准的测定仪所挤出的物料质量，单位g/10min。 热塑性塑料：加热时可以变软以至熔融流动并可塑制成一定形状，冷却后固化定 一.填空题 2. 热固性塑料的注射过程包括___________、______________和______________三个大阶段。 3. 挤出机的_______________ 和____________是管材挤出的关键部件。 6. 聚合物粘度主要由两方面内部因素来决定，聚合物熔体内的自由体积和大分子长链之间的缠结。 7. _______________ 型压延机在用于生产薄而透明薄膜的压延成型过程中，显示出明显优于__________型压延机的功能。 8. 双辊式压延机通常用于________ 和压片，目前以三辊式和四辊式压延机用得最为普遍。一般 _______ 压延用三辊式压延机较多，而_______压延较多用四辊式压延机进行压延。 9. 化学纤维制造可以概括为四个工序： 。 10.橡胶制品成型前的准备工艺包括： 、 、 、__________等工艺过程，在这些工艺过程中， 和 ________ 是最主要的两个工序。 11.随着高分子化合物相对分子质量的增加，高分子材料的 黏度 增加， 加工流动性 下降， 成型_困难。 ○12．橡胶在开炼机中混炼时，配合剂是靠 堆积胶_夹带混入胶料中的。（机械作用、辊筒） 14．橡胶加工过程中的主要配合剂有 硫化剂、补强填充剂、软化剂、增塑剂、防老剂 等。 15．高分子材料制品生产中，聚合物与其它物料混合进行配料后才能进行成型加工。混合设备是完成混合操作工序必不可少的工具。混合设备品种很多，主要有： 间歇式、连续式、分布式、分散式、高强度、中强度和低强度混合设备_等。 ○19．冷拉伸是指_室温至Tg 附近，热拉伸取向在___Tg-Tf 或Tm_范围内进行。 31. 高聚物的结构包括高分子_链_结构（它包括_高分子链的近程结构_和_高分子链的远程结构_）及高分子的_聚集态_结构，它由_晶态结构、非晶态结构、取向态结构、液晶态结构_和织态结构。 32. _热塑_性高分子能在适当的溶剂中溶解，加热时也能熔融，它的几何形态有 线型 和_支链型_；热固_性高分子既不能在溶剂中溶解，受热也不熔化，它的几何形态是_体型_。 33.高聚物在力学性能上表现出来的最大特点是：在一定条件下呈_粘_弹性；具有突出的_高_弹性。 34.高聚物只有在_张应力_作用下才能产生银纹，且其方向总是与银纹面_垂直_。 ○35.高聚物熔体是一种高弹性流体，它在流动时存在三种基本变形即__能量耗散形变、可恢复弹性形变、破裂。 36.在研究聚合物液的流动规律时，为简化计算，有如下四点假设： 液体不可压缩、等温流动、管壁处无滑移、粘度不随时间变化。 50.制备性能良好的高分材料的三个关键因素：适宜的材料组成 、正确的成型加工方法和合理的成型机械及模具。 塑化 注射充模 固化 机头口模 定型装置 倒L 斜Z 原料的塑炼 橡胶 塑料 原料制备 纺丝流体的制备 化学纤维的纺丝成型 化学纤维的后加工 原材料处理 生胶的塑炼 配料 胶料的混炼 生料的塑炼 胶料的混炼 2．分别区分“通用塑料”和“工程塑料”，“热塑性塑料”和“热固性塑料”，“简单组分高分子材料”和“复杂组分高分子材料”，并请各举2～3例。 答：通用塑料：一般指产量大、用途广、成型性好、价廉的塑料。通用塑料有：PE，PP，PVC，PS等； 工程塑料：是指拉伸强度大于50MPa，冲击强度大于6kJ/m2 ,长期耐热温度超过100℃的，刚性好、蠕变小、自 润滑、电绝缘、耐腐蚀等，可代替金属用作结构件的塑料。工程塑料有：PA，PET，PBT，POM等； 工程塑料是指被用做工业零件或外壳材料的工业用塑料，是强度、耐冲击性、耐热性、硬度及抗老化性均优的塑料。日本业界将它定义为“可以做为构造用及机械零件用的高性能塑料，耐热性在100℃以上，主要运用在工业上”。 热塑性塑料：加热时变软以至流动，冷却变硬，这种过程是可逆的，可以反复进行。聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯、聚苯乙烯、聚甲醛、聚砜、聚苯醚，氯化聚醚等都是热塑性塑料。(热塑性塑料中树脂分子链都是线型或带支链的结构，分子链之间无化学键产生，加热时软化流动、冷却变硬的过程是物理变化；) 热固性塑料：第一次加热时可以软化流动，加热到一定温度，产生化学反应一交链固化而变硬，这种变化是不可逆的，此后，再次加热时，已不能再变软流动了。正是借助这种特性进行成型加工，利用第一次加热时的塑化流动，在压力下充满型腔，进而固化成为确定形状和尺寸的制品。这种材料称为热固性塑料。(热固性塑料的树脂固化前是线型或带支链的，固化后分子链之间形成化学键，成为三维的网状结构，不仅不能再熔触，在溶剂中也不能溶解。)酚醛、脲醛、三聚氰胺甲醛、不饱和聚酯、有机硅等塑料，都是热固性塑料。 简单组分高分子材料：主要由高聚物组成(含量很高，可达95%以上)，加入少量(或不加入)抗氧剂、润滑剂、着色剂等添加剂。如：PE、PP、PTFE。 复杂组分高分子材料：复杂组分塑料则是由合成树脂与多种起不同作用的配合剂组成，如填充剂、增塑剂、稳定剂等组成。如：PF、SPVC。 用天然或合成的聚合物为原料，经过人工加工制造的纤维状物质。可以分类两类 1）人造纤维：又称再生纤维，以天然聚合物为原料，经过人工加工而改性制得。如：粘胶纤维、醋酸纤维、蛋白质纤维等 2）合成纤维：以石油、天然气等为原料，通过人工合成和纺丝的方法制成。如：涤纶、尼龙、腈纶、丙纶、氨纶、维纶等 3．高分子材料成型加工的定义和实质。 高分子材料成型加工是将聚合物(有时还加入各种添加剂、助剂或改性材料等)转变成实用材料或制品的一种工程技术。 大多数情况下，聚合物加工通常包括两个过程:首先使原材料产生变形或流动，并取得所需要的形状，然后设法保持取得的形状(即硬化)，流动-硬化是聚合物工过程的基本程序。 高分子材料加工的本质就是一个定构的过程，也就是使聚合物结构确定，并获得一定性能的过程。 第一章习题与思考题 2．请说出晶态与非晶态聚合物的熔融加工温度围，并讨论两者作为材料的耐热性好坏。 答：晶态聚合物：Tm～Td；非晶态聚合物：Tf～Td。 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。熔点（Tm）：是晶态高聚物熔融时的温度。表征晶态高聚物耐热性的好坏。 3．为什么聚合物的结晶温度围是Tg～Tm？ 答：T>Tm 分子热运动自由能大于能，难以形成有序结构 T 第一章 聚合物流变学基础 1. 了解“连续介质模型”的内容，清楚分子与质点的区别。 连续介质模型 （1）定义：不考虑微观分子结构，把流体视为由无数多个充满流体所在空间、彼此间无任何间隙的质点所组成，相邻质点宏观物理量的变化是连续的。 （2）质点的概念：I.宏观上无限小——只有位置，没有大小（几何点） 每个质点的物理量只能有唯一确定值（物理点） 避免了分子的不连续性 II.微观上无限大——每个质点均包含许多分子，质点的 物理参数是许多分子运动的平均表现 避免了分子的不均匀性 （3）物理意义：流体是连续的，依附在流体上的物理参数也是连续的，可用连续函数的概念来描述流体的流动和变形。 欧拉法的质点导数 2.掌握内力和应力的概念及二者的联系。 3. 何谓一点处的应力？用什么物理量表征？掌握该物理量在直角坐标系中的数学表示式及各分量的含义。对于给定微元体，能够标出各个应力分量。 4. 掌握应变张量和应变速率张量在直角坐标系中的数学表达式及各分量的含义。对于给定的流场，要求能够写出相应的应变速率、应力张量。 5. 为什么固体的变形可以用应变来描述，而流体的变形则需要用应变速率来描述？ X 3. 何谓一点处的应力？用什么物理量表征？掌握该物理量在直角坐标系中的数学表示式及各分量的含义。对于给定微元体，能够标出各个应力分量。 应力张量的基本加减运算 4.掌握应变张量和应变速率张量在直角坐标系中的数学表达式及各分量的含义。对于给定的流场，要求能够写出相应的应变速率、应力张量。 5. 为什么固体的变形可以用应变来描述，而流体的变形则需要用应变速率来描述？ 6. 连续性方程、运动方程和能量方程分别与物理学中哪三个定律相对应？要求掌握连续性方程在直角坐标系下的数学表示式以及运动方程和能量方程的矢量微分式子。 7. 掌握连续性方程、运动方程和能量方程的物理意义，请写出特殊情况下（稳定流场或不可压缩流体）各个方程的矢量微分式子。 8. 自然界中的流动主要分哪几类？其流动曲线各有何特点？对于每一种流体，各试举出两个例子，其中多数聚合物熔体属于哪一类流体？ 一、填空 1、聚合物具有一些特有的加工性质，如有良好的__可模塑性__，__可挤压性__，__可纺性__和__可延性__。 2、__熔融指数__是评价聚合物材料的可挤压性的指标。 3、分别写出下列缩写对应的中文：PS: 聚苯乙烯, PMMA: 聚甲基丙烯酸甲酯, PE:聚乙烯, PP:聚丙烯 , PVC 聚氯乙烯, PC 聚碳酸酯 , SBS: 苯乙烯丁二烯苯乙烯共聚物 , PA: 聚酰胺,POM 聚甲醛 4、按照经典的粘弹性理论，线形聚合物的总形变由普弹性变、推迟高弹形变、粘弹性变三部分组成。 5、晶核形成的方法：均相成核、异相成核。 6、单螺杆挤出机的基本结构：传动部分、加料装置、料筒、螺杆、机头和口模、辅助设备。 7、生胶按物理性状通常分为捆包胶、颗粒胶、粉末胶、乳胶和液体胶。 1.聚合物加工转变包括：（形状转变）、（结构转变）、（性能转变）。 2.写出熔融指数测量仪结构示意图各个结构的名称：（热电偶测温管）、（料筒）、（出料孔）、（保温层）、（加 热器）、（柱塞）、（重锤）。 3.按照塑料塑化方式的不同，挤出工艺可分为（干法）和（湿法）二种；按照加压方式的不同，挤出工艺 又可分为（连续式）和（间歇式）两种。 4.填充剂按用途可分为两大类：（补强填充剂）、（惰性填充剂）。 5.测硫化程度的硫化仪：（转子旋转振荡式硫化仪）。 6.合成纤维纺聚合物的加工方法：（熔融法）和（溶液法）。 2 、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。 3、注射过程包括加料、塑化、注射、冷却和脱模五大过程。 5、开放式炼胶机混炼通常胶料顺序：生胶（或塑炼胶）、小料、液体软化剂、补强剂、填充剂、硫黄 6、常用的硫化介质有：饱和蒸汽、过热蒸汽、过热水、热空气以及热水。 7、螺杆结构的主要参数：t、W、h分别指的是螺距、螺槽宽度、螺槽深度。 1、非牛顿流体受到外力作用时，其流动行为有以下特征：（剪应力）和（剪切速率）间通常不呈比例关系，因而剪切粘度对剪切作用有依赖性；非牛顿性是(粘性)和(弹性)行为的综合，流动过程中包含着不可逆形变和可逆形变两种成分。 2、制造泡沫塑料的发泡方法可分为（机械发泡）、（物理发泡）、（化学发泡）三种。 3、聚合物的粘弹性行为与加工温度T有密切关系，当T>Tf时，主要发生(粘性形变)，也有弹性效应，当Tg 2014年1月四川大学高分子成型加工基础试题 ——造福学弟学妹，记忆写出 1.简述温度对不同分子链结构黏度的影响。 2.举例说明熔体流动粘弹性的表现，主要是加工过程中的现象。 3.加工工程中为什么要使用助剂？ 4.什么是增塑剂？有什么作用？其増塑的原理是什么？ 5.单螺杆挤出机的主要部件是什么，各有什么作用？ 6.挤出机料筒有哪些加热和冷却方式？ 7.简述注塑成型过程。 8.注塑制件有哪些后处理方法，各有什么意义？ 9.生产薄膜和片材的主要方法有哪些？ 10.简述中空成型的粘弹性原理。 主要是看题库，了解加工方法的定义和流程，影响因素即可。 2011年A卷 1.高聚物熔体在流动中为何会出现剪切变稀？ 2.不同降温速度下得到的挤出吹塑聚丙烯薄膜结构和力学性能有何区别？ 3. 聚合物熔体产生离模膨胀的原因是什么？分析影响因素。 4. 简述单螺杆挤出机的螺杆的几个功能段的作用。 5.简述采用单螺杆挤出机挤出成型的挤出稳定性与螺杆均化段长度, 螺槽深度及物料流动性的关系. 6.某厂要生产三种产品：聚乙烯水管、聚乙烯管件、聚乙烯薄膜，现 有三个牌号的聚乙烯树脂可供选择：A树脂熔融指数（MI）为0.4； B树脂熔融指数（MI）为4；C树脂熔融指数（MI）为20，该如何选择？为什么？ 7. 简述注射成型过程中，注射压力对熔体流动及最终制品性能的影 响。 8.简述二次成型的粘弹性原理。 9.试比较挤出成型和注射成型制品的特点。 10. 造成压延产品横向厚度不均的重要因素之一是辊筒的变形和辊 筒表面温度不均匀，应当如何防止？ 2011年B卷 1.以图例说明假塑性聚合物流体在不同剪切速率下的流变行为及形 成机理。 2.为什么聚合物的结晶温度范围是Tg-Tm之间？不同降温速度对注 塑制品结构及性能影响如何？ 3.取向与结晶有什么不同？非晶态高聚物取向后有什么变化？取向度对注塑制品的力学性能有何影响? 4．要得到含有约30%（重量比）碳酸钙的聚丙烯制品，简述需要用什么加工设备和工艺方法。 5．简述单螺杆挤出机主要包括哪些部分 6．如何获得单螺杆挤出机最大的固体输送速率? 7．简述气体辅助注射成型的原理和工艺过程。 8．与挤出用单螺杆相比较，注射用螺杆有哪些不同？ 9．简述热固性树脂基复合材料的模压过程。 10．简述二次成型的粘弹性原理。 1、振动辅助成型原理及特点： 原理：动态注射成型技术 如果在注射成型过程中引入振动，使注射螺杆在振动力的作用下产生轴向脉动，则成型过程料筒及模腔中熔体的压力将发生脉动式的变化，改变外加振动力的振动频率与振幅．熔体压力的脉动频率与振幅也会发生相应的变化，熔体进入模腔进行填充压实的效果也必然会发生相应的变化。通过调控外加振动力的振动频率与振幅．可以使注射成型在比较低的加工温度下进行，或者是可以降低注射压力和锁模力，从而减小成型过程所需的能耗，减小制品中的残余应力，提高制品质量。 分类：在机头上引入机械振动；机头引入超声振动；在挤出全过程引入振动 振动力场对挤出过程作用的机理 挤出过程中的振动力场作用提高了制品在纵向和横向上的力学性能，并且使二者趋于均衡这种自增强和均衡作用是聚合物大分子之间排列和堆砌有序程度提高的结果，也是振动力场对聚合物熔体作用的结果，可以解释为是振动力场作用使聚合物熔体大分子在流动过程中发生平面二维取向作用而产生“拟网结构”的结果。 在振动塑化挤出过程中，由于螺杆的周向旋转和轴向振动，聚合物熔体受到复合应力作用，在螺槽中不仅受到螺槽周向剪切力作用，而且也受到轴向往复振动剪切力作用。由于轴向振动作用具有交变特征，因此，与周向剪切作用的复合作用在空间和时间维度上进行周期性变化，可以把这种复合作用描述成空间矢 向拉伸时也不会解离。在纵向上由于有牵引拉伸作用，取向程度较高，大分子链、片晶较多地沿拉伸方向排列，因而其力学性能较高；其他方向上因拟网结构被固化，也出现部分大分子取向，表现为制品的横向力学性能的提高和纵横向性能趋于均衡；而在薄膜挤出吹塑时，制品厚度小，由于轴向振动分量作用减弱了纵向流动剪切和拉伸的诱导取向作用，动态挤出时的薄膜制品的纵向拉伸强度较稳态挤出时有所下降。总说： 在高分子材料成型加工过程中引入振动，会对高分子材料成型过程产生一系列影响。振动力场能量的引入并不是能量的简单叠加，而是利用高分子材料成型过程在振动力场作用下表现出来的非线性特性，降低成型过程能耗，提高产品质量，是一种新型的低能耗成型方法。 特点：振动挤出对塑料制品性能的影响 在动态塑化挤出成型过程中，振动力场被引入塑化和成型的全过程，不仅对物料的输送、熔融、塑化和熔体输运过程产生了影响，而且改变了聚合物熔体在制品成型过程中的流动状态，并对制品的微观结构形成历程和形态产生了重要的影响。振动塑化过程的脉动剪切作用可以提高聚合物熔体中微观有序结构的程度与分布，如大分子的取向，这种局部有序性在制品成型的过程中并不会完全松弛，在熔体冷却过程中对结晶聚合物的晶体的形成或分子的取向结构产生一定的影响，得到在微观水平上具有更有序的长程结构的聚合物制品。因此，在不添加任何塑料助剂的情况下，振动塑化挤出加工可提高制品的力学性能。 另一方面，振动塑化过程具有强烈的脉动剪切和拉伸效果，与稳态加工过程中的单向剪切作用相比，这种作用对于改善复杂流体中的多相体系之间的混合与分散具有明显的效果，能有效的促进多相体系中的均质、均温进程，提高多相体系微观结构的均化程度因此，通过振动塑化挤出加工制备的高分子材料具有优化的分散结构和力学性能，这种制备与成型技术对于制备高分子材料及其制品具有明显的优势。 上述结果表明，引入振动力场后，在产量相同的条件下，输送塑化的能耗需求降低，螺杆的长径比可以相应减少，而且在一定的振动参数范围内，不但能够保证甚至还能提升制品综合性能。 众多的实验研究和生产实践表明：将振动力场引入聚合物成型加工的全过程可以降低聚合物熔体黏度、降低出口压力、减少挤出胀大、提高熔融速率、增加分子取向、降低功耗、提高制品力学性能等。 在聚合物的加工全过程中引入的振动力场，对聚合物的加工过程产生了深刻影响，表现出许多传统成型加工过程中没有的新现象，如加工温度明显降低、熔体粘度减小、挤出胀大减小、制品产量和性能提高，以及振动力场的引入能有效促进填充、改性或共混聚合物体系中各组份间的分散、混合和混炼等。 在塑料挤出加工中引入振动场，侧重于通过改变挤出加工中的过程参数(压力、温度、功率)来改善挤出特性，使之更有利于塑料的挤出成型加工；同时，振动场的作用也使挤出成型制品质量得以提高。而在塑 一、流变学基础 1. 聚合物成型加工，是聚合物原料及其助剂，通过塑料加工机械和模具，在热和外力等因素的作用下，获得满足形状和性能要求的制品的过程。 2. 聚合物成型加工的核心要素:材料（配方）、（加工）设备、（加工）工艺 3. 流动性-剪切粘度，可延性-内聚力、拉伸粘度 4. 流变学是研究材料流动及变形规律的一门科学。 5. D=λ/t，λ松弛时间（relaxation time)(材料性质)，t形变过程的时间(变形的环境条件），打破了固体和流体响应的界限,提供了衡量粘弹性的定量尺子 6. 粘弹性是聚合物流变行为的基本特征 7. 拉伸流动:纵向速度梯度；剪切流动：横向速度梯度。剪切流动与液体的粘性联系在一起，而拉伸流动与液体的弹性联系在一起。 8. 拖曳流动：流体边界相对运动；压力流动：流体边界无相对运动 9. 流体抵抗流动变形的能力称为粘度，反映流体内摩擦阻力的大小。 10. 绝对速率理论: 把粘滞流动看成是受高能量过渡状态控制的一种速率过程。液体分子从开始的平衡位置过渡到另一平衡状态。越过能垒进行传输，该能垒受到作用应力的影响发生偏移。说明：在外应力很小时，粘度与应力无关，应力较大时，粘度随应力提高而下降。 11. 自由体积理论：自由体积，由于提高了容许分子运动的空隙，其值越大粘度越小；给定温度下分子的体积，温度越高，其值越大。所以温度升高，自由体积增大，粘度降低； 12. 过剩熵理论: 温度下降，液体的熵降低，使形变增加困难 13. 触变性(thixotropic)：一定T、γ~,随时间增加，η下降；震凝性(rheopectic)液体：一定T、γ~,随时间增加，η上升 14. 流体粘度随剪切速率变化的内在原因：体系内微观结构的变化 15. 聚合物普适流动曲线:在取向度相同的条件下，不同体系具有相同的约化粘度 16. 剪切变稀：缠结理论和取向理论 17. 粘流活化能：是分子链流动时用于克服分子间作用力以便更换位置所需要的能量 18. 聚苯乙烯熔体的粘度，对温度和剪切速率都敏感。 19. 塑料中，用于注射成型的树脂分子量应小些，用于挤出成型的树脂分子量可大些，用于吹塑成型的树脂分子量可适中。 20. 橡胶工业中常用门尼粘度表征材料的流动性，塑料工业中常用熔融指数或流动长度表征塑料的流动性。 21. 分子量分布宽，非牛顿性显著，η对剪切较敏感；分布窄，更多牛顿性特征，η对温度较敏感。 22. 低剪切速率下，粘度主要取决于高分子量组分；高剪切速率下，粘度主要取决于低分子量组分 《聚合物成型加工工艺》试题 一．概念题。（共6 题，每题3分，共18 分） 1、吹胀比： 2、螺杆长径比： 3、塑化： 4、注射成型： 5、挤出胀大： 6、固体床： 二、选择题，将正确的答案填在空格处。（共10 题，每题2分，共20 分） 1、挤出机的螺杆分为（） A加料段、熔融段、均化段 B 加料段、融化段、挤出段C熔融段、均化段、挤出段 D 融化段、熔融段、挤出段 2、为提高物料输送能力，常采取的措施不包括（） A 冷却螺杆，使螺杆的温度略低于料筒 B 提高螺杆的转速 C 在料筒内壁开设纵向沟槽 D 升高料筒的温度 3、注射成型工艺适用于（）。 A．只有热塑性塑料 B．只有热固性塑料 C．主要成型热塑性塑料，某些热固性塑料也可用注射方法成型 D．所有塑料都可以 4、挤出成型工艺过程与注射成型工艺过程最大的区别是（）。 A．挤出成型有牵引装置、冷却装置和切割装置，而注射成型没有 B．挤出成型模具不用预热，注射模具要预热 C．挤出成型适用于热固性塑料，注射成型工艺适用于热塑性塑料 D．挤出成型过程是连续的，注射成型过程是有间隔的 5、下列不属于单螺杆挤出机的基本结构的是（） A传动部分B加料装置C 切割装置D机头和口模 6、螺杆注射机的注射量主要取决于（）。 A、注射油缸的油压大小 B、模具阻力 C、螺杆直径和行程 D、螺杆转速 7、保压补塑阶段的作用是（）。 A．塑件冷却的需要B．注射机的结构决定的 C．减少应力集中D．补充型腔中塑料的收缩需要 8、结构复杂的热固性塑料制件，固化时间应（） A.快些 B.关系不大 C.不能确定 D.不宜过快 9、挤出速率是指（）。 A.挤出机挤出的塑料质量 B.单位时间内挤出机口模挤出的塑料质量或长度 C.牵引装置的速度 D.切割装置的速度 10、口径不大的各种瓶、壶、桶和儿童玩具等选用哪种成型生产方法（） A、冷挤压成型法 B、中空吹塑法 C、注射成型法 D、拉伸成型法 三．、填空题。（共13 空，每空2分，共26 分） 1、挤出机螺杆的结构形式主要是______________和______________两种。 2、______________是连接料筒和模具的过渡部分。 3、螺杆的中心开设有孔道的目的是__________________。 4、熔体在挤出机螺杆的均化段的流动有四种形式，分别为___________、负流、横流、 ___________。 5、聚烯烃树脂的交联方法有_____________、辐射交联。 6、挤出制品截面形状与______________完全一致。 7、在挤出成型过程中，使物料由旋转运动变为直线运动的主要部件是：______________ 。 8、挤出成型模具被称为_________________。 9、喷嘴是连接________________和_______________的过渡部分。 10、中空吹塑的两个基本工艺阶段是：型坯成型和______________。 四．简答题。（共 6 题，每题 6 分，共 36 分） 1、试述机头和口模的作用。 2、塑料的挤出成型有何特点？试写出PVC,PE,PA,PS在塑料挤出机中合适的各段加工温度（加料段、压缩段、均化段、机头及口磨）。 3、简述挤出—吹塑工艺过程及其优缺点。 4、为什么要保压？保压对制品性能有何影响？ 5、与挤出机的螺杆相比，注射机的螺杆在结构上、运动上及功能上有何特点？多用于那些场合？ 6、影响粘度的因素有那些？是如何影响的？ 第一章 1.简述高分子化合物的生产过程。 答：(1)原料准备与精制过程; 包括单体、溶剂、去离子水等原料的贮存、洗涤、精制、干燥、调整浓度等过程和设备。(2)催化剂(引发剂)配制过程; 包括聚合用催化剂、引发剂和助剂的制造、溶解、贮存。调整浓度等过程与设备。(3)聚合反应过程；包括聚合和以聚合釜为中心的有关热交换设备及反应物料输送过程与设备.(4)分离过程；包括未反应单体的回收、脱出溶剂、催化剂，脱出低聚物等过程与设备。(5)聚合物后处理过程；包括聚合物的输送、干燥、造粒、均匀化、贮存、包装等过程与设备。(6)回收过程；主要是未反应单体和溶剂的回收与精制过程及设备。 2 简述连续生产和间歇生产工艺的特点 答：间歇生产是聚合物在聚合反应器中分批生产的，经历了进料、反应、出料、清理的操作。优点是反应条件易控制，升温、恒温可精确控制，物料在聚合反应器中停留的时间相同，便于改变工艺条件，所以灵活性大，适于小批量生产，容易改变品种和牌号。缺点是反应器不能充分利用，不适于大规模生产。 连续生产是单体和引发剂或催化剂等连续进入聚合反应器，反应得到的聚合物则连续不断的流出聚合反应器的生产。优点是聚合反应条件稳定，容易实现操作过程的全部自动化、机械化，所得产品质量规格稳定，设备密闭，减少污染。适合大规模生产，因此劳动生产率高，成本较低。缺点是不宜经常改变产品牌号，不便于小批量生产某牌号产品。 3. 合成橡胶和合成树脂生产中主要差别是哪两个过程，试比较它们 在这两个生产工程上的主要差别是什么？ 答:合成树脂与合成橡胶在生产上的主要差别为分离工程和后处理工程。 分离工程的主要差别：合成树脂的分离通常是加入第二种非溶剂中，沉淀析出；合成橡胶是高粘度溶液，不能加非溶剂分离，一般为将高粘度橡胶溶液喷入沸腾的热水中，以胶粒的形式析出。 后处理工程的主要差别：合成树脂的干燥，主要是气流干燥机沸腾干燥；而合成橡胶易粘结成团，不能用气流干燥或沸腾干燥的方法进行干燥，而采用箱式干燥机或挤压膨胀干燥剂进行干燥。 4. 简述高分子合成工业的三废来源、处理方法以及如何对废旧材料进行回收利用。 答: 高分子合成工业中:废气主要来自气态和易挥发单体和有机溶剂或聚合物成型加工基础
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