聚合物加工原理

1、1.什么是聚合物的力學(xué)三態(tài)，各自的特點(diǎn)是什么？各適用于什么加工方法？什么是聚合物的力學(xué)三態(tài)，各自的特點(diǎn)是什么？各適用于什么加工方法？玻璃態(tài)、高彈態(tài)和粘流態(tài)稱為聚合物的力學(xué)三態(tài)。玻璃態(tài)、高彈態(tài)和粘流態(tài)稱為聚合物的力學(xué)三態(tài)。玻璃態(tài)：內(nèi)能大，彈性模量大。高分子主鏈鍵長(zhǎng)、鍵角只能發(fā)生微小變化，形變很小，玻璃態(tài)：內(nèi)能大，彈性模量大。高分子主鏈鍵長(zhǎng)、鍵角只能發(fā)生微小變化，形變很小，不能進(jìn)行大變形的成型，主要進(jìn)行冷加工，車(chē)、鉆、銼、切螺紋。不能進(jìn)行大

2、變形的成型，主要進(jìn)行冷加工，車(chē)、鉆、銼、切螺紋。高彈態(tài)：內(nèi)能降低，彈性模量較低。外力作用，分子主鏈發(fā)生運(yùn)動(dòng)，變形能力增大，高彈態(tài)：內(nèi)能降低，彈性模量較低。外力作用，分子主鏈發(fā)生運(yùn)動(dòng)，變形能力增大，形變可部分恢復(fù)，可進(jìn)行大變形成型加工，可進(jìn)行壓延、中空成型、熱成型。形變可部分恢復(fù)，可進(jìn)行大變形成型加工，可進(jìn)行壓延、中空成型、熱成型。粘流態(tài)：外力作用，整個(gè)分子鏈都可以運(yùn)動(dòng)，材料會(huì)發(fā)生持續(xù)變形，形變不可逆，可粘流態(tài)：外力作用，整個(gè)分子鏈都可以

3、運(yùn)動(dòng)，材料會(huì)發(fā)生持續(xù)變形，形變不可逆，可進(jìn)行擠出、注射。進(jìn)行擠出、注射。2、影響聚合物粘度的因素分別有哪些？、影響聚合物粘度的因素分別有哪些？對(duì)于高聚物熔體來(lái)說(shuō)，影響粘度的因素有許多，應(yīng)力、應(yīng)變速率、溫度、壓力、分子參數(shù)對(duì)于高聚物熔體來(lái)說(shuō)，影響粘度的因素有許多，應(yīng)力、應(yīng)變速率、溫度、壓力、分子參數(shù)和結(jié)構(gòu)、相對(duì)分子質(zhì)量分布、支化和添加劑等。但歸結(jié)起來(lái)有兩個(gè)方面：和結(jié)構(gòu)、相對(duì)分子質(zhì)量分布、支化和添加劑等。但歸結(jié)起來(lái)有兩個(gè)方面：(1)熔體內(nèi)的

4、自由體積因素，自由體積熔體內(nèi)的自由體積因素，自由體積粘度粘度ˉ(2)大分子長(zhǎng)鏈間的纏結(jié)，凡能減少纏結(jié)作用因素，都能加速分子運(yùn)動(dòng)，粘度大分子長(zhǎng)鏈間的纏結(jié)，凡能減少纏結(jié)作用因素，都能加速分子運(yùn)動(dòng)，粘度ˉ3、壓力流動(dòng)、收斂流動(dòng)、拖拽流動(dòng)的定義及各自常見(jiàn)發(fā)生場(chǎng)合。、壓力流動(dòng)、收斂流動(dòng)、拖拽流動(dòng)的定義及各自常見(jiàn)發(fā)生場(chǎng)合。壓力流動(dòng)：在簡(jiǎn)單的形狀管道中因受壓力作用而產(chǎn)生的流動(dòng)。壓力流動(dòng)：在簡(jiǎn)單的形狀管道中因受壓力作用而產(chǎn)生的流動(dòng)。；聚合；聚合物成型時(shí)

5、在管內(nèi)的流動(dòng)多屬于壓力梯度引起的剪切流動(dòng)。如注射時(shí)流道內(nèi)熔體的流動(dòng)。物成型時(shí)在管內(nèi)的流動(dòng)多屬于壓力梯度引起的剪切流動(dòng)。如注射時(shí)流道內(nèi)熔體的流動(dòng)。收斂流動(dòng)：在截面積逐漸減小的流道中的流動(dòng)。收斂流動(dòng)：在截面積逐漸減小的流道中的流動(dòng)。；多發(fā)生在；多發(fā)生在在錐形管或其他截面積逐漸變小的管道中。在錐形管或其他截面積逐漸變小的管道中。拖拽流動(dòng)：在具有部分動(dòng)件的流道中的流動(dòng)。拖拽流動(dòng)：在具有部分動(dòng)件的流道中的流動(dòng)。，如在擠出機(jī)螺槽，如在擠出機(jī)螺槽中的

6、聚合物流動(dòng)以及線纜包覆物生產(chǎn)口模中。中的聚合物流動(dòng)以及線纜包覆物生產(chǎn)口模中。4、根據(jù)物料的變化特征可將螺桿分為幾個(gè)階段，它們各自的作用是什么？、根據(jù)物料的變化特征可將螺桿分為幾個(gè)階段，它們各自的作用是什么？加料段（加料段（Ⅰ）、壓縮段（、壓縮段（Ⅱ）、均化段（、均化段（Ⅲ）加料段（加料段（Ⅰ）作用：將料斗供給的料送往壓縮段，塑料在移動(dòng)過(guò)程中一般保持固體狀態(tài)由）作用：將料斗供給的料送往壓縮段，塑料在移動(dòng)過(guò)程中一般保持固體狀態(tài)由于受熱而部分

7、熔化。于受熱而部分熔化。壓縮段（壓縮段（Ⅱ）作用：壓實(shí)物料，使物料由固體轉(zhuǎn)化為熔體，并排除物料中的空氣。）作用：壓實(shí)物料，使物料由固體轉(zhuǎn)化為熔體，并排除物料中的空氣。均化段均化段(計(jì)量段計(jì)量段)的作用：是將熔融物料，定容的作用：是將熔融物料，定容(定量定量)定壓地送入機(jī)頭使其在口模中成型。均定壓地送入機(jī)頭使其在口模中成型。均化段的螺槽容積與加料一樣恒定不變。化段的螺槽容積與加料一樣恒定不變。5、簡(jiǎn)單敘述擠出成型、注射成型、壓制成型、壓延

8、成型各自的工藝過(guò)程。、簡(jiǎn)單敘述擠出成型、注射成型、壓制成型、壓延成型各自的工藝過(guò)程。1、擠出成型工藝主要程序：物料的干燥，成型，定型與冷卻，制品的牽引與卷取，制品的、擠出成型工藝主要程序：物料的干燥，成型，定型與冷卻，制品的牽引與卷取，制品的后處理。后處理。2、注射過(guò)程：塑化、注射過(guò)程：塑化→充模充?！罕骸鋮s冷卻→脫模脫模3、壓制成型過(guò)程主要包括：加料、閉模、排氣、固化、脫模與清理模具。、壓制成型過(guò)程主要包括：加料、閉模、排氣、

9、固化、脫模與清理模具。4、壓延工藝過(guò)程：、壓延工藝過(guò)程：○1供料階段：捏合供料階段：捏合→塑化塑化→供料供料○2壓延階段：壓延壓延階段：壓延→牽引牽引→刻花刻花→冷卻定型冷卻定型→輸送輸送→切割、卷取切割、卷取6、比較注塑螺桿和擠出螺桿在結(jié)構(gòu)上的主要差別。、比較注塑螺桿和擠出螺桿在結(jié)構(gòu)上的主要差別。注塑螺桿長(zhǎng)徑比比擠出螺桿?。蛔⑺苈輻U長(zhǎng)徑比比擠出螺桿??；注塑螺桿均化段螺槽深度比擠出螺桿深；注塑螺桿均化段螺槽深度比擠出螺桿深；注塑螺桿壓縮

10、比比擠出螺桿小；注塑螺桿壓縮比比擠出螺桿??；注塑螺桿加料段長(zhǎng)度比擠出螺桿長(zhǎng)，而均化段長(zhǎng)度比擠出螺桿短；注塑螺桿加料段長(zhǎng)度比擠出螺桿長(zhǎng)，而均化段長(zhǎng)度比擠出螺桿短；擠出螺桿多為圓頭或錐頭，而注塑螺桿多為尖頭并帶有特殊結(jié)構(gòu)。擠出螺桿多為圓頭或錐頭，而注塑螺桿多為尖頭并帶有特殊結(jié)構(gòu)。注塑螺桿只起預(yù)塑化和注射作用，對(duì)塑化能力、壓力穩(wěn)定性以及操作連續(xù)性和穩(wěn)定性沒(méi)有注塑螺桿只起預(yù)塑化和注射作用，對(duì)塑化能力、壓力穩(wěn)定性以及操作連續(xù)性和穩(wěn)定性沒(méi)有擠出螺桿

11、要求高。擠出螺桿要求高。11、壓延效應(yīng)產(chǎn)生的原因及減小的方法是什么？、壓延效應(yīng)產(chǎn)生的原因及減小的方法是什么？答：產(chǎn)生的原因：在壓延過(guò)程中，熱塑性塑料由于受到很大的剪切應(yīng)力和拉伸應(yīng)力作用，答：產(chǎn)生的原因：在壓延過(guò)程中，熱塑性塑料由于受到很大的剪切應(yīng)力和拉伸應(yīng)力作用，因此高聚物大分子會(huì)沿著壓延方向作定向排列，以至制品在物理機(jī)械性能上出現(xiàn)各向異性，因此高聚物大分子會(huì)沿著壓延方向作定向排列，以至制品在物理機(jī)械性能上出現(xiàn)各向異性，即壓延效應(yīng)。即壓

12、延效應(yīng)。減小的方法：物料溫度適當(dāng)提高，可以提高其塑性，加強(qiáng)大分子的運(yùn)動(dòng)，破壞其定向排列，減小的方法：物料溫度適當(dāng)提高，可以提高其塑性，加強(qiáng)大分子的運(yùn)動(dòng)，破壞其定向排列，可降低壓延效應(yīng)；降低輥筒轉(zhuǎn)速，則壓延時(shí)間增加，壓延效應(yīng)降低；輥筒存料量少，壓延可降低壓延效應(yīng)；降低輥筒轉(zhuǎn)速，則壓延時(shí)間增加，壓延效應(yīng)降低；輥筒存料量少，壓延效應(yīng)也降低；增加制品的厚度，可減小壓延效應(yīng)；盡量不使用各向異性的配合劑，壓延后效應(yīng)也降低；增加制品的厚度，可減小壓延

13、效應(yīng)；盡量不使用各向異性的配合劑，壓延后緩慢冷卻，有利于取向分子松弛，也可降低壓延效應(yīng)。緩慢冷卻，有利于取向分子松弛，也可降低壓延效應(yīng)。12、請(qǐng)用粘彈性的滯后效應(yīng)相關(guān)理論解釋塑料注射成型制品的變形收縮現(xiàn)象以及熱處理的、請(qǐng)用粘彈性的滯后效應(yīng)相關(guān)理論解釋塑料注射成型制品的變形收縮現(xiàn)象以及熱處理的作用。作用。答：答：○1塑料注射成型制品的變形收縮。當(dāng)注射制件脫模時(shí)，大分子的形變并非已經(jīng)停止，塑料注射成型制品的變形收縮。當(dāng)注射制件脫模時(shí)，大分子

14、的形變并非已經(jīng)停止，在貯存和使用過(guò)程中，制件中大分子的進(jìn)一步形變能使制件變形。制品收縮的主要原因是在貯存和使用過(guò)程中，制件中大分子的進(jìn)一步形變能使制件變形。制品收縮的主要原因是熔體成型時(shí)驟冷使大分子堆積得較松散（即存在熔體成型時(shí)驟冷使大分子堆積得較松散（即存在“自由體積自由體積”）之故。在貯存和使用過(guò)程中，）之故。在貯存和使用過(guò)程中，大分子的重排運(yùn)動(dòng)的發(fā)展，使堆積逐漸緊密，以致密度增加體積收縮。能結(jié)晶的聚合物則大分子的重排運(yùn)動(dòng)的發(fā)展，使

15、堆積逐漸緊密，以致密度增加體積收縮。能結(jié)晶的聚合物則因逐漸形成結(jié)晶結(jié)構(gòu)而使成型的制品體積收縮。制品體積收縮的程度是隨冷卻速度增大而因逐漸形成結(jié)晶結(jié)構(gòu)而使成型的制品體積收縮。制品體積收縮的程度是隨冷卻速度增大而變得嚴(yán)重，所以加工過(guò)程急冷（驟冷）對(duì)制件的質(zhì)量通常是不利的。無(wú)論是變形或是體積變得嚴(yán)重，所以加工過(guò)程急冷（驟冷）對(duì)制件的質(zhì)量通常是不利的。無(wú)論是變形或是體積收縮，都將降低制品的因次穩(wěn)定性；嚴(yán)重的變形或收縮不均勻還會(huì)在制品中形成內(nèi)應(yīng)力

16、，收縮，都將降低制品的因次穩(wěn)定性；嚴(yán)重的變形或收縮不均勻還會(huì)在制品中形成內(nèi)應(yīng)力，甚至引起制品開(kāi)裂；同時(shí)并降低制品的綜合性能。甚至引起制品開(kāi)裂；同時(shí)并降低制品的綜合性能。○2在Tg~Tf的溫度范圍內(nèi)對(duì)成型制品進(jìn)行熱處理，可以縮短大分子形變的松弛時(shí)間，加速的溫度范圍內(nèi)對(duì)成型制品進(jìn)行熱處理，可以縮短大分子形變的松弛時(shí)間，加速結(jié)晶聚合物的結(jié)晶速度，使制品的形狀能夠較快地穩(wěn)定下來(lái)。某些制品在熱處理過(guò)程輔以結(jié)晶聚合物的結(jié)晶速度，使制品的形狀能夠較快

17、地穩(wěn)定下來(lái)。某些制品在熱處理過(guò)程輔以溶脹作用（在水或溶劑中熱處理或?qū)⒅破分糜谌軇┱羝袩崽幚?，更能縮短松弛時(shí)間）溶脹作用（在水或溶劑中熱處理或?qū)⒅破分糜谌軇┱羝袩崽幚?，更能縮短松弛時(shí)間）。例。例如在纖維拉伸定型的熱處理中，若吹入瞬時(shí)水蒸氣，有利于較快地消除纖維中的內(nèi)應(yīng)力，如在纖維拉伸定型的熱處理中，若吹入瞬時(shí)水蒸氣，有利于較快地消除纖維中的內(nèi)應(yīng)力，提高纖維使用的穩(wěn)定性。通過(guò)熱處理不僅可以使制品中的內(nèi)應(yīng)力降低，還能改善聚合物的提高纖維使

18、用的穩(wěn)定性。通過(guò)熱處理不僅可以使制品中的內(nèi)應(yīng)力降低，還能改善聚合物的物理機(jī)械性能，這對(duì)于那些鏈段的剛性較大、成型過(guò)程中容易凍結(jié)內(nèi)應(yīng)力的聚合物如聚碳物理機(jī)械性能，這對(duì)于那些鏈段的剛性較大、成型過(guò)程中容易凍結(jié)內(nèi)應(yīng)力的聚合物如聚碳酸酯、聚苯醚、聚苯乙烯等有很重要的意義。酸酯、聚苯醚、聚苯乙烯等有很重要的意義。13.分別闡述聚合物在高彈態(tài)和粘流態(tài)時(shí)的粘彈性形變特點(diǎn)。分別闡述聚合物在高彈態(tài)和粘流態(tài)時(shí)的粘彈性形變特點(diǎn)。即使在較小的外力作用下，也能迅

19、速產(chǎn)生很大的形變，并且當(dāng)外力除去后，形變又可逐漸即使在較小的外力作用下，也能迅速產(chǎn)生很大的形變，并且當(dāng)外力除去后，形變又可逐漸恢復(fù)。這種受力能產(chǎn)生很大的形變，除去外力后能恢復(fù)原狀的性能稱高彈性，相應(yīng)的力學(xué)恢復(fù)。這種受力能產(chǎn)生很大的形變，除去外力后能恢復(fù)原狀的性能稱高彈性，相應(yīng)的力學(xué)狀態(tài)稱高彈態(tài)。狀態(tài)稱高彈態(tài)。當(dāng)溫度升到足夠高時(shí)，在外力作用下，由于鏈段運(yùn)動(dòng)劇烈，導(dǎo)致整個(gè)分子鏈質(zhì)量中心發(fā)生當(dāng)溫度升到足夠高時(shí)，在外力作用下，由于鏈段運(yùn)動(dòng)劇烈，

20、導(dǎo)致整個(gè)分子鏈質(zhì)量中心發(fā)生相對(duì)位移，聚合物完全變?yōu)檎承粤黧w，其形變不可逆，這種力學(xué)狀稱為粘流態(tài)。相對(duì)位移，聚合物完全變?yōu)檎承粤黧w，其形變不可逆，這種力學(xué)狀稱為粘流態(tài)。14.畫(huà)出幾種典型流體的剪切力畫(huà)出幾種典型流體的剪切力剪切速率流動(dòng)曲線，并簡(jiǎn)單說(shuō)明各自的流變行為特征。剪切速率流動(dòng)曲線，并簡(jiǎn)單說(shuō)明各自的流變行為特征。賓漢流體：與牛頓流體相同，賓漢流體：與牛頓流體相同，剪切速率～剪切速率～剪切應(yīng)力的關(guān)系也是一條直線，不同處：它的剪切應(yīng)力的關(guān)