高分子材料成型加工唐颂超第三版第-章课后习题答案-仅供参考-.pdf

高分子材料成型加工 Chapter2-10 课后习题答案（仅供参考）Chapter2 高分子材料学 1.分别区分“通用塑料”和“工程塑料”、“热塑性塑料”和“热固性塑料”，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，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。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。如聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯、聚苯乙烯、聚甲醛、聚砜、聚苯醚好和氯化聚醚等都是热塑性塑料。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。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。2.什么是聚合物的结晶和取向它们有何不同研究结晶和取向对高分子材料加工有何实际意义 聚合物的结晶：高聚物发生的分子链在三维空间形成局部区域的、高度有序的排列的过程。聚合物的取向：高聚物的分子链沿某特定方向作优势的平行排列的过程。包括分子链、链段和结晶高聚物的晶片、晶带沿特定方向择优排列。不同之处：（1）高分子的结晶属于高分子的一个物理特性，不是所有的高聚物都会结晶，而所有的高聚物都可以在合适的条件下发生取向。（2）结晶是某些局部区域内分子链在三维空间的规整排列，而取向一般是在一定程度上的一维或二维有序，是在外力作用下整个分子链沿特定方向发生较为规整排列。（3）结晶是在分子链内部和分子链之间的相互作用下发生的，外部作用也可以对结晶产生一定的影响；取向一般是在外力作用和环境中发生的，没有外力的作用，取向一般不会内部产生。（4）结晶主要发生在 TgTm 范围内，而取向可以发生在 Tg 或 Tm 以上的任何温度（热拉伸或流动取向），也可以在室温下进行冷拉伸获得。（5）结晶单元为高分子链和链段，而取向单元还可以是微晶(晶粒)。结晶是结晶性高聚物加工成型过程中必然经历的过程，结晶直接影响到聚合物的成型加工和制品的性能。结晶温度越低，聚合物加工熔点越低且熔限越宽，结晶温度越高，熔点较高且熔限越窄。化学结构相似而结晶度较大的聚合物成型加工温度较高。结晶过程中结晶速度的快慢直接决定了制品的成型加工周期，结晶越快，冷却时间越短，而结晶越慢，加工成型周期变长。聚合物结晶颗粒的尺寸对制品的透明性、表观形态和机械性能也有非常大的影响。因此结晶在聚合物的成型加工过程中占有举足轻重的低位。取向是聚合物在加工过程中或者加工后处理阶段形成的，结晶聚合物和非晶聚合物均可以产生取向。非晶态高聚物的取向，包括链段的取向和大分子链的 取向，而结晶态高分子的取向包括晶区的取向和非晶区的取向，晶区的取向发展很快，非晶区取向较慢。取向能提高拉伸制品的力学强度，还可使分子链有序性提高，这有利于结晶度的提高，从而提高其耐热性。在纤维和薄膜的生产中取向状况的控制显得特别重要。但对其他成型制品，如果流动过程中取向得以保存，则制品的力学强度会降低并易变型，严重时会造成内力不均而易开裂。3.请说出晶态与非晶态聚合物的熔融加工温度范围，并讨论两者作为材料的耐热性的好坏。晶态聚合物：（1）若聚合物的分子量较小，TmTf，则聚合物达到熔点时已进入粘流态，则熔融加工温度范围即为 TmTd（热分解温度）；若聚合物的分子量较大，分子链相互作用力较大，当晶区熔融时，分子链还需要吸收更多能量克服分子间作用力，才能产生运动，因此聚合物的 TmTm 分子热运动自由能大于内能，难以形成有序结构 TTg 大分子链段运动被冻结，不能发生分子重排和形成结晶结构 5.什么是结晶度结晶度的大小对聚合物性能有哪些影响 1）力学性能 结晶使塑料变脆（耐冲击强度下降），韧性较强，延展性较差。2）光学性能 结晶使塑料不透明，因为晶区与非晶区的界面会发生光散射。减小球晶尺寸到一定程式度，不仅提高了塑料的强度（减小了晶间缺陷）而且提高了透明度，（当球晶尺寸小于光波长时不会产生散射）。3）热性能 结晶性塑料在温度升高时不出现高弹态，温度升高至熔融温度 TM 时，呈现粘流态。因此结晶性塑料的使用温度从 Tg（玻璃化温度）提高到 TM（熔融温度）。!4）耐溶剂性，渗透性等得到提高，因为结晶分排列更加紧密。6.何谓聚合物的二次结晶和后结晶 二次结晶：指一次结晶后，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，此过程很缓慢,可能几年甚至几十年。后结晶：指一部分来不及结晶的区域，在成型后继续结晶的过程，不形成新的结晶区域，而在球晶界面上使晶体进一步张大，是初结晶的继续。7.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 答：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将发生取向，依受力情况，取向作用可分为两类：（1）流动取向 由于在管道或型腔中沿垂直于流动方向上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。（2）拉伸取向 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，拉伸取向又分为单向拉伸和双向拉伸。￥高分子材料经取向后，拉伸强度、弹性模量、冲击强度、透气性等增加。8.要使聚合物在加工中通过拉伸获得取向结构应在该聚合物的什么温度下拉伸 应该在聚合物的玻璃化温度和熔点之间进行因为分子在高于 Tg 时才具有足够的活动，这样在拉应力的作用下分子才能从无规线团中被拉伸应力拉开、拉直和在分子彼此之间发生移动。9.分析并讨论影响热塑性塑料成型加工中熔体粘度的因素。答：影响热塑性塑料成型加工熔体粘度的因素可分为内因和外因。内因：（1）聚合物主链结构的影响：聚合物分子链柔性越大，缠结点越多，链的解缠和滑移越困难，聚合物流动时非牛顿性越强。聚合物分子链刚性增加，分子间作用力愈大，粘度对剪切速率的敏感性减小，但粘度对温度的敏感性增加，提高这类聚合物的加工温度可有效改善其流动性。聚合物分子中支链结构的存在对粘度也有很大的影响。具有短支链的聚合物的粘度低于具有相同相对分子质量的直链聚合物的粘度；支链长度增加，粘度随之上升，支链长度增加到一定值，粘度急剧增高。在相对分子质量相同的条件下，支链越多，越短，流动时的空间位阻越小，粘度越低，越容易流动。较多的长支 链可增加与临近分子的缠结几率，使流体流动阻力增加，粘度增大；长支链越 多，粘度升高愈多，流动性愈差。,（2）相对分子质量的影响：聚合物相对分子质量增大，不同链段偶然位移相互抵消的机会增多，因此分子链重心转移减慢，要完成流动过程就需要更长的时间和更多的能量，所以聚合物的粘度随相对分子质量的增大而增加。（3）相对分子质量分布的影响：相对分子质量分布宽的聚合物，对剪切敏感，即使在较低剪切速率或剪切应力下流动时，也比相对分子质量分布窄的聚合物更具有假塑性。外因：（1）温度的影响：粘流温度以上，高聚物的粘度与温度的关系符合如下关系：Ln =ln A+E/RT 分子链刚性越大，或分子间作用力越大，则高聚物的粘度对温度有较大的敏感性，可采用升高温度的方法降低成型加工粘度。而柔性分子链的高聚物的粘度对温度敏感性较差。（2）剪切速率的影响：在低和高剪切速率区，高聚物熔体的剪切粘度不随剪切速率而改变，而在中间剪切速率区，粘度随着剪切速率增加而降低。柔性分子链的表观粘度随着剪切速率的增加明显下降，而刚性分子链粘度下降不多。因此可采用提高转速的方法增加剪切速率，从而降低熔体粘度。（3）压力的影响：压力增加，自由体积减小，分子间的相互作用增大，熔体粘度升高。（4）添加剂的影响：增塑剂、润滑剂、稳定剂等小分子改性剂的加入，使聚合物共混物的粘度有所下降；而大量无机填料的添加会增加熔体的粘度。,Chapter3 添加剂 1.高分子材料中加入添加剂的目的是什么添加剂可分为哪些主要类型 满足性能上的要求 满足成型加工上的要求 满足经济上的要求 添加剂可分为稳定剂、增塑剂、润滑剂、交联剂、填充剂等 2.什么是热稳定剂热稳定剂可分为哪些主要类型其中那些品种可用于食品和医药包装材料 热稳定剂是一类能防止或减少聚合物在加工使用过程中受热而发生降解或交联,延长复合材料使用寿命的添加剂。可分为铅盐类、金属皂类、有机锡类、有机锑类、有机辅助、复合稳定剂和稀土类稳定剂。食药包装：有机锡类、有机锑类、复合稳定剂和稀土类稳定剂。3什么是热稳定剂哪一类聚合物在成型加工中须使用热稳定剂对于加有较多增塑剂和不加增塑剂的两种塑料配方，如何考虑热稳定剂的加入量请阐明理由。热稳定剂是指在加工塑料制品时为防止加工时的热降解或者防止制品在长期使用过程中老化而添加的物质。热稳定剂主要用于 PVC 塑料中，PVC 是热不稳定性的塑料，其加工温度与分解温度相当接近，只有加入热稳定剂才能实现在高温下的加工成型，制得性能优良的制品。含较多增塑剂的塑料不加或少加热稳定剂，不加增塑剂的塑料应多加热稳定剂。加入增塑剂的塑料降低了聚合物分子之间的作用力，制品的玻璃化温度和软化温度均降低，故可少加热稳定剂。4.什么是抗氧剂和抗臭氧剂其对高分子材料制品的作用机理有何不同 抗氧剂：可以阻止或者延缓高材自动氧化速度，延长其使用寿命的物质。抗臭氧剂：可以阻止或者延缓高材发生臭氧破坏的化学物质。不同：抗氧化剂抑制扩散到制品内部的氧，而抗氧化剂只是在制品表面上发挥作用。5.什么是光稳定剂提高聚合催化剂的活性对聚丙烯的光稳定性有何影响：光稳定剂：可有效地抑制光致降解物理和化学过程的一类添加剂。影响：光敏催化剂，这种聚合物能够吸收一定波长的光线进入激发态，然后将吸收的能量转递给其他分子发生光化学反应，所以提高聚合催化剂的活性会使PP 更易光降解。6.什么是增塑剂根据塑化效率可分为哪些类型其各自的特点如何 增塑剂是能够降低聚合物 Tg 并提高其塑性的添加剂。根据塑化效率可分为主增塑剂、辅助增塑剂、增量剂。主增塑剂：与聚合物的相容性好，凝胶能力很强，可大量添加并单独使用主要有邻苯二甲酸酯类和磷酸酯类增塑剂。辅助增塑剂：与聚合物的相容性有限，凝胶能力较低，只能与主增塑剂并用，但往往起到功能性作用。主要品种有环氧大豆油。聚酯增塑剂、耐寒性增塑剂。增量剂：与聚合物的相容性很差，凝胶能力较差，不可单独使用，只可限量使用，以减少主增塑剂的用量。主要有烷基磺酸苯酯。：7.增塑剂的作用机理 增塑剂是指用以使高分子材料制品塑性增加，改进其柔软性、延伸性和加工性的物质。按作用机理不同，有外增塑和内增塑之分。（1）起外增塑作用的是低相对分子质量的化合物或聚合物，通常为高沸点的较难挥发的液体或低熔点的固体，且绝大多数为酯类有机化合物。以 PVC 为例，增塑剂分子上的极性基团与 PVC 上的氯原子相互吸引，减少了 PVC 分子间的相互作用，即减少了物理交联点。此外，增塑剂的分子比 PVC 要小得多，活动较容易，增加了 PVC 分子链段活动的空间，从而使 PVC 的 Tg 下降，塑性增加。这类增塑剂生产较简单，性能较全面，其增塑作用可在较大范围内依加入增塑剂的品种和数量进行调节。其缺点是耐久性较差，易挥发、迁移和抽出。（2）起内增塑作用的通常为共聚树脂，即在均聚物 Tg 较高的单体中引入均聚物 Tg 较低的第二单体，进行共聚，降低高分子化合物的有序程度（即结晶度），增加分子的柔软性，氯乙烯-醋酸乙烯共聚树脂即为典型的一种。此外，在高分子化合物分子链上引入支链或取代基也是一种常见的方法，如氯化聚乙烯。它们的优点是耐久性好，不挥发、难抽出，缺点是必须在聚合过程中引入，工艺较复杂，成本高，使用温度范围较窄，应用较少。8.什么是润滑剂为什么硬质 PVC 配方中必须添加润滑剂 润滑剂：降低熔体与加工机械或成型模具之间以及熔体内部相互之间的摩擦和黏附，改善加工流动性，提高生产能力和制品外观质量。因为降低熔体与加工机械或成型模具之间以及熔体内部相互之间的摩擦和黏附，改善加工流动性调节 PVC 树脂熔化速率和降低熔体黏度的作用。9橡胶硫化剂可分为哪些类型其各自适用的橡胶类型是什么 P76 10.橡胶硫化体系主要是由哪些添加剂组成的其各自的作用是什么 硫化剂：硫化。硫化促进剂：在胶料中能够提高硫化速度、缩短硫化时间、降低硫化温度、减少硫化剂用量，并能提高 或改善硫化胶物理机械性能的物质。硫化活性剂：凡能够提高胶料中硫化促进剂的活性、减少硫化促进剂的用量、缩短硫化时间的物质。防焦剂：防止胶料出现在硫化加工和贮存过程发生的早期轻度硫化现象。11.什么是填充剂根据其作用可分为哪些类型其各自的作用是什么 填充剂：改善高材的成型加工性能，赋予或提高制品某些特定的性能，或为了增加物料体积、降低制品成本而加入的一类物质。、分为两类：增量填充剂和补强剂。增量填充剂：降低成本，增加体积，而不影响材料的使用性能或对材料性能的影响很小。补强剂：加入后提高材料性能（主要是力学性能）的配合剂。12.其他可满足对高分子材料的特殊要求的添加剂，根据其作用可分为哪些类型 着色剂、发泡剂、阻燃剂、抗静电剂、偶联剂和防腐剂等。Chapter4 高分子材料制品设计和配方设计 1.高分子材料中加入添加剂的目的是什么添加剂可分为哪些主要类型 目的:满足成型加工上的要求、满足制品性能上的要求、满足制品功能上的要求、满足制品经济上的要求。/主要类型：工艺性添加剂和功能性添加剂。2.分析下列配方，要求：（1）指出各成分在配方中的作用；（2）判断制品基本性能，并说出相应的理由。PVC 树脂（XS-4）100，邻苯二甲酸二辛酯 10，邻苯二甲酸二丁酯 8，环氧脂肪酸辛酯 3，液体钡镉 2，硬脂酸钡，硬脂酸镉，硬脂酸，二氧化钛 3 PVC 树脂（XS-5）100，三盐基性硫酸铅 5，二盐基性亚磷酸铅，亚磷酸三苯脂，硬脂酸铅，硬脂酸正丁酯，石蜡，氧化锑 5 PVC 树脂（XS-3）100，DOP 20，DBP 20，DOS 10，氯化石蜡 5，UV-9，滑石粉 1，氧化铁，二月桂酸二丁基锡 3 丁睛橡胶 100，硫磺，促进剂 M，促进剂 TMTD，ZnO 5，硬脂酸 1，防老剂 4010NA 1，半补强碳黑 60，陶土 30，沥青 5，石蜡:PVC 树脂（XS-4）100，邻苯二甲酸二辛酯 10，邻苯二甲酸二丁酯 8，环氧脂肪酸辛酯 3，液体钡-镉 2，硬脂酸钡，硬脂酸镉，硬脂酸，二氧化钛 3 PVC：基体材料；邻苯二甲酸二辛酯 10，邻苯二甲酸二丁酯 8：增塑剂；环氧脂肪酸辛酯：适用于 PVC 加工过程中的增塑剂和稳定剂，具优异的耐寒性，与 PVC 的相溶性好，该品的分子内环氧基团可吸收 PVC 分解出的 HCl，从而起到耐热性和耐光稳定的作用。液体钡-镉：液体稳定剂；并可减少加工时的粉尘污染；硬脂酸钡：热稳定剂兼润滑剂；硬脂酸镉：用作聚氯乙烯树脂加工中的耐热光透明稳定剂；硬脂酸：润滑剂；二氧化钛：颜料。材料的基本性能：具有一定柔韧性的增塑后的塑料。PVC 树脂（XS-5）100，三盐基性硫酸铅 5，二盐基性亚磷酸铅：PVC 常用热稳定剂，提高材料加工时对热的承受能力，防止侧基脱除、分解；亚磷酸三苯脂：PVC 辅助稳定剂，捕捉金属氧化物和 HCL 分解过氧化物，一般与上述两种稳定剂配合使用；硬脂酸铅：热稳定剂兼润滑剂，改善 PVC 的热承受能力和加工性能，；硬脂酸正丁酯、石蜡：润滑剂，；氧化锑 5：阻燃剂；基本性能：配方中加入较多热稳定剂，故有很好的加工性能、热承受能力，加入了阻燃剂，故制品较难燃，较可能为硬质 PVC。PVC 树脂（XS-3）100，DOP 20，DBP 20：通用增塑剂，降低制品的加工温度，软化制品；DOS 10：耐寒性增塑剂，起辅助增塑作用，强化制品对低温的承受能力；氯化石蜡 5：增塑剂并且有阻燃性；UV-9：紫外线吸收剂，起光稳定作用；滑石粉 1：润滑剂，填充剂，起各向补强作用；氧化铁：着色剂；二月桂酸二丁基锡 3：有机锡类热稳定剂；基本性能：配方中加入大量增塑剂，而未加入太多稳定剂，故为软质 PVC 制品。加入了有机锡类稳定剂和 POS 耐寒剂，可能为耐寒性 PVC 薄膜。丁腈橡胶 100，硫磺，促进剂 M，促进剂 TMTD，ZnO 5，硬脂酸 1，防老剂 4010NA 1，半补强碳黑 60，陶土 30，沥青 5，石蜡|丁腈橡胶：基体材料；硫磺：交联剂；促进剂 M：2-硫醇基苯并噻唑，通用型促进剂；促进剂 TMTD：二硫化四甲基秋兰姆，超促进剂；ZnO 5，硬脂酸 1：活化剂；防老剂 4010NA：橡胶防老剂；半补强碳黑 60：补强作用；陶土 30：填充剂；沥青 5，石蜡：橡胶软化剂。基本性能：一种补强的硫化橡胶，在室温下处于高弹态度。4.高分子材料进行配方设计的一般原则和依据各是什么 答：配方设门必须满足以下基本原则：1)制品的性能要求；2)成型加工性能的要求；3)选用的原材料来源容易，产地较近，质量稳定可靠，价格合理；4)配方成本应在满足上述三条的前提下，尽量选用质量稳定可靠、价格低的原材料；必要时采用不同品种和价格的原材料复配；适当加入填充剂，降低成本。8.简单组分高分子材料和复杂组分高分子材料，各举 2-3 例。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。9.成型用的塑料形态有哪几种各种形态的塑料有什么不同的特点它们的应用情况如 何 粉料、粒料。P144 10.什么叫塑料的混合和塑化，其主要区别在哪里 答：塑料的混合：这是物料的初混合，是一种简单混合，在低于流动温度和较为缓和的剪切速率下进行的一种混合。混合后，物料各组份的物理和化学性质无变化。只是增加各组份颗粒的无规则排列程度，没有改变颗粒的尺寸。设备：捏合机、高速混合机。塑料的塑化：再混合，是高一级的混合，在高于流动温度（Tf 或 Tm）和较强烈的剪切速率 下进行。混合后，物料各组份的物理和化学性质有所变化。塑化的目的是使物料在一定温度 和剪切力下熔融，驱出其中的水份和挥发物。使各组份的分散更趋均匀，得到具有一定可塑性的均匀物料。设备：密炼机、开炼机、挤出机。11.混合的机械和塑化的机械 塑料的混合：捏合机、高速混合机。塑料的塑化：设备：密炼机、开炼机、挤出机。12.塑料的塑化与橡胶的塑炼二者的目的和原理有何异同 答：塑化：再混合，是高一级的混合。在高于流动温度（Tf 或 Tm）和较强烈的 剪切速率下进行。混合后，塑料各组份的物理和化学性质有所变化。其目的是使物料在一定温度和剪切力下熔融，驱出其中的水份和挥发物。使各组份的分散更趋均匀，得到具有一定可塑性的均匀物料。塑炼：使生胶由强韧的弹性转变为柔软的便于加工的塑性状态的过程。目的是使生胶获得一定的可塑性，使之适合于混炼、压延、压出、成型等工艺操作；使生胶的可塑性均匀化，以便得到质量均匀的胶料。（目的是降低弹性，增加可塑性，获得流动性；混炼时配合剂易 于分散均匀，便于操作；使生胶分子量分布变窄，胶料质量均匀一致。）13.什么是“生胶的塑炼”，什么是“塑料的塑炼”，为什么要分别对生胶和塑料进行塑炼两者分别可采取哪些措施，提高塑炼效果 ！答：生胶的塑炼：使生胶由强韧的弹性转变为柔软的便于加工的塑性状态的过程。目的是使生胶获得一定的可塑性，使之适合于混炼、压延、压出、成型等工艺操作；使生胶的可塑性均匀化，以便得到质量均匀的胶料。（目的是降低弹性，增加可塑性，获得流动性；混炼时配合剂易于分散均匀，便于操作；使生胶分子量分布变窄，胶料质量均匀一致。）塑料的塑炼：再混合，是高一级的混合。在高于流动温度（Tf 或 Tm）和较强烈的剪切速率下进行。混合后，塑料各组份的物理和化学性质有所变化。其目的是使物料在一定温度和剪切力下熔融，驱出其中的水份和挥发物。使各组份的分散更趋均匀，得到具有一定可塑性的均匀物料。Chapter7 压制成型 1何谓热固性塑料的固化速度试述其影响因素。答：这是热固性塑料成型时特有的也是最重要的工艺性能，它是衡量热固性塑料成型时化学反应的速度。它是以热固性塑料在一定的温度和压力下，压制标准试样时，使制品的物理机械性能达到最佳值所需的时间与试件的厚度的比值(smm 厚度)来表示，此值愈小，固化速率愈大。固化速率主要由热固性塑料的交联反应性质决定，并受成型前的预压、预热条件以及成 型工艺条件如温度和压力等多种因素的影响。2简述热固性塑料模压成型的工艺步骤。)答：热固性塑料模压成型工艺过程通常由成型物料的准备、成型和制品后处理三个阶段组成，工艺步骤如下：1、计量；2、预压；3、预热；4、嵌件安放；5、加料；6、闭模；7、排气；8、保压固 化；9、脱模冷却；10 制品后处理 3试分析模温的高低对模压成型工艺的影响。答：模压温度是指成型时所规定的模具温度，对塑料的熔融、流动和树脂的交联反应速度有决定性的影响。在一定的温度范围内，模温升高、物料流动性提高，充模顺利，交联固化速度增加，模 压周期缩短，生产效率高。但过高的模压温度会使塑料的交联反应过早开始和固化速度太快 而使塑料的熔融黏度增加，流动性下降，造成充模不全。另外一方面，由于塑 料是热的不良%导体，模温高，固化速度快，会造成模腔内物料内外层固化不一，表层先行硬化，内层固化 时交联反应产生的低分子物难以向外挥发，会使制品发生肿胀、开裂和翘曲变形，而且内层 固化完成时，制品表面可能已过热，引起树脂和有机填料等分解，会降低制品的机械性能。因此模压形状复杂、壁薄、深度大的制品，不宜选用高模温，但经过预热的塑料进行模压时，由于内外层温度较均匀，流动性好，可选用较高模温。模压温度过低时，不仅物料流动性差，而且固化速度慢，交联反应难以充分进行，会造 成制品强度低，无光泽，甚至制品表面出现肿胀，这是由于低温下固化不完全的表层承受不 住内部低分子物挥发而产生的压力的缘故。4在热固性塑料模压成型中，提高模温应相应地降低还是升高模压压力才对模压成型工艺 有利为什么 答：在热固性塑料模压成型中，提高模温一般应相应地升高模压压力才对模压成型工艺有利。在一定范围内模温提高能增加塑料的流动性，模压压力可降低；但模温提 高也会使塑料 的交联反应速度加速，从而导致熔融物料的粘度迅速增高，因而需更高的模压压力。综合以 上因素，提高模温一般应相应地提高模压压力。5热固性塑料模压成型中物料的预热温度对模压压力有何影响为什么 答：进行预热可以使物料熔化速度加快，黏度下降，流动性提高，模压压力降低；但如果预热温度过高会使塑料在预热过程中有部分固化，会抵消预热增大流动性效果，模压时需更高的压力来保证物料充满型腔。在预热时软化倾向交联倾向，一般经过预热的物料可使用较低的模压压力。6在高分子材料成型加工中，哪些地方要求交联交联能赋予高聚物制品哪些性能 答：未硫化的橡胶 Tg 在室温以下，常温下发黏，强度很低，基本无使用价值。通过硫化(交联)，才能使用。酚醛树脂、氨基树脂、环氧树脂、不饱和聚酯等是具有活性官能团的低分子量的齐聚物，也只有通过交联，才能充分发挥它们的特性。在聚乙烯、聚氯乙烯、聚氨酯等泡沫塑料生产中，交联也是极为重要的工艺技术，交联 有助于提高泡孔壁的强度。交联后的性能取决于交联密度。交联密度高，相邻交联点之间相对分子质量小，链段活 动性受到限制，Tg 随之增高。交联改善了高分子材料的力学性能、耐热性能、化学稳定性 能和使用性能。.7试述天然橡胶以硫磺硫化后的制品大分子结构特征。答：硫化后，橡胶大分子结构中各部位已程度不同地形成了网状结构，大分子链之间有主价键力的作用，使大分子链的相对运动受到一定的限制，在外力作用下，不易发生较大的位移，变形减小，强度增大，失去可溶性，只能有限溶胀。8试述橡胶硫化后的物理性能的变化，并解释之。答：天然橡胶在硫化过程中，随着线型大分子逐渐变为网状结构，可塑性减小，拉伸强度、定伸强度、硬度、弹性增加，而伸长率、永久变形、疲劳生热等相应减小，但若继续硫化，则出现拉伸强度、弹性逐渐下降，伸长率、永久变形反而会上升的现象。这些现象都是线形大分子转变为网状结构的特征。9生胶和硫化胶在分子结构及性能上有何不同 答：硫化前：结构：线性大分子，分子与分子之间无价键力；？性能：可塑性大，伸长率高，具可溶性。硫化后：结构：1）化学键；2）交联键的位置；3）交联程度；4）交联 性能：1）力学性能（定伸强度、硬度、拉伸强度、伸长率、弹性）；2）物理性能；3）化学稳定性 10橡胶的硫化历程分为几个阶段各阶段的实质和意义是什么 答：（1）焦烧期硫化起步阶段，是指橡胶在硫化开始前的延迟作用时间，在此阶段胶料尚未开始交联，胶料在模型内有良好的流动性。（对于模型硫化制品，胶料的流动、充模必须在此阶段完成，否则就发生焦烧出现制品花纹不清，缺胶等缺陷。）意义：焦烧期的长短决定了胶料的焦烧性及操作安全性。这一阶段的长短取决于配合剂&的种类和数量。（2）欠硫期预硫阶段，焦烧期以后橡胶开始交联的阶段。在此阶段，随着交联反应 的进行，橡胶的交联程度逐渐增加，并形成网状结构橡胶的物理机械性能逐渐上升，但尚 未达到预期的水平但有些性能如抗撕裂性、耐磨性等却优于正硫化阶段时的胶料。意义：预硫时间的长短反映了硫化反应速度的快慢（，主要取决于配方）。（3）正硫期正硫化阶段，正硫化是胶料的各项性能在一个阶段基本上保持恒定或变 化很少，也称硫化平坦期。意义：这个阶段橡胶的综合性能最好，是选取正硫化时间的范围。（硫化平坦期的宽窄 取决于：配方、温度等）（4）过硫期过硫阶段，橡胶的交联反应达到一定的程度，此时的各项物理机械性能 均达到或接近最佳值，其综合性能最佳。此时交联键发生重排、裂解等反应。意义：过硫阶段的性能变化情况反映了硫化平坦期的长短，不仅表明了胶料热稳定性的 高低，而且对硫化工艺的安全性及制品硫化质量有直接影响。11橡胶制品生产过程中，残余焦烧时间的长短与橡胶制品的类型有什么关系 答：不同的硫化方法和制品，对焦烧时间的长短亦有不同要求。在硫化模压制品时，总 是希望有较长的焦烧期，使胶料有充分时间在模型内进行流动，而不致使制品出现花纹不清 晰或缺胶等缺陷。在非模型硫化中，则应要求硫化起步应尽可能早一些，因为胶料起步快而 迅速变硬，有利于防止制品因受热变软而发生变形。不过在大多数情况下，仍希望有较长的 焦烧时间以保证操作的安全性。12何谓返原性胶料和非返原性胶料 答：天然橡胶等主链为线形大分子结构，在过硫阶段中断链多于交联，机械性能下降，这种胶料称为返原性胶料；大部分合成橡胶，如丁苯、丁腈橡胶，在过硫阶段中易产生氧化支化反应和环化结构，胶料的物理机械性能变化很小，甚至保持恒定，这种胶料称为非返原性胶料。13何谓硫化三要素对硫化三要素控制不当会造成什么后果￥答：硫化三要素是指硫化的压力、温度和时间。模型硫化时必须施以压力。压力过低，胶料流动性差，不能充满模腔，制品容易产生泡，胶料不够致密，机械性能下降；但过高压力对橡胶的性能也不利，高压会对橡胶分子链的热 降解有加速作用；对于含纤维织物的胶料，高压会使织物材料的结构被破坏，导致耐屈挠性 能下降。硫化温度是橡胶发生成化反应的基本条件，它直接影响硫化速度和产品质量。硫化温度 太高，硫化速度太快，胶料刚受热即交联而流动性下降，得不到所需要的产品，且高温易引 起橡胶分子链裂解，乃至发生硫化返原现象，结果导致强伸性能下降；反之，硫化温度低，硫化速度慢，生产效率低，直至不硫化。在一定的硫化温度和压力下，橡胶有一最适宜的硫化时间，时间太长则过硫，时间太短 则欠硫，对产品性能都不利。14何谓正硫化和正硫化时间正硫化时间的测定方法有哪几种各有何特点 答：正硫化是胶料的各项性能在一个阶段基本上保持恒定或变化很少，也称硫化平坦期。理论正硫化：从硫化反应动力学原理来说，正硫化应是胶料达到最大交联密度时的硫化状态，正硫化时间应由胶料达到最大交联密度所需的时间来确定比较合理。工艺正硫化：橡胶处在正硫化时，其物理机械性能或综合性能达到最佳值，预硫或过硫 阶段胶料性能均不好。达到正硫化所需的时间为正硫化时间，而正硫化是一个阶段。在实际 /应用中是根据某些主要性能指标(与交联密度成正比)来选择最佳点，确定正硫化时间。（1）物理机械法麻烦，不经济；（2）化学法简单、方便，但误差较大，适应性不广，有一定限制，不适于非硫黄硫化的胶料；（3）专用仪器法 不仅具有方便、精确、经济、快速和重现性好等优点，并且能够连续测定与加工性能和硫化性能等有关的参数而且只需进行一次试验即可得到完整的硫化曲线。Chapter8 挤出成型 1挤出机螺杆在结构上为何分段分段的根据是什么 答：根据物料在螺杆中的温度、压力、黏度等的变化特征，可将螺杆分为加料段、压缩段、均化段三段。2挤出螺杆一般分为哪几段每段各有什么作用对于晶态塑料的挤出成型，应选择何种螺杆其 L2 的长度有何特征，为什么$答：加料段-对料斗送来的塑料进行加热，同时输送到压缩段。塑料在该段始终保持固体状态。压缩段-对加料段来的料起挤压和剪切作用，同时使物料继续受热，由固体逐渐转变为熔融体，赶走塑料中的空气及其他挥发成分，增大塑料的密度，塑料通过压缩段后，应该成为完全塑化的黏流状态。均化段-使熔融物料在均化段螺杆和机头回压作用进一步搅拌塑化均匀，并定量定压 地通过机头口模挤出成型。结晶型聚合物，熔化温度范围很窄，因而压缩段很短，应选择突变型螺杆。3什么叫压缩比挤出机螺杆设计中的压缩比根据什么来确定 答：螺杆的压缩比是指螺杆加料段第一个螺槽的容积与均化段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。压缩比的大小取决于挤出塑料的种类和形态，粉状塑料的相对密度小，夹带空气多，其压缩比应大于粒状塑料。另外挤出薄壁制品时，压缩比应比厚壁制品的大。4什么是挤出机螺杆的长径比长径比的大小对塑料挤出成型有什么影响长径比太大又 会造成什么后果 答：挤出机螺杆的长径比是指螺杆工作部分的有效长度 L 与直径 Ds 之比。L/Ds 大，能发送塑料的温度分布，混合更均匀，并可减少挤出时的逆流和漏流，提高挤出机的生产能力。L/Ds 过小，对塑料的混合和塑化都不利。L/Ds 太大，对热敏性塑料会因受热时间太长而易分解，同时螺杆的自重增加，自由端挠曲下垂，容易引起料筒和螺杆擦伤，制造和安装都困难，也增大了挤出机的功率消耗。5渐变型和突变型螺杆有何区别它们各适合哪类塑料的挤出为什么 答：渐变型螺杆的压缩段较长，为螺杆全长的 55%65%，PVC 挤出成型用螺杆压缩段 甚至达到 100%。渐变型螺杆适合无定型塑料的生产，因为无定型塑料的熔融温度范围宽。突变型螺杆的压缩段较短，为 35Ds，PA 的挤出成型用螺杆压缩段甚至仅为一个螺距的长度。突变型螺杆适合结晶型塑料的生产，因为结晶型塑料的熔融温度范围很窄。(所谓渐变型螺杆是指由加料段较深螺槽向均化段较浅螺槽的过渡，是在一个较长的螺杆轴向距离内完成的：而所谓突变型螺杆的上述过渡是在较短的螺杆轴向距离内完成的。)6提高挤出机加料段固体输送能力，应对设备采取什么措施指出其理论依据。答案要点: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）；降低螺杆温度（fs）。7塑料在挤出机中的熔化长度的意义是什么 答：挤出机中从熔化开始到固体床的宽度降到零的总长度称为熔化长度，熔化长度的大小反映了固体的熔化速度，一般熔化速度越高则熔化长度越短。8.塑料熔体在挤出机螺槽内有几种流动形式造成这几种流动的主要原因是什么 答：塑料熔体在挤出机螺槽内有正流、逆流、横流和漏流。造成这几种流动的主要原因是：正流是沿螺槽向机头方向的流动；逆流是受机头口模阻力所致；横流是螺杆的螺旋状挤压造成；漏流是螺杆和料筒间隙的流动，是机头口模的回压造成。9.分析挤出成型时,螺杆均化段末端粘流态物料的压力与哪些因素有关 螺杆转速，螺杆长径比，螺杆与机筒间隙，温度，螺杆压缩比等 10.各种挤出成型制品的生产线由各自的主、辅机组成，请归纳它们的工艺过程，用框图表示。Chapter9 注射成型 1何谓注射成型，它有何特点请用框图表示一个完整的注射成型工艺过程。定义：可成型几乎所有的热塑性塑料和多种热固性塑料，可用于树脂的直接注射，可复合材料、增强塑料及泡沫塑料的成型，或注射吹塑成型。特点、成型周期短、生产效率高、能一次成型外形复杂、尺寸精度高、带嵌件的制品、适应性强、制品种类繁多，容易实现自动化。2塑料挤出机的螺杆与移动螺杆式注射机的螺杆在结构特点和各自的成型作用上有何异 同 (a)注射螺杆长径比较小，约在 1015 之间。(b)注射螺杆压缩比较小，约在25 之间。(c)注射螺杆均化段长度较短，但螺槽深度较深，以提高生产率。为了提高塑化量，加料段较长，约为螺杆长度的一半。(d)注射螺杆的头部呈 尖头形，与喷嘴能有很好的吻合，以防止物料残存在料筒端部而引起降解。(p221)挤出机螺杆成型作用是对物料的输送、传热塑化塑料及混合均化物料。移动螺杆式注射机的螺杆成型作用是对塑料输送、压实、塑化及传递注射压力。是间歇式操作过程，它对塑料的塑化能力、操作时的压力稳定以及操作连续性等要求没有挤出螺杆严格 3请从加热效率出发，分析柱塞式注射机上必须使用分流梭的原因。答：使用分流梭加快了热传导，有利于减少或避免塑料过热而引起的热分解现象。塑料熔体分流后，在分流梭与料筒间隙中流速增加，剪切速度增大，从而产生较大的摩擦热，料温升高，黏度下降，是塑料得到进一步的混合塑化，有效提高注塞式注射机的生产量及制品质量。4注射机的喷嘴有哪几种类型各适合何种聚合物材料的注射成型 （1）通用式喷嘴：最普遍的形式，它结构简单，制造方便，注射压力损失小，常用于 PE,PS,PVC 及纤维素等注射成型（2）延伸式喷嘴：通用式喷嘴的改进型，结构比较简单，制造方便，有加热装置，注射压力降较小，适用于 PMMA,POM,PSF,PC 等高黏度树脂（3）弹簧针阀式喷嘴：是一种自锁式喷嘴，结构较复杂，制造困难，流程较短，注射压力损失较大，叫适用于 PA,PET 等熔体黏度较低的塑料注射 5以柱塞式注射机成型聚丙烯制品时，注射机料筒的加热效率为，如果聚丙烯预热温度50，注射料温 230，注射机的料筒最高温度应控制几度 6 试分析注射成型中物料温度和注射压力之间的关系，并绘制成型区域示意图。答：注射压力与料温是相互制约的，料温高时，注射压力减小；反之，所需注射压力加大。7保压在热塑性塑料注射成型过程中的作用是什么保压应有多少时间何谓凝封 答：当注射成型塑料熔体充满模腔后，模具中熔体冷却收缩，继续保持施压状态的柱塞或螺杆，迫使浇口和喷嘴附近的熔体不断补充入模中（补塑），使模腔中的塑料能形成形状压实）；保压适当的时间，可防止螺杆或柱塞退还时，因模具主流道处完整而致密的制品（塑料尚未冷却凝固而发生模内熔融塑料倒流现象（防倒流）。保压时间一般约 20-100s，大型和厚制品可达 2-5min。塑料注射充模保压时，浇注系统的熔体先行冷却硬化的现象叫“凝封”，凝封可防止模腔内尚未冷却的熔体向喷嘴方向倒流。8试述晶态聚合物注射成型时温度（包括料温和模温）对其结晶性能和力学性能的影响。结晶性塑料注射入模具后，将发生向转变，冷却速率将影响塑料的结晶速率。缓冷，即模温高，结晶速率大，有利结晶，能提高制品的密度和结晶度，制品成型收缩性较大，刚度大，大多数力学性能较高，但伸长率和充及强度下降。反过来，骤冷所得制品的结晶度下降，韧性较好。但在骤冷的时不利大分子的松弛过程，分子取向作用和内应力较大。中速冷塑料的结晶和曲性较适中，是用得最多的条件。实际生产中用何种冷却速度，还应按具体的塑料性质和制品的使用性能要求来决定。例如对于结晶速率较小的 PET 塑料，要求提高其结晶度就应选用较高的