2022年高分子材料加工原理考试复习重点 .pdf
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1、名词解释 5道 15 分判断 10 道 10分选择 10 道 20分问答 4 道 40分论述题 1 题 15分第一章绪论通用高分子的主要种类和概念纤维:一种细长形状(长径比10)、截面积较小(0.05mm2)的物体塑料:以合成(或天然)的高分子化合物为基本成份、在加工中通过塑化流动或原位聚合而成型的柔韧性或刚性固体高分子材料橡胶:以合成(或天然)的高分子化合物为基本成份的高弹性的高分子材料涂料:应用于物体表面并能结成坚韧保护膜的物质的总称胶粘剂:能把各种材料粘合在一起的物质材料是用来制造各种产品的物质,是具有满足指定工作条件下使用要求的形态和物理性状的物质。第二章聚合物流体的制备聚合物流体的制
2、备包括熔体的制备和溶液的制备第二节中的1,2,3 小节熔体的话是通过加热,不同加热的方法,加热,熔体转移, 熔体移轴,剪切,理解热传导,熔融方法上的要求聚合物的熔融:即完成聚合物由固体转变为熔体的过程。一.熔融的方法(了解蓝色字体的方法和区别)1. 无熔体移走的传导熔融2. 有熔体强制移走的传导熔融: 熔融的一部分热量由接触表面的传导 提供,一部分热量通过熔膜中的粘性耗散 将机械能转变为热能来提供。力学耗散 :力学的能量损耗,即机械能转化为热能的现象.在外力作用下,大分子链的各运动单元可能沿力的方向做从优取向的运动,就要克服内部摩擦 ,所以要消耗能量,这些能量转化为热能. 精选学习资料 - -
3、 - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 1 页,共 21 页随着螺杆的转动,筒壁上的熔膜被强制刮下来移走,而使熔融层受到剪切作用,使部分机械能转变为热能. 哪种热能占主导地位,取决于聚合物本身的物理性质、加工条件和设备的结构参数。当机筒温度较低、螺杆转数较高时,由剪切产生的剪切热占主要地位。当螺杆转数较低,机筒温度较高时,机筒的传导热占主要地位。3.压缩熔融: 熔融热量由将机械能转变为热能来提供。4.耗散混合熔融: 熔融热量由在整个体积内 将机械能转变为热能来提供的。例:双辊塑炼(开炼)5.利用电、化学或其它能源的耗散熔融方法:熔融的热量通过电、化学或其它能源
4、转变为热能来提供。6.振动诱导挤出熔融: 将振动力场引入聚合物熔融加工的全过程。实际上物料是在一个封闭的压力容器中受到一个复杂的 往复剪切力 作用。分子链会在两个作用力的方向进行排列,形成网格化结构。二,聚合物的溶解特点:1.缓慢聚合物有2 种运动单元,大分子尺寸比溶剂大得多聚合物的溶解过程分成两个阶段:(1)溶胀溶剂分子向聚合物扩散大分子体积膨胀(晶态结构被破坏)(2)溶解在溶剂分子的作用下,使大分子之间的作用力不断减弱,进而分散到溶剂中,与溶剂分子相互混合直至成为分子分散的均相体系。2. 复杂溶解度和溶解速度与多种因素有关:(1)分子量加及其分布高分子量聚合物溶解困难(例: UHWM-PA
5、N) (2)交联度具有交联结构的聚合物,只有溶胀(3)结晶状态精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 2 页,共 21 页非极性晶态聚合物室温下难溶解(例: HDPE) (4)极性晶态聚合物在极性溶剂中相对较易溶解(例: PVA) 聚合物的溶解类型: (1)由热焓变化决定的溶解过程聚合物溶解的条件:?Hm 0, ?Hm 0 非极性聚合物在非极性溶剂的溶解过程. 三.影响溶解度的结构因素1.大分子链结构的影响大分子链的化学结构使分子间作用力溶解度(例:PAN均聚物和共聚物溶解的差别)链结构的不规整性溶解度(例:含残余醋酸基PVA )大分子链的
6、刚性溶解度(例:纤维素、PVA)分子量 M 溶解度(例: BC)2.聚合物超分子结构的影响结晶度溶解度(例: PTFE )但极性的结晶聚合物也可以在常温下溶解. 无定形部分与溶剂的相互作用会释放出大量热,致使结晶部分熔融. 3.溶剂结构的影响(1)溶剂的化学结构、缔合程度(2)溶剂的极性溶剂的极性越接近聚合物的极性,溶解度(3)极性溶剂的基团性能溶剂的极性基团与聚合物极性基团相互吸引产生溶剂化作用,溶解度例:聚氯乙烯(亲电)要选择环己酮等溶剂(带亲核基团)。(4)溶剂极性基团旁的原子团原子团极性聚合物的溶解度(5)混合溶剂精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - -
7、- - - - -第 3 页,共 21 页溶解性四 溶剂的选择原则1.聚合物和溶剂的极性相近规律相似相溶 : 聚合物和溶剂的极性越接近,越容易互溶. 例外:刚性较大的极性聚合物大分子间的作用力较强,其溶解性能较差。例子:天然橡胶(非极性)汽油、苯、己烷和石油醚(非极性)PS聚苯乙烯(弱极性)甲苯、氯仿、苯胺(弱极性)和苯(非极性)PMMA 聚甲基丙烯酸甲酯(极性)-丙酮(极性)PVA聚乙烯醇(极性)水、乙醇(极性)PAN过氧乙酰硝酸酯(强极性)二甲基甲酰胺(DMF)(强极性)2. 溶剂化原则若溶质与溶剂分子之间可以形成相互作用力,而且这种作用力大于溶质分子间的作用力,就会导致溶质分子彼此分离,
8、形成溶解。广义酸电子接受体,主要包括一些亲电试剂:-SO2OH -COOH -C6H4OH -CHCN -CHNO2 -CHCl2 广义碱电子给予体,主要包括一些亲核试剂:-CH2NH2 -C6H4NH2 -CON(CH3)2 -CONH- CH2COCH2- 当高分子含有亲电基团,而溶剂分子含有亲核基团;或者高分子中含有亲核基团而溶剂分子含有亲电基团时,溶质和溶剂之间就可以产生强烈的溶剂化作用,导致聚合物发生溶解第三章混合(对写过的论文要有印象)混合涉及到配方体系;论文:描述一种助剂的种类,原理混合的机理和发生的过程(第一节和第四节的内容)涉及到两个概念:分散和混合的区别,又分为非分散混合和
9、分散混合(判断方法:有没有尺寸变小的阶段)精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 4 页,共 21 页第一节里面混合的机理,涡流扩散(湍流) (涉及到流动形态包括层流和湍流),分子扩散,体积扩散随堂测试:聚合物的扩散是属于哪种机理(属于那种扩散),它有什么特点?混合过程主要作用那些名词是什么意思?按物料状态不同,混合可分为液-液、固 -固和液 -固混合。在聚合物加工中,液-液混合、液 -固混合是最主要的混合形式. 例:聚合物共混添加改性按混合的形式,可将混合分为非分散混合(nondispersive mixing)和分散混合 (disper
10、sive mixing) 非分散混合:分散粒子通过位置的变化增加在混合物中空间分布的均匀性但不减小粒子尺寸. 分散混合:粒子既有粒度的变化又有位置的变化. 分子扩散(小分子加入到大分子里面):是由浓度梯度驱使的自发发生的一种过程各组分的微粒子由浓度较大的区域迁移到浓度较小的区域,从而达到各组分的均化。分子扩散在气体和低粘度液体中占支配地位。涡流扩散 :也称为紊流扩散,在化工中流体的混合一般是靠系统内产生紊流来实现的在聚合物加工中,由于物料的运动速度达不到紊流。原因:要实现紊流,熔体的速度很高,势必会对聚合物施加很高的剪切速率,使熔体发生破裂,也会造成聚合物的降解,实际上是不允许的,而且聚合物粘
11、度高,因此很少发生涡旋扩散体积扩散 (对流混合 ):指流体质点、液滴或固体粒子由系统的一个空间位置向另一空间位置的运动;或指 两种或多种组分 在相互占有的空间内发生运动,以期达到各组分的均匀分布。在聚合物加工中,体积扩散占支配地位. 精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 5 页,共 21 页其中包括 层流对流混合(物料要受到剪切、伸长(拉伸)或挤压(捏合).) 和体积对流混合聚合物加工中的混合与一般的混合不同:由于聚合物熔体的黏度高(102Pas),因此混合只能 产生 层流对流混合,缺少提高混合速率的涡旋扩散和分子扩散不利于混合,并降低混
12、合均匀程度关于混合过程发生的主要作用的概念(一)剪切作用 :是把高黏度分散相粒子或凝聚体分散于分散介质中。在剪切作用下,少组分立方体粒子将被拉长、变形,最后形成条纹状. 粒子 体积没有变化 ,只是截面变细,向倾斜方向伸长表面积增大分布区域扩大,渗进别的物料中的可能性增加混合均匀剪切时,剪切力越大 和作用力的距离越小 越好(角度小)(二)分流、合并和置换利用加 工设备改变流体流道中的几何空间,迫使物料在流道中不断改变方向和流量 ,即在流体的流道中设置突起状或隔板状的剪切片来完成进行分流时,如果分流用剪切片数为1,则分流数为2,剪切片数为n,分流数n+1。如果用于分流的剪切片设置成串联形式,串联阶
13、数m,则分流数 N 为: N=(n+1)m 分流后: 分流 束在流动下游再合并为原状态;在各分流束内引起循环流动后再合并 ;在各分流束进行相对位置交换(置换 )后再合并;以上几种过程一起作用的情况。(三)挤压作用:物料在承受剪切前先经受压缩,使物料的密度提高,这样剪切时可提高剪切效率. 同时当物料被压缩时,物料内部会发生流动,产生由于压缩引起的流动剪切. 图 挤压 (压缩 ) 精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 6 页,共 21 页(四)拉伸使物料产生变形,减小料层厚度,增加界面,有利于混合 . (五)聚集在混合过程中,已破碎的分散相在
14、热运动和微粒间相互吸引力的作用下,重新聚集在一起:混合的逆过程. 在混合过程中应尽量减少聚集的发生. 混合过程第四节高分子材料混合加工的基本过程一、非分散混合(非分散混合分为分布性混合和层流混合)精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 7 页,共 21 页定义: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。运动基本形式:对流。包括塞流和不需要物料连续变形的简单体积排列和置换。特点:各粒子只有相互位置的变化,而无粒度的变化。二、分散混合当添加剂以颗粒聚集体存在时,那么混合过程要确保聚集体被分割成独立的颗粒被分
15、散开来。定义:在混合过程中发生粒子尺寸减小到极限值,同时增加相界面和提高组分均匀性的混合过程。粒子既有位置的变化又有粒度的变化。第四章聚合物流体的流变性(重要)聚合物流变学是整个加工的基础一个是剪切流变一个是拉伸流变知道聚合物流体的流动类型(牛顿,宾汉)流动后粘度下降的过程(理解)了解聚合物流体剪切黏性的一些因素,那些因素会影响流体粘度的变化?(主要)各种流体类型的特点(牛顿,宾汉理解)拉伸流动的变化,曲线,单轴拉伸和双轴拉伸,和剪切有关,3,6 倍。理解就好精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 8 页,共 21 页流体弹性,除了流动属于
16、黏性变化,聚合物是一个粘弹性的材料,除了表现为黏性,流动,还有弹性效应弹性行为的表现,现象和表现,有几个典型的要理解,比如爬攀,挤出胀大(Barus 效应 ) 不稳定流动(熔体破裂),无管虹吸。(理解) 影响弹性的 影响因素 , 温度,后面加热的内容,减少挤出口胀大效应,通过一个温度的改变(比如橡胶入口,增加及提升喷嘴温度来降低弹性的效应)塑形,剪切流动类型和影响因素弹性,表现和影响因素剪切流动:流体受到剪切应力作用产生的流动,挤出机、注射机和口模等的流动拉伸流动:纺丝细流离开喷丝孔处时受拉伸和流体在截面积变化流道中的流动等流体流动的类型屈服应力的变化聚合物流体切力变稀的原因: 1.大分子链间
17、缠结点的解除2.大分子链段取向效应3.大分子链的脱溶剂化(浓溶液情况 ) 解聚合物流体剪切黏性的一些因素,那些因素会影响流体粘度的变化?(主要)(需拓展 44-60)精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 9 页,共 21 页1. 分子结构 (平均分子量、分子量分布、长链支化度等) 2. 实验条件 (生产工艺条件): 温度、压力、剪切速度或剪切应力3. 物料结构及成分(配方成分,如添料、软化剂等) 各种流体类型的特点(牛顿,宾汉理解)牛顿流体:牛顿流体的粘度仅与流体分子的结构和温度有关,与切应力和切变速率无关宾汉流体:剪应力低于y时流体类似
18、于固体;y时流体才流动假塑性流体:剪切黏度随剪切速率或剪应力增大而降低,因此常称为剪切稀化流体涨塑性流体:黏度随剪切速率或剪应力增大而升 高,因此常称为剪切增稠流体拉伸流动的变化,曲线,单轴拉伸和双轴拉伸,和剪切有关,3,6 倍。理解就好 弹性行为的表现,现象和表现,有几个典型的要理解,比如爬攀,挤出胀大(Barus 效应 ),不稳定流动(熔体破精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 10 页,共 21 页裂),无管虹吸。(理解)高分子流体是弹性液体,高分子粘流过程中伴随着可逆的高弹形变,这是高分子熔体区别于低分子(牛顿 )液体的重要特征之
19、一弹性效应的表现韦森堡效应(攀爬,包轴现象):离轴越近剪切速率越大,故法向应力越大,高分子链的弹性回复力越大,从而使熔体沿轴向上挤,形成包轴现象挤出胀大:高分子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不稳定流动(熔体破裂):挤出速率(或剪切应力 ) 临界值,熔体从口模挤出后易发生弹性湍流随挤出速率增大,可先后出现波浪形、鲨鱼皮形、竹节形、螺旋形畸变,直至完全无规则的熔体破裂影响高分子熔体弹性的因素,也影响挤出胀大行为分子量增大,弹性效应增大,弹性形变松弛慢分子量分布加宽,松弛时间分布也宽,熔体弹性表现更明显挤出温度升高,或速度下降,或加入填料,导致熔体弹性形变减少,挤出
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