塑料材料及加工工艺(习题+答案)gjzr.docx
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1、桂林航天工业高等专科学校 塑料成型工艺及模具设计1学习与复习题塑料成成型工艺艺及模具具设计11学习与复复习思考考题绪 论论1 塑料的概概念塑料是一一种以合合成或天天然的高高分子化化合物为为主要成成分,加加入或不不加入填填料和添添加剂等等辅助成成分,经经加工而而形成塑塑性的材材料,或或固化交交联形成成刚性的的材料。2 现代工业业生产中中的四大大工业材材料是什什么。钢铁、木木材、高分子子材料、无机盐盐材料3 现代工业业生产中中的三大大高分子子材料是是什么?橡胶、塑塑料、化化学纤维维塑料成型型基础聚合物的的分子结结构与热热力学性性能1 树脂与塑塑料有什什么区别别塑料的主主要成分分是树脂脂(高分分子聚
2、合合物)。2 高分子的的化学结结构组成成。高分子聚聚合物:由成千千上万的的原子,主主要以共共价键相相连接起起来的大大分子组组成的化化合物。3 聚合物分分子链结结构分为为哪两大大类,它它们的性性质有何何不同。线型聚合合物热塑性性塑料体型聚合合物热固性性塑料1.线型型聚合物物的物理理特性:具有弹弹性和塑塑性,在在适当的的溶剂中中可以溶溶解,当当温度升升高时则则软化至至熔化状状态而流流动,且且这种特特性在聚聚合物成成型前、成成型后都都存在,因因而可以以反复成成型。2.体型型聚合物物的物理理特性:脆性大大、弹性性较高和和塑性很很低,成成型前是是可溶和和可熔的的,而一一经硬化化(化学学交联反反应),就就
3、成为不不溶不熔熔的固体体,即使使在再高高的温度度下(甚甚至被烧烧焦碳化化)也不不会软化化。4 聚合物的的聚集态态结构分分为哪两两大类,它它们的性性质有何何不同。1无定形形聚合物物的结构构:其分分子排列列是杂乱乱无章的的、相互互穿插交交缠的。但但在电子子显微镜镜下观察察,发现现无定形形聚合物物的质点点排列不不是完全全无序的的,而是是大距离离范围内内无序,小小距离范范围内有有序,即即“远程无无序,近近程有序序”。2体型聚聚合物:由于分分子链间间存在大大量交联联,分子子链难以以作有序序排列,所所以绝大大部分是是无定形形聚合物物。 5 无定性聚聚合物的的三种物物理状态态,以及及四个对对应的温温度,对对
4、我们在在使用和和成型塑塑料制品品时有何何指导意意义。三种物理理状态1.玻璃璃态:温温度较低低(低于于g温度度)时,曲曲线基本本上是水水平的,变变形程度度小而且且是可逆逆流的,但但弹性模模量较高高,聚合合物处于于一种刚刚性状态态,表现现为玻璃璃态。物物体受力力变形符符合虎克克定律,应应变与应应力成正正比。2.高弹弹态:当当温度上上升(在在g至f之间间)时,曲曲线开始始急剧变变化,但但又很快快趋于水水平,聚聚合物的的体积膨膨胀,表表现为柔柔软而富富有弹性性的高弹弹态。聚聚合物变变形量很很大,而而弹性模模量显著著降低,如如去除外外力,变变形量可可以回复复,弹性性是可逆逆的。3.粘流流态:如如果温度度
5、继续上上升(高高于f)聚聚合物即即产生粘粘性流动动,成为为粘流态态。聚合合物的变变形是不不可逆的的。四个对应应的温度度b脆化温温度:当当温度低低于b时,物物理性能能将发生生变化,在在很小的的外力作作用下就就会发生生断裂,使使塑料失失去其使使用价值值,它是是塑料制制件使用用的下限限温度。g玻璃化化温度:当温度度高于g时,塑塑料不能能保持其其尺寸的的稳定性性和使用用性能,是是塑料制制件使用用的上限限温度。从塑料制制件的使使用角度度看,b和g间的的范围越越宽越好好。f粘流化化温度:聚合物物在温度度高于f时处处于粘流流态,粘粘流态也也称熔融融状态或或熔体。f和d这一一温度范范围用来来进行注注射、压压缩
6、、压压注和挤挤出成型型加工等等。d热分解解温度:当温度度升高到到d时,聚聚合物便便开始分分解,d称为为热分解解温度。6 常见的成成型方式式分别是是在什么么温度范范围内进进行的。(掌掌握热塑塑性塑料料的:注注射、挤挤出、气气动)gf:气气动成形形工艺(中中空吹塑塑、真空空吸塑、压压缩气体体成形);f和d:注注射、压压缩、压压注和挤挤出等成成型工艺艺。聚合物流流变方程程与分析析1、什么么是层流流,什么么是湍流流。层流流和湍流流的区分分通常以以什么参参数为准准。1)层流流:液体体的流动动是按许许多彼此此平行的的流层进进行的,同同一层之之间的各各点的速速度彼此此相同。如如果增大大流动速速度,使使其超过
7、过一定的的临界值值,则流流动即转转为紊流流(湍流流)。2)紊流流(湍流):液体体各点速速度的大大小和方方向都随随时间而而变化。层流和紊紊流以液液体的雷雷诺数RRe区分分,通常常凡Ree在21100-40000时均均为层流流,大于于40000则为为紊流(湍湍流)。由于注射射成型时时聚合物物熔体的的雷诺数数一般都都远远小小于21100,故故可将它它们的流流动形式式视为液液体层流流。2、什么么是牛顿顿流动定定律。牛牛顿流体体具有什什么性质质。理想的层层流可看看成是一一层层相相邻的薄薄层液体体沿外力力作用方方向进行行的滑移移,各液液层都具具有平直直的平面面,彼此此完全平平行互不不干扰每层中各各点的滑滑
8、移速度度相等,但但由于受受管壁摩摩擦的影影响,各各层之间间的滑移移速度不不同。中心处速速度最大大,管壁壁为零。牛顿流动动定律的的意义应变随应应力作用用的时间间线性地地增加,且且粘度保保持不变变(定温温情况下下),应应变具有有不可逆逆性质,应应力解除除后应变变以永久久变形保保持下来来。即:温度度不变的的情况下下,剪切切速率的的变化不不影响流流体的粘粘度。3、假塑塑性聚合合物熔体体的流变变行为具具有什么么性质。变形和流流动所需需要的切切应力随随剪切速速率变化化,并呈呈指数规规律增大大;变形和流流动所受受到的粘粘滞阻力力,即液液体的表表观粘度度随剪切切速率变变化,并并呈指数数规律减减小。这这种现象象
9、称为假假塑性液液体的“剪切稀稀化”。总结:提提高剪切切速率,对对大多数数塑料熔熔体(非非牛顿型型)而言言,可以以降低其其表观粘粘度,提提高成型型流动性性。4、OsstwaaldDe Waeele 指数定定律方程程的意义义。在指数流流动规律律中, n值可可以用来来反映非非牛顿流流体偏离离牛顿流流体性质质的程度度。1)其中中n=11时(a=KK= ), 为牛牛顿流体体。2)n1时,绝绝对值|1n|越越大,流流体的非非牛顿性性越强,剪剪切速率率对表观观粘度的的影响越越强。n1时时,称为为膨胀性性液体。主主要是一一些固体体含量较较高的聚聚合物悬悬浮液以以及带有有凝胶结结构的聚聚合物溶溶液或悬悬浮液,处
10、处于较高高剪切速速率下的的聚氯乙乙烯糊的的流动行行为就近近似这类类液体。5、不同同类型流流体的粘粘度与剪剪切速率率的关系系如何,对对指导生生产有何何意义。1)粘度度对剪切切速率不不太敏感感或其熔熔体近似似牛顿型型聚合物物:提高高温度降降低熔体体粘度,以以改善流流动性。如聚甲基基丙烯酸酸甲酯、聚聚碳酸酯酯、聚酰酰胺66等等,它们们的粘度度对温度度较敏感感。2)对于于大多数数非牛顿顿型聚合合物,要要降低熔熔体粘度度,主要要靠增加加成型时时的剪切切速率。6、温度度和压力力对聚合合物熔体体的表现现粘度有有何影响响,为什什么。聚合物大大分子的的热运动动与温度度有关。温度升高高,聚合合物体积积膨胀,分分子
11、运动动剧烈,大大分子间间的自由由空间随随之增大大,彼此此间的范范德华力力减小,从从而有利利于大分分子变形形和流动动,即粘粘度下降降。不同结构构的塑料料对温度度的敏感感程度不不一样:对表观粘粘度随温温度变化化不大的的聚合物物,如果果靠增加加温度来来增加其其流动性性使其能能成型是是不合适适的。因为:温温度幅度度增加很很大,而而它的表表观粘度度却降低低有限(如聚丙丙烯、聚聚乙烯、聚聚甲醛等等),大大幅度地地提高温温度很可可能使聚聚合物发发生降解解。聚合物大大分子长长链,在在自由状状态下堆堆砌密度度很低,相相互之间间具有较较大的自自由空间间。在空间三三维等值值的静压压力作用用下,大大分子之之间的自自由
12、空间间会被压压缩减小小,大分分子链相相互接近近,彼此此间的作作用加强强,宏观观上将表表现出体体积收缩缩或比容容减小,变变形流动动阻力也也会随之之增大。实验证明明,聚合合物熔体体在成型型压力增增大时,熔熔体所受受静压力力也会随随之提高高,且伴伴随熔体体的体积积收缩,粘粘度也有有所提高高。粘度对压压力的敏敏感性会会因聚合合物不同同而不同同。聚合合物熔体体的压缩缩率越大大,其粘粘度对压压力的敏敏感性越越强。在注射成成型时,单单依靠增增大注射射压力来来提高熔熔体流量量或充模模能力并并不十分分恰当。对对需要增增大粘度度而又不不宜采用用降温措措施的场场合,可可考虑采采用提高高压力的的方法解解决。在制定成成
13、型工艺艺参数时时,应综综合考虑虑生产的的经济性性,设备备和模具具的可靠靠性以及及塑件质质量等因因素,将将成型工工艺控制制在最佳佳的注射射压力和和注射温温度。聚合物在在成型过过程中的的物理化化学变化化。1、结晶晶过程是是在什么么温度区区间发生生的,晶晶体的生生长速率率在什么么温度最最快。聚合物的的结晶过过程只能能发生在在从熔点点温度m开始冷冷却下来来到玻璃璃化温度度g以上上的这一一温度区区间内。晶坯在高高于熔点点时,时时结时散散,处于于动态平平衡。接接近m乃至至刚冷至至m以下下时,晶晶坯依然然有时结结时散的的情况,但但某些晶晶坯会长长大,当当达到临临界稳定定尺寸时时,即变变成晶核核。随着的增大大
14、,晶核核生成速速率很快快上升,达达到最大大值。这这时没有有达到临临界尺寸寸的晶坯坯结多散散少,最最有利于于形成晶晶核。继续续增大,链链段运动动阻力增增加,晶晶核生成成速率进进一步降降低,接接近于玻玻璃化温温度g时又又降为零零。此时时,分子子主链的的运动停停止,晶晶坯的生生长、晶晶核的生生成及晶晶体的生生长都会会随之停停止。2、什么么是取向向作用,各各向异性性和各向向同性对对塑件的的性能有有何影响响,举例例说明。在聚合物物成型过过程中,由由于受剪剪切力和和拉伸力力的作用用,聚合合物分子子或填料料中的长长纤维会会发生取取向作用用,即:分子链链或长纤纤维会顺顺着流动动(或受受力)方方向排列列,这种种
15、现象叫叫取向作作用。1)各向向异性:塑件在在某些方方向上机机械强度度得到提提高,而而在另外外一些方方向上反反而降低低。如:单向拉拉伸的绳绳索,铰铰链;2)各向向同性:塑件在在各方向向上机械械强度、力力学强度度相同。例如:塑塑料袋、双双向拉伸伸薄膜,手手机、电电器。各向异性性优点:制造取取向薄膜膜与单丝丝等,能能使塑件件沿拉伸伸方向的的抗拉强强度与光光泽程度度有所增增加;各向异性性缺点:会使塑塑件在某某些方向向上机械械强度得得到提高高,而在在加外一一些方向向上反而而降低,甚甚至会发发生翘曲曲或裂纹纹。3、什么么是降解解,降解解的实质质是什么么。降解解有哪些些主要因因素产生生。聚合物在在高温和和应
16、力作作用下进进行成型型时,由由于聚合合物大分分子受热热和应力力的作用用,或由由于在高高温下受受微量水水分、酸酸、碱等等杂质及及空气中中氧的作作用,聚聚合物会会发生相相对分子子量降低低或大分分子结构构改变等等化学变变化,通通常把相相对分子子质量降降低的这这种现象象称为降降解或裂裂解。聚合物降降解过程程的实质质是大分分子链发发生了结结构变化化,如断断链、交交联和侧侧基的变变化等。在在成型过过程中,聚聚合物降降解一般般是难于于完全避避免的。引起降解解的主要要因素降解在成成型过程程中,热热降解是是主要的的,而由由应力、氧氧、水和和其他酸酸碱等杂杂质引起起的降解解是次要要的。塑料的组组成及工工艺特性性1
17、、塑料料常用的的添加剂剂有那些些。稳定定剂、增增塑剂、填填充剂、润润滑剂和和固化剂剂的作用用是什么么。填充剂、增增塑剂、稳稳定剂、润润滑剂、着着色剂和和固化剂剂等。增塑剂的的作用:提高塑塑料的可可塑性和和柔软性性,降低低熔融温温度,改改善熔体体的流动动性。稳定剂的的作用:抑制和和防止塑塑料在加加工(提提高热分分解温度度)和使使用过程程中因受受热、光光及氧等等作用而而分解变变质,使使加工顺顺利进行行,保证证塑件具具有一定定的使用用寿命。润滑剂的的作用:对塑料料表面起起润滑作作用,防防止塑料料在成型型加工过过程中粘粘附在模模具上。同同时,添添加润滑滑剂还可可以提高高塑料的的流动性性,便于于成型加加
18、工,并并使塑料料表面更更加光滑滑。固化剂的的作用:促使合合成树脂脂进行交交联反应应而形成成体型网网状结构构,或加加快交联联反应速速度。固固化剂一一般多用用在热固固性塑料料中。 填充剂的的作用:调整塑塑料的物物理化学学性能,提提高材料料强度,扩扩大使用用范围,减减少合成成树脂的的用量,降降低塑料料的成本本。2、塑料料的分类类,六大大通用塑塑料有那那些。(1)按按树脂的的分子结结构及其其特性分分类:1)热热塑性塑塑料2)热固性性塑料(2)按按塑料的的用途分分类:1)通用用塑料 聚乙乙烯、聚聚氯乙烯烯、聚苯苯乙烯、聚聚丙烯、酚酚醛塑料料和氨基基塑料六六大类。2)工程程塑料3)特殊殊塑料3、什么么是收
19、缩缩性,影影响塑料料制品成成型收缩缩率的主主要因素素有哪些些方面。概 念:塑件从从温度较较高的模模具中取取出冷却却到室温温后,其其尺寸或或体积会会发生收收缩变化化,这种种性质称称为收缩缩性。影响塑件件收缩的的原因:1)塑料料品种:塑料品种种不同,其其收缩率率也各不不相同。例例如,树树脂的相相对分子子质量高高,填料料为有机机填料,树树脂含量量较多,则则该类塑塑料的收收缩率就就大。 2)塑件件结构:塑件的形形状复杂杂、尺寸寸较小、壁壁薄、有有嵌件、嵌嵌件数量量多且对对称分布布,其收收缩率较较小。3)模具具结构:采用直接接浇口或或大截面面的浇口口,可减减少收缩缩,但各各向异性性大;沿料流方方向收缩缩
20、小,沿沿垂直料料流方向向收缩大大;当浇口的的厚度较较小时,浇浇口部分分会过早早凝结硬硬化,型型腔内的的塑料收收缩后得得不到及及时补充充,收缩缩较大。4、什么么是流动动性,影影响流动动性的主主要因素素有哪些些方面。概 念:塑料在在一定的的温度、压压力作用用下充填填模具型型腔的能能力,称称为塑料料的流动动性。影响流动动性的主主要因素素1)温 度:料温高高,则流流动性大大,但不不同塑料料也各有有差异。聚苯乙烯烯、聚丙丙烯、聚聚酰胺、有有机玻璃璃、ABBS、AAS、聚聚碳酸酯酯、醋酸酸纤维素素等塑料料的流动动性随温温度变化化的影响响较大;聚乙烯、聚聚甲醛的的流动性性受温度度变化的的影响较较小。2)压
21、力:注射压压力增大大,则熔熔料受剪剪切作用用大,流流动性也也增大,尤尤其是聚聚乙烯和和聚甲醛醛较为敏敏感。3)模具具结构:浇注系系统的形形式、尺尺寸、结结构(如如型腔表表面粗糙糙度、浇浇道截面面厚度、型型腔形式式、排气气系统)、冷却却系统的的设计和和熔料的的流动阻阻力等因因素都会会直接影影响熔料料的流动动性。凡促使料料温降低低、流动动阻力增增加的因因素,都都会使流流动性降降低。5、热塑塑性和热热固性熔熔体流动动性的好好坏通常常用什么么实验方方法来测测定。热塑性塑塑料的流流动性的的表示方方法:熔熔融指数数法 螺旋旋线长度度法将被测塑塑料装入入加热料料筒中并并进行加加热,在在定的温温度和压压力下,
22、测测定塑料料熔体在在10mmin内内从出料料孔挤出出的重量量(g),该值称为熔融指数,简写为MI。熔融指数越大,流动性越好。将被测塑塑料在一一定的温温度与压压力下注注入如图图2.22所示标标准的阿阿基米德德螺旋线线模具内内,用其其所能达达到的流流动长度度(图中中所示数数字单位位为cmm)来表表示该塑塑料的流流动性。流流动长度度越长,流流动性就就越好。 热固性塑塑料的流流动性通通常以拉拉西格流流动值表表示。将一定重重量的欲欲测塑料料预压成成圆锭,将将圆锭放放入压模模中,在在一定的的温度和和压力下下测定它它从模孔孔中挤出出的长度度(毛糙糙部分不不计在内内),此此即为拉拉西格流流动值,以以mm表表示
23、。数数值大,则则表明流流动性好好。6、什么么是吸湿湿性,塑塑料原料料中水分分过高,在在成型中中和成型型后会对对制品产产生什么么影响。概 念:吸湿性性是指塑塑料对水水分的亲亲疏程度度。 吸湿性对对塑料制制品的影影响:在在注射成成型过程程中比较较容易发发生水降降解,成成型后塑塑件上出出现气泡泡、银丝丝与斑纹纹等缺陷陷。7、什么么是热敏敏性。热热敏性塑塑料成型型时要注注意哪些些方面的的问题。概 念:热敏性性是指塑塑料的化化学性质质对热量量作用的的敏感程程度,热热敏性很很强的塑塑料称为为热敏性性塑料。防止热敏敏性塑料料在成型型中出现现降解现现象应采采取的措措施:1)选用用螺杆式式注射机机;2)流道道截
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