高分子材料成型加工（全文）

2020-03-03 03:19:29 来源：范文大全收藏下载本文

第一章

1.高分子材料的定义

以高分子材料为主要组分的材料

2.高分子材料成型加工的定义

高分子材料是通过成型加工工艺得到具有实用性的材料或制品过程的工程技术

3.高分子材料工程特征的含义

高分子材料制品的性能既与材料本身的性质有关，有很大程度上受成型加工过程所产生的附加性质的影响

第三章

2.热稳定剂是一类能够防止高分子材料在成型加工或使用过程中因受热而发生降解或交联的添加剂

分类：铅盐类稳定剂，有机锡类稳定剂，有机锑类稳定剂，有机辅助稳定剂，复合稳定剂，稀土类稳定剂

用于食品：有机锡类稳定剂，复合稳定剂，稀土类稳定剂

3.Pvc塑料

因为PVC是一种极现在高温下的加工成型。

？？/、？性高分子，分子间的作用力很强，导致加工温度超过其分解温度，只有加入热稳定剂才能实

4.抗氧剂是指可抑制或延缓高分子材料自动氧化速度，延长其使用寿命的物质。

抗臭氧剂是指可以阻止或延缓高分子材料发生臭氧破坏的化学物质。

不同：抗氧剂是抑制扩散到制品内部的氧，而抗臭氧只是在制品表面上发挥作用。

5.光稳定剂是可有效地抑制光致降解物理和化学过程的一类添加剂。

？/、？/ 8.润滑剂是降低熔体与加工机械或成型模具之间以及熔体内部相互直接按的摩擦和黏附，改善加工流动性，提高生产能力和制品外观质量的一类添加剂。

因为其可以调节PVC树脂熔化速率和降低熔体黏度 9.？？？

10.硫化促进剂：提高硫化速度，缩短硫化时间，降低硫化温度，减少了硫化剂用量，提高或改善硫化胶物理机械性能

硫化活性剂：提高胶料中硫化促进剂的活性，减少硫化促进剂的用量，缩短硫化时间防焦剂：少量加入即可防止或延迟胶料在加工和贮存时产生焦烧 12.着色剂，发泡剂，阻燃剂，抗静电剂，偶联剂，防霉剂

第四章

1.高分子材料制品设计中，成型加工方法选择的依据是什么？

制品形状，产品尺寸，材料特征，公差精度，加工成本

2.？？ 3.？？ 4.高分子材料进行配方设计的一般原则和依据各是什么？

制品的性能要求：抓住主要矛盾，用其所长，避其所短，必要时可共混或复合改性

成型加工性能的要求：各种成型加工方法的工艺和设备各有其特点，对材料的要求也不同，故需充分考虑。

原材料的要求：材料的主体成分-高分子化合物决定了材料的基本性能，添加剂对材料及其制品的性能有很大的影响

产品的经济成本要求：在满足使用性能的前提下，选用质量稳定可靠，价格低的原材料，调节配方，尽可能的减少成本

5.配方有哪几种表示方法？各有何作用？相互关系是什么？

以质量份数表示的配方：以高分子化合物为100份，计量容易，应用广泛，适于工业生产

以质量百分数表示的配方：以混合料为100份，计算原材料消耗，定额指标等方便，便于财务的成本核算及定价

以体积百分数表示的配方：以混合体积为100份，便于计算体积成本及原材料仓储体积

生产配方：生产中实际使用的配方表示形式，便于直接计算，符合生产实际

相互关系：？/?、??？

第六章

1．物料的混合有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？

答：混合涉及到三种扩散的基本运动形式，即分子扩散、涡流扩散和体积扩散。

体积扩散，即对流混合。是指流体质点、液滴或固体粒子由系统的一个空间位臵向另一空间位臵的运动，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，这种混合占支配地位。

2．什么是“非分散混合”，什么是“分散混合”，两者各主要通过何种物料运动和混合操作来实现？答：非分散混合。在混合中仅增加粒子在混合物中分布均匀性而不减小粒子初始尺寸的过程称为非分散混合或简单混合。

这种混合的运动基本形式是通过对流来实现的，可通过包括塞形流动和不需要物料连续变形的简单体积排列和臵换来达到。

分散混合。是指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混合物组分均匀性的混合过程。分散混合的目的是把少数组分的固体颗粒和液满分散开来，成为最终粒子或允许的更小颗粒或液滴，并均匀地分布到多组分中，这就涉及少组分在变形粘性流体中的破裂问题，这是靠强迫混合物通过窄间隙而形成的高剪切区来完成的。

3.为什么在评定固体物料的混合状态时不仅要比较取样中各组分的比率与总体比率的差异大小，而且还要考察混合料的分散程度？答：衡量混合效果需从物料的均匀程度和组分的分散程度两方面来考虑。均匀程度指混入物所占物料的比率与理论或总体比率的差异。但就是相同比率的混合情况也是十分复杂的。在取样分析组成时，若一次抽取的试样的量足够多，或者，一次取样量虽不多，但取样的次数足够多，虽然每次抽取的试样分析结果有所出入，但（取多个试样分析结果的平均值时，）仍可得出混合情况相同的结论。然而从混合料中各组分的分散程度来看，则可能相差甚远。因此，在判定物料的混合状态时，还必须考虑各组分的分散程度。

4.温度对生胶塑炼有何影响？为什么天然橡胶在110℃时塑炼效果最差？答：低温下，氧和橡胶大分子的直接引发氧化作用很小，但是低温橡胶的粘度很高，机械剪切作用力大大提高，橡胶大分子链在机械力作用下的断裂破坏是主要的，其断裂生成的大分子游离基立即与周围的空气中的氧相结合，生成分子量较小的稳定大分子，自由基活性得到终止。高温时，氧和橡胶大分子的化学活泼性大大提高，氧可以直接引发大分子发生氧化裂解反应，随着温度的升高反应速度急剧加大，所以机械塑炼效果也随之加大。当天然橡胶在110摄氏度的时候，它的机械力作用是最小的时候，氧化裂解的作用也是最小的时候。 5．天然橡胶的低温机械塑炼的目的及其原理与聚氯乙烯塑料中添加邻苯二甲酸二丁酯的目的及其原理有何异同？

答：天然橡胶的低温机械塑炼的目的是提高天然橡胶的可塑性，便于配合剂在基体中的均匀分布，也有利于后续的成型加工；原理是在主要在机械力的作用下，使大分子链发生断链。

聚氯乙烯塑料中添加邻苯二甲酸二丁酯的目的是为了降低大分子链之间的作用下，提高链段的运动能力，使得玻璃化温度降低，最终制品的韧性增强，柔性增大。

6．何谓橡胶的混炼？用开炼机混炼时三阶段及配合剂的加入次序？答：混炼就是将各种配合剂与可塑度合乎要求的生胶或塑炼胶在机械作用下混合均匀，制成混炼胶的过程。开炼机混炼经历包辊、吃粉、翻捣三个阶段。

配合剂加入顺序是混炼主要的工艺条件，为了能在较短的混炼时间里得到质量良好的混炼胶，应根据配合剂的作用、用量及其混炼特性来合理安排加入顺序。一般原则是；难分散的、量少的先加；易分散的、量多的后加；硫化剂和促进剂分开加，以免混在一起加入时因局部温度过高而使胶料焦烧；硫黄最后加。所以通常配合剂加入顺序为：生胶一固体软化剂—促进剂、活性剂、防老剂一补强剂、填充剂一液体软化剂—硫黄及超促进剂。

7．何谓胶料混炼过程中产生的结合橡胶？

答：生胶在塑炼时橡胶大分子断链生成自由基，这种情况在混炼时同样会发生。在混炼过程中，橡胶分子断链生成大分子自由基可以与炭黑粒子表面的活性部位结合，也可以与发黑聚集体在混炼时被搓开所产生的具有较高活性的新生面结合，或者已与炭黑结合的橡胶又通过缠结或交联结合更多的橡胶，形成一种不溶于橡胶溶剂的产物--结合橡胶。

8.区分“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：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？

答：热塑性塑料：热塑性塑料分子结构都是线型结构，在受热时发生软化或熔化，可塑制成一定的形状，冷却后又变硬。在受热到一定程度又重新软化，冷却后又变硬，这种过程能够反复进行多次。如聚氯乙烯、聚乙烯、聚苯乙烯等。塑性塑料成型过程简单，能够连续化生产，并且具有相当高的机械强度，因此发展很快。

热固性塑料：热固性塑料的分子结构是体型结构，在受热时也发生软化，可以塑制成一定的形态，但是受热到一定程度或加入少量固化剂后，就硬化定型，再加热也不会变软和改变形态了。热固性塑料加工成型后，受热不再软化，因此不能回收再用，如酚醛塑料、氨基塑料、环氧树脂等都是属于此类塑料。热固性塑料成型工艺过程比较复杂，所以连续生产有一定的困难，但其耐热性好、不容易变形，而且价格比较低廉。

工程塑料：工程塑料是可作为工程结构材料和代替金属制造机器零部件等的塑料。例如聚酰胺、聚碳酸酯、聚甲醛、ABS树脂、聚四氟乙烯、聚酯、聚砜聚酰亚胺等。工程塑料具有密度小、化学稳定性高、机械性能良好、电绝缘性优越、加工成型容易等特点，广泛应用于汽车、电器、化工、机械、仪器、仪表等工业，也应用于宇宙航行、火箭、导弹等方面。

通用塑料：是指产量大、价格低、应用范围广的塑料，主要包括聚烯烃、聚氯乙烯、聚苯乙烯、酚醛塑料和氨基塑料五大品种。人们日常生活中使用的许多制品都是由这些通用塑料制成。 10．什么叫塑料的混合和塑化，其主要区别在哪里？

答：这是物料的初混合，是一种简单混合，是在树脂的流动温度以下和较低剪切作用下进行的，在这一混合过程中，只是增加各组分微粒空间的无规则排列程度，而不减小粒子的尺寸。一般是一个间歇操作过程。

塑化物料在初混合基础上的再混合过程，是在高于树脂流动温度和较强剪切作用下进行的。塑化的目的是使物料在温度和剪切力的作用下熔融，获得剪切混合的作用，驱出其中的水分和挥发物，使各组分的分散更趋均匀，得到具有一定可塑性的均匀物料。 11．哪些机械通常用于塑料的初混合？哪些机械用于塑炼？答：初混合：在大批量生产时，较多使用高速混合机，其适用于固态混合和固液混合。S型和Z型捏合机主要适用于固态和液态混合，对物料有较强的撕捏作用，另外还有转鼓式混合机和螺带式混合机。塑化常用的设备主要是开放式塑炼机、密炼机和挤出机。 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。

14.聚氯乙烯粒状塑料与酚醛压塑粉在配臵过程中的塑化工序、目的、作用原理有何不同？

答：聚氯乙烯粒状塑料：通过双键聚合而成，经过筛选、配料、混合、塑化成粒状。

酚醛压塑粉：过滤、配料、混合、塑化的粉状塑料。目的：都是为了得到制品成型前的物料。

原理：使用的机械不同，他们的自身的物理化学性质不同，致使他们得到的物料不同。

15、何谓塑料溶液和溶胶塑料？

答：塑料溶液的主要组成是作为溶质的合成树脂及各种配合剂和作为溶剂的有机溶剂。溶剂的作用是为了分散溶解树脂，使得到的塑料溶液获得流动性。溶剂对制品是没有作用的，只是为了加工而加入的一种助剂，在成型过程中必须予以排出。

溶胶塑料又称糊塑料，是固体树脂稳定地悬浮在非水液体介质中形成的分散体(悬浮体)。在溶胶塑料中氯乙烯聚合物或共聚物应用最广，通常称聚氯乙烯糊。

溶胶塑料中的非水液体主要是在室温下对树脂溶剂化作用很小而在高温下又很易增塑树脂的增塑剂或溶剂，是分散剂。有时还可加入非溶剂性的稀释剂，甚至有些加入热因性树脂或其单体。除此之外，溶胶塑料还因不同的要求加入胶凝剂、填充剂、表面活性剂、稳定剂、着色剂等各种配合剂，因此，溶液塑料的组成是比较复杂的，其在室温下是非牛顿液体，具有一定流动性。 16.简述聚合物共混的目的及原则

答：1.利用各聚合物组分的性能，取长补短，消除各单一聚合物组分性能的缺点，保持各自的优点，得到综合性能优异的聚合物材料。 2.少量的某一聚合物作为另一个聚合物的改性剂，获得显著的改性效果。

3.通过共混改善聚合物的加工性能。

第七章

1．何谓热固性塑料的固化速度？固化速率太慢或太快对制品有何影响？

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，压制标难试样时，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(s/mm厚度)来表示，此值愈小，固化速率愈大。

固化速率应当适中，过小则生产周期长，生产效率低，但过大则流动性下降，会发止塑料尚未充满模具型腔就已固化的现象，就不能适于成型薄壁和形状复杂的制品。

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。

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．试分析模压温度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，对塑料的熔触、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粘度增加，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）交联键的位臵；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：橡胶在硫化过程中，其各种性能随硫化时间增加而变化。将与橡胶交联程度成正比的某一些性能(如定伸强度)的变化与对应的硫化时间作曲线图，可得到硫化历程图。橡胶的硫化历程可分为四个阶段：焦烧阶段、预硫阶段、正硫化阶段和过硫阶段。

焦烧阶段。又称硫化诱导期，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。

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。预硫阶段的长短反映了橡胶硫化反应速度的快慢，主要取决于胶料的配方。

正硫化阶段。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，胶料的物理机械性能在这个阶段基本上保持恒定或变化很少．所以该阶段也称为平坦硫化阶段。

过硫阶段。正硫化以后继续硫化便进入过硫阶段。交联反应和氧化及热断链反应贯穿于橡胶硫化过程的始终，只是在不同的阶段，这两种反应所占的地位不同，在过硫阶段中往往氧化及热断链反应占主导地位，因此胶料出现物理机械性能下降的现象。

11．橡胶制品生产过程中，剩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：在过硫阶段中不同的橡胶出现的情况是不同的。天然橡胶、丁苯橡胶等主链为线型大分子结构，在过硫阶段断链多于交联而出现硫化返原现象；而对于大部分合成橡胶，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，这种胶料称硫化非返原性胶料。

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：硫化温度、硫化压力和硫化时间。

硫化温度是促进硫化反应的主要因素，提高硫化温度可以加快硫化速度，缩短硫化时间，提高生产效率。

硫化压力的选取主要根据胶料的性质、产品结构和其他工艺条件等决定的。对流动性较差的，产品形状结构复杂的，或者产品较厚、层数多的宜选用较大的硫化压力。硫化温度提高，硫化压力也应高一些。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。

橡胶在硫化过程中，性能在不断变化，所以选取恰当的硫化时间对保证制品质量十分重要。在一定的硫化温度和压力下，橡胶有一最宜的硫化时间，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：正硫化是一个阶段，在正硫化阶段中，胶料的各项物理机械性能保持最高值，但橡胶的各项性能指标往往不会在同一时间达到最佳值。

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。测定正硫化点的方法很多，主要有物理机械性能法、化学法和专用仪器法。

(1)物理机械性能法。此法的缺点是麻烦，不经济。

(2)化学法。测定橡胶在硫化过程中游离硫的含量，以及用溶胀法测定硫化胶的网状结构的变化来确定正硫化点。此法误差较大，适应性不广，有一定限制。

(3)专用仪器法。这是用专门的测试仪器来测定橡胶硫化特性并确定正硫化点的方法。目前主要有门尼粘度计和各类硫化仪，其中转子旋转振荡式硫化仪用得最为广泛。

15．某一胶料的硫化温度系数为2，当硫化温度为137℃时，测出其硫化时间为80min，若将硫化温度提高到143℃，求该胶料达正硫化所需要的时间？上述胶料的硫化温度时间缩短到60min时，求所选取的硫化温度是多少？

t答：1Kt2802t214313710T2T110

t2=52min 80260T213710

1.249=0.3010(T2-137)

T2=141.2℃

16.某胶料的硫化温度系数为2，在实验室中用试片测定，当硫化温度为143℃时，硫化平坦时间为20---80min，该胶料在140℃下于模型中硫化了70min,问是否达到正硫化？

解：由范特霍夫方程得 t1/t2=KT2-T1/10 得

t1/70=2140-143/10 解得 t1=56.9min ∵t1=56.9min在硫化平坦时间20---80min范围内

∴该胶料已达到正硫化

17．绘出增强热固性塑料层压板成型时热压过程五个时期的温度和压力与时间的关系曲线，并说明各时期的温度和压力在成型中的作用。答：压制的温度控制一般分为五个阶段

预热阶段：板坯的温度由室温升至树脂开始交联反应的温度，使树脂开始熔化，并进一步渗入增强材料中，同时排出部分挥发物。此时的压力＝最高压力的1/3～1/2。

中间保温阶段：树脂在较低的反应速度下进行交联固化反应，直至溢料不能拉成丝，然后开始升温升压。

升温阶段：将温度和压力升至最高，加快交联反应。（此时树脂的流动性已下降，高温高压不会造成胶料流失）

热压保温阶段：在规定的温度和压力下，保持一定时间，使树脂充分交联固化。

冷却阶段：树脂在充分交联后，使温度逐渐降低，进行降温冷却。

第八章

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：根据物料在螺杆中的温度、压力、粘度等的变化特征，可将螺杆分为加料段、压缩段和均化段三段。

加料段：加料段的作用是对料斗送来的塑料进行加热，同时输送到压缩段。塑料在该段螺槽始终保持固体状态。压缩段：又叫相迁移段，其作用是对加料段送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粘流状态。

均化段：又叫计量段，其作用是将塑化均匀的物料在均化段螺槽和机头回压作用下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。

对于晶态塑料的挤出成型：挤出结晶型热塑性塑料的加料段要求较长，使塑料有足够的停留时间，慢慢软化，该段约占螺杆全长的60% 65%；结晶型塑料，熔融温度范围较窄，压缩段较短，为3 5Ds；为了稳定料流，均化段应有足够的长度，通常是螺杆全长的20% 25%。

其L2 的长度较短，因为其熔融温度范围较窄。

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A：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它表示塑料通过螺杆的全过程被压缩的程度。 A愈大，塑料受到挤压的作用也就愈大，排除物料中所含空气的能力就大。但A太大，螺杆本身的机械强度下降。压缩比一般在2 5之间。

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。另外挤出薄壁状制品时，压缩比应比挤出厚壁制品大。压缩比的获得主要采用等距变深螺槽、等深度变距螺槽和变深变距螺槽等方法，其中等距变深螺槽是最常用的方法。

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：螺杆的长径比L/Ds：指螺杆工作部分的有效长度L与直径Ds之比，此值通常为15 25，但近年来发展的挤出机有达40的，甚至更大。

L/Ds大，能改善塑料的温度分布，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。因此，对于硬塑料、粉状塑料或结晶型塑料要求塑化时间长，应选较大的L/Ds。L/Ds大的螺杆适应性强，可用于多种塑料的挤出。

但L/Ds大大，对热敏性塑料会因受热时间大长而易分解，同时螺杆的自重增加，制造和安装都困难，也增大了挤出机的功率消耗。目前，L/Ds以25居多。

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：等距变深螺杆按其螺槽深度变化的快慢(即压缩段的长短)又可分为等距渐变形螺杆和等距突变形螺杆。非晶型塑料宜选用渐变形螺杆，结晶型塑料宜选用突变形螺杆。

6．如欲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：固体塞的移动情况是旋转运动还是轴向运动占优势，主要决定于螺杆表面和料筒表面与物料之间的摩擦力的大小。只有物料与螺杆之间的摩擦力小于物料与料筒之间的摩擦力时，物料才沿轴向前进；否则物料将与螺杆一起转动，因此只要能正确控制物料与螺杆及物料与料筒之间的静摩擦因数，即可提高固体输送能力。

为了提高固体输送速率，应降低物料与螺杆的静摩擦因数，提高物料与料筒的径向静摩擦因数。要求螺杆表面有很高的光洁度，在螺杆中心通入冷却水，适当降低螺杆的表面温度，因为固体物料对金属的静摩擦因数是随温度的降低而减小的。

7．塑料在挤出机中的熔化长度的意义是什么？

答：挤出过程中，在加料段内是充满未熔融的固体粒子，在均化段内则充满着已熔化的物料，而在螺杆中间的压缩段内固体粒子与熔融物共存，物料的熔化过程就是在此区段内进行的，故压缩段又称为熔化区。在熔化区，物料的熔融过程是逐渐进行的，自熔化区始点A开始，固体床的宽度将逐渐减小，熔池的宽度逐渐增加，直到熔化区终点B，固体床的宽度下降到零，进入均化段，固体床消失，螺槽全部充满熔体。从熔化开始到固体床的宽度降到零为止的总长度，称为熔化长度。

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：从压缩段送入均化段的物料是具有恒定密度的粘流态物料，在该段物料的流动已成为粘性流体的流动，物料不仅受到旋转螺杆的挤压作用，同时受到由于机头口模的阻力所造成的反压作用，物料的流动情况很复杂。

通常把物料在螺槽中的流动看成由下面四种类型的流动所组成： (1)正流：是物料沿螺槽方向向机头的流动，这是均化段熔体的主流，是由于螺杆旋转时螺棱的推挤作用所引起的，从理论分析上来说，这种流动是由物料在深槽中受机筒摩擦拖曳作用而产生的，故也称为拖曳流动，它起挤出物料的作用。

(2)逆流：沿螺槽与正流方向相反的流动，它是由机头口模、过滤网等对料流的阻碍所引起的反压流动，故又称压力流动，它将引起挤出生产能力的损失。

(3)横流：物料沿x轴和y轴两方向在螺槽内往复流动，也是螺杆旋转时螺棱的推挤作用和阻挡作用所造成的，仅限于在每个螺槽内的环流，对总的挤出生产率影响不大，但对于物料的热交换、混合和进一步的均匀塑化影响很大。

(4)漏流：物料在螺杆和料筒的间隙沿着螺杆的轴向往料斗方向的流动，它也是由于机头和口模等对物料的阻力所产生的反压流功。 9.分析挤出成型时，螺杆均化段末端黏流态物料的压力与哪些因素有关？

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

11.塑料薄膜挤出生产工艺方法有哪几种？简要分析各种方法的工艺特点。不同成型方法所得的塑料薄膜性能有何不同的特点及应用情况如何？

12．管材挤出的工艺过程是什么？挤出管材如何定径？

答：管材挤出的基本工艺是：由挤出机均化段出来的塑化均匀的塑料，经过过滤网、粗滤器而达分流器，并为分流器文架分为若干支流，离开分流器文架后再重新汇合起来，进入管芯口模间的环形通道，最后通过口模到挤出机外而成管子，接着经过定径套定径和初步冷却，再进入冷却水槽或具有喷淋装臵的冷却水箱，进一步冷却成为具有一定口径的管材，最后经由牵引装臵引出并根据规定的长度要求而切割得到所需的制品。

管材挤出装臵由挤出机、机头口模、定型装臵、冷却水槽、牵引及切割装臵等组成，其中挤出机的机头口模和定型装臵是管材挤出的关键部件。

管材挤出后，温度仍然很高，为了得到准确的尺寸和几何形状以及表面光洁的管子，应立即进行定径和冷却，以使其定型。

外径定型是使挤出的管子的外壁与定径套的内壁相接触而起定型作用的，为此，可用向管内通入压缩空气的内压法或在管子外壁抽真空法来实现外径定型。

内压法进行外径定型的定径套如图所示。定型时，可通过分料筋的孔道通入一定压力的压缩空气(一般为0.05--0.3MPa表压)。并在挤出的管端或管内封塞。定径套的外壁为夹套，内通冷却水以冷却管子，经定径后的管子离开定径套时不再变形。

第九章

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。

答：塑料的注射成型又称注射模塑，或简称注塑，是塑料制品成型的重要方法。目前注射制品约占塑料制品总量的30%。在工程塑料中有80%是采用注射成型。

注射成型是间歇生产过程，除了很大的管、棒、板等型材不能用此法生产外，其他各种形状、尺寸的塑料制品都可以用这种方法生产。它不但常用于树脂的直接注射，也可用于复合材料、增强塑料及泡沫塑料的成型，也可同其他工艺结合起来，如与吹胀相互配合而组成注射—吹塑成型。

塑料的注射成型是将粒状成粉状塑料加入到注射机的料筒，经加热熔化呈流动状态，然后在注射机的柱塞或移动螺杆快速而又连续的压力下，从料简前端的喷嘴中以很高的压力和很快的速度注入到闭合的模具内。充满模腔的熔体在受压的情况下，经冷却（热塑性塑料）或加热(热固性塑料)固化后，开模得到与摸具型腔相应的制品。

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？

答：注射螺杆与挤出螺杆在结构上有如下区别： 1)注射螺杆的长径比较小，在10 15之间。 2)注射螺杆压缩比较小，在2 2.5之间。

3)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。 4)注射螺杆的头部呈尖头型，与喷嘴能很好的吻合。

注射螺杆起预塑化和注射作用，是间歇操作过程，它对物料的塑化能力、稳定以及操作连续性等要求没有挤出螺杆那么严格。

注射机的螺杆功能为加料、输送、塑化和注射；而挤出机的螺杆功能则是加料、输送、塑化和挤出。

注射机螺杆的运动方式为：旋转、轴向运动；而挤出机的螺杆运动方式为旋转。

注射机的螺杆头部为尖头；而挤出机的螺杆头部为圆头、平头。 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：分流梭装在料筒前的中心部分，是两端锥形的金属圆锥体，形如鱼雷，因此也叫鱼雷头。分流梭的作用是将料筒内流经该处的料成为薄层，使塑料流体产生分流和收敛流动，以缩短传热导程。既加快了热传导，也有利于减少或避免塑料过热而引起的热分解现象。同时，塑料熔体分流后，在分流梭与料简间隙中流速增加，剪切速度增大，从而产生较大的摩擦热，料温升高，粘度下降，使塑料得到进一步的混合塑化，有效提高柱塞式注射机的生产率及制品质量。

柱塞式注射机必须采用分流梭，移动螺杆式注射机的塑化效果好，不采用分流梭。

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？

答：在料筒的前部，是连接料筒和塑模的通道，其作用是引导塑化料从料筒进入棋具，并使有一定的射程。喷嘴的内径一般都是自进口逐渐向出口收敛，以便与模具紧密接触，由于喷嘴的内径不大，当塑料通过时，流速增大，剪切速度增加，能使塑料进一步塑化。热塑性塑料的注射喷嘴类型很多，结构各异，使用最普遍的有如下三种形式：

1)通用式喷嘴：是最普遍的形式，制造方便，无加热装臵，注射压力损失小，常用于聚乙烯、聚苯乙烯、聚氯乙烯及纤维素等的注射成型。 2)延伸式喷嘴：是通用式喷嘴的改进型，制造方便，有加热装臵，注射压力降较小，适用于有机玻璃、聚甲醛、聚砜、聚碳酸酯等高粘度树脂。

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，注射压力降较大，较适用于尼龙、涤纶等熔体粘度较低的塑料注射。

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0.8，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？答：

TTOE,TO50℃,T230,E0.8,代入得TW275℃TwTO

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：在同一塑料的摩擦因数和熔融黏度是随料筒温度和模具温度而变动的，故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：保压阶段。是熔体充满模腔时起至柱塞或螺杆撤回时为止的一段时间。在这段时间内，塑料熔体会因受到冷却而发生收缩，柱塞或螺杆需保持对塑料的压力，使模腔中的塑料进一步得到压实，同时料筒内的熔体会向模腔中继续流入以补足因塑料冷却收缩而留出的空隙。随模腔内料温下降，模内压力也因塑料冷却收缩而开始下降。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。

答：料筒的温度的高低主要决定与塑料的性质，必须把塑料加热到黏流温度（Tf）或熔点以上，但必须低于其分解温度。？？？？？不会模具温度不但影响塑料充模时的流动行为，而且影响制品的物理机械性能和表观质量。实际上冷却速度的大小取决于塑料熔体温度(Tm)与冷却介质温度(Tc)的温差；当Tc＜Tg为骤冷，Tc≈Tg为中速冷，Tc＞Tg为缓冷。结晶型塑料注射入模具后，将发生相转变，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品度，制品成型收缩性较大，刚度大，大多数力学性能较高，但伸长率和冲击强度下降；反过来，骤冷所得制品的结晶度下降，韧性较好。但骤冷不利于大分子的松弛过程，分子取向作用和内应力较大。中速冷塑料的结晶和取向较适中，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利制品的使用性能要求来决定。、

9．聚丙烯和聚苯乙烯注射成型时，考虑到产品的性能和生产效率，它们的模具温度应分别控制在哪个温度范围最适宜？为什么？（PP：Tg＝－10℃左右，PS：Tg＝80℃左右）

答：聚丙烯的结晶能力较强，提高模具温度有助于改善熔体在模内的流动性，减小内应力和分子的定向作用，增强制件的密度和结晶度甚至能够提前脱模；但制件的冷却时间、收缩率和脱模后的翘曲变形将增大。制品结晶度的增加，制件的表面粗糙度值也会随之减小。综合考虑PP 模具温度Tc>Tg，生产上常用温度为40-90℃

无定形塑料注射充模后无相转变，故模温高低主要影响充模时间长短，较低的模温，冷却快，生产效率提高。PS 熔融黏度较低，采用偏低的模温Tc

11．试分析注射成型过程中快速充模和慢速充模各有什么利弊。

答：充模速度↑，物料受剪切↑，生热↑，T ↑，黏度下降，充模压力↑，充模顺利，能提高制品的熔接缝强度，生产周期缩短；但速度↑↑，料流为湍流，严重时引起喷射用，卷入空气，可引起塑料局部烧伤及分解，使制品不均匀，内应力较大表面常有裂纹。慢速充模时，熔体以层流状态流动，顺利将模腔内的空气排出，制品质量较均匀；但充模过慢，会使熔体在流道中冷却降温，引起黏度提高，流动性下降，引起充模不全，并出现分层和结合不好的熔接痕，影响制品强度和表面质量。

12.简述热固性塑料和橡胶的注射成型原理。答：热固性塑料注射成型原理：其主要组分是线型或带有支链的低分子量聚合物，而且聚合物分子链上存在可反应的活性基团，因此，热固性塑料受热成型过程中不仅发生物理状态的变化，而且还发生不可逆的化学变化。加进料筒内的热固性塑料受热转变为黏流态，而成为具有一定流动性的熔体，但有可能因发生化学反应而使黏度升高，甚至交联硬化为固体。所以为了便于注射成型能顺利进行，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，注入高温模腔后继续加热，物料就通过自身反应基团或反应活性点与加入的固化剂作用，经一定时间的交联固化反应，使线性树脂逐渐变成体型结构。

橡胶的注射成型原理：橡胶注射成型是将胶料通过注射机进行加热，然后在压力作用下从机筒注入密闭的模型中，经热压硫化而成为制品的生产方法，其注射模具是直接装在注射机上，生产时将带状胶料喂入加料口，经预热、塑化后由注射机的螺杆或柱塞直接注入模型就地硫化。