2023年高分子材料成型加工原理

千里之行，始于足下讓知識帶有溫度。第第2頁/共2頁精品文檔推薦高分子材料成型加工原理第一章緒論

1.按所屬成型加工階段劃分，塑料成型加工可分為幾種類型？分離說明其特點。

(1)一次成型技術

一次成型技術，是指能將塑料原材料改變成有一定外形和尺寸制品或半制品的各種工藝操作辦法。目前生產(chǎn)上廣泛采納的擠塑、注塑、壓延、壓制、澆鑄和涂覆等。

(2)二次成型技術

二次成型技術，是指既能轉變一次成型所得塑料半制品(如型材和坯件等)的外形和尺寸，又不會使其整體性受到破壞的各種工藝操作辦法。

目前生產(chǎn)上采納的惟獨雙軸拉伸成型、中空吹塑成型和熱成型等少數(shù)幾種二次成型技術。

(3)二次加工技術

這是一類在保持一次成型或二次成型產(chǎn)物硬固狀態(tài)不變的條件下，為轉變其外形、尺寸和表觀性質所舉行的各種工藝操作辦法。也稱作“后加工技術”。大致可分為機械加工、銜接加工和修飾加工三類辦法。

2.成型工廠對生產(chǎn)設備的布置有幾種類型？

(1)過程集中制

生產(chǎn)設備集中；

宜于品種多、產(chǎn)量小、變化快的制品；

連接生產(chǎn)工序時所需的運輸設備多、費時、費工、不易延續(xù)化。

(2)產(chǎn)品集中制

一種產(chǎn)品生產(chǎn)過程配套；

宜于單一、量大、永遠性強的制品、延續(xù)性強；

物料運輸便利，易實現(xiàn)機械化和自動化，成本降低。

3.塑料制品都應用到那些方面？

(1)農牧、漁業(yè)(2)包裝(3)交通運輸(4)電氣工業(yè)

(5)化學工業(yè)(6)儀表工業(yè)(7)建造工業(yè)(8)航空工業(yè)

(9)國防與尖端工業(yè)(10)家具(11)體育用品和日用百貨

4.如何生產(chǎn)出一種新制品？

(1)認識該種制品在物理、機械、熱、電及化學性能等方面所應具備的指標；

(2)按照要求，選定合適的塑料，從而打算成型辦法；

(3)成本估算；

(4)試制并確定生產(chǎn)工藝規(guī)程、不斷完美。

其次章塑料成型的理論基礎

1.什么是聚合物的結晶和取向？它們有何不同？討論結晶和取向對高分子材料加工有何實際意義？

2.請說出晶態(tài)與非晶態(tài)聚合物的熔融加工溫度范圍，并研究兩者作為材料的耐熱性好壞。

晶態(tài)聚合物：Tm——Td；非晶態(tài)聚合物：Tf——Td。

對于作為塑料使用的高聚物來說，在不結晶或結晶度低時最高使用溫度是Tg，當結晶度達到40%以上時，晶區(qū)相互銜接，形成貫通囫圇材料的銜接相，因此在Tg以上仍不會軟化，其最高使用溫度可提高到結晶熔點。

熔點（Tm）：是晶態(tài)高聚物熔融時的溫度，表征晶態(tài)高聚物耐熱性的好壞。

3.聚合物的加工性質有哪些，各與哪些因素有關？

(1)聚合物的可擠壓性

聚合物的可擠壓性僅與其分子結構、相對分子質量和組成有關，而且與溫度、壓力等成型條件有關。(2)聚合物的可模塑性

可模塑性主要取決于聚合物本身的屬性(如流變性、熱性能、物理力學性能以及熱固性塑料的化學反應性能等)，工藝因素(溫度、壓力、成型周期等)以及模具的結構尺寸。

(3)聚合物的可紡性

可紡性主要取決于聚合物材料的流變性，熔體粘度、拉伸比、噴絲孔尺寸和外形、擠出絲條與冷卻介質之間傳質和傳熱速率、熔體的熱化學穩(wěn)定性等。

(4)聚合物的可延性

聚合物的可延性取決于材料產(chǎn)生塑性變形的能力和應變硬化作用。

4.聚合物有哪幾種結晶形式，結晶對材料性能有何影響？

5.何謂聚合物的二次結晶和后結晶？

(1)二次結晶

一次結晶后，在殘留的非晶區(qū)和結晶不完整的部分區(qū)域內，繼續(xù)結晶并逐步完美的過程。

(2)后結晶

一部分來不及結晶的區(qū)域，在成型后繼續(xù)結晶的過程，在球晶的界面上不斷形成新的結晶區(qū)域，即初結晶的繼續(xù)。

6.聚合物在成型過程中為什么會發(fā)生取向？成型時的取向產(chǎn)生的緣由及形式有哪幾種？取向對高分子材料制品的性能有何影響？

7.要使聚合物在加工中通過拉伸獲得取向結構，應在該聚合物的什么溫度下拉伸？

答:應當在聚合物的玻璃化溫度和熔點之間舉行，由于分子在高于Tg時才具有足夠的活動，這樣在拉應力的作用下，分子才干從無規(guī)線團中被拉伸應力拉開、拉直和在分子彼此之間發(fā)生移動。

8.分析并研究影響熱塑性塑料成型加工中熔體粘度的因素。

(1)溫度對粘度的影響

(2)壓力對粘度的影響

(3)剪切速率對粘度的影響

(4)聚合物結構因素和組成對粘度的影響

(5)各種添加劑對粘度的影響

第三章成型用的物料及其配制

1.高分子材料中添加助劑的目的是什么？

2.什么是熱穩(wěn)定劑？哪一類聚合物在成型加工中須使用熱穩(wěn)定劑？對于加有較多增塑劑和不加增塑劑的兩種塑料配方，如何考慮熱穩(wěn)定劑的加入量？請闡明理由。

3.試述增塑劑的作用機理。

4.增塑劑作用的實質是什么？并請區(qū)別“增塑效率”、“主增塑劑”、“副增塑劑”和“增塑劑相容性”四個概念。

5.內潤滑與外潤滑。

第四章壓縮模塑

1.試分析下列配方，要求：

(1)指出各成分在配方中的作用；

(2)推斷制品基本性能，并說出相應的理由。

①PVC樹脂（XS-4）100，鄰苯二甲酸二辛酯10，鄰苯二甲酸二丁酯8，環(huán)氧脂肪酸辛酯3，液體鋇－鎘2，硬脂酸鋇0.5，硬脂酸鎘0.3，硬脂酸0.3，二氧化鈦3

②PVC樹脂（XS-5）100，三鹽基性硫酸鉛5，二鹽基性亞磷酸鉛1.5，亞磷酸三苯脂0.5，硬脂酸鉛0.5，硬脂酸正丁酯0.3，石蠟0.3，氧化銻5

③PVC樹脂（XS-3）100，DOP20，DBP20，DOS10，氯化石蠟5，UV-90.1，滑石粉1，氧化鐵0.2，二月桂酸二丁基錫3

④丁睛橡膠100，硫磺1.5，促進劑M1.5，促進劑TMTD0.2，ZnO5，硬脂酸1，防老劑4010NA1，半補強碳黑60，陶土30，瀝青5，石蠟1.5

2.在生產(chǎn)寬1200mm，厚0.5mm的聚氯乙烯軟膜時，采納以下配方：

聚氯乙烯樹脂100，三鹽基硫酸鉛2，硬酯酸鋇1.2，硬酯酸鉛0.8，鄰苯二甲酸二辛酯30，癸二酸二辛酯10，環(huán)氧大豆油5，氯化石蠟5，硬酯酸0.8，碳酸鈣8，鈦箐蘭0.5

問：配方中各組分的作用？配方中樹脂、穩(wěn)定劑、增塑劑、填充劑、潤滑劑、顏料各占總量的百分之幾？

3.簡述模壓成型的定義。

4.簡述模壓成型的工藝過程。

5.模壓成型的影響因素有哪些，研究其如何影響模壓成型產(chǎn)品的質量。

6.分析并研究模壓成型過程中溫度、壓力、體積的變化趨勢（以無凸肩模具為例）。

第五章擠出成型

1.擠出機螺桿在結構上為何分段？分段的按照是什么？

答：按照物料在螺桿中的溫度、壓力、黏度等的變化特征，可將螺桿分為加料段、壓縮段、壓縮段三段。

2.擠出螺桿普通分為哪幾段？每段各有什么作用？

加料段對料斗送來的塑料舉行加熱，同時輸送到壓縮段。塑料在該段始終保持固體狀態(tài)。

壓縮段對加料段來的料起擠壓和剪切作用，同時使物料繼續(xù)受熱，由固體逐漸改變?yōu)槿廴隗w，趕走塑料中的空氣及其他揮發(fā)成分，增大塑料的密度，塑料通過壓縮段后，應當成為徹低塑化的黏流狀態(tài)。

均化段使熔融物料在均化段螺桿和機頭回壓作用進一步攪拌塑化勻稱，并定量定壓地通過機頭口模擠出成型。

結晶型聚合物，熔化溫度范圍很窄，因而壓縮段很短，應挑選突變型螺桿。

3.什么叫壓縮比？擠出機螺桿設計中的壓縮比按照什么來確定？

(1)螺桿的壓縮比是指螺桿加料段第一個螺槽的容積與均化段最后一個螺槽的容積之比，它表示塑料通過螺桿的全過程被壓縮的程度。

(2)壓縮比的大小取決于擠出塑料的種類和形態(tài)，粉狀塑料的相對密度小，夾帶空氣多，其壓縮比應大于粒狀塑料。另外擠出薄壁制品時，壓縮比應比厚壁制品的大。

4.什么是擠出機螺桿的長徑比？長徑比的大小對塑料擠出成型有什么影響？長徑比太大又會造成什么后果？

(1)擠出機螺桿的長徑比是指螺桿工作部分的有效長度L與直徑Ds之比。

(2)L/Ds大，能發(fā)送塑料的溫度分布，混合更勻稱，并可削減擠出時的逆流和漏流，提高擠出機的生產(chǎn)能力。L/Ds過小，對塑料的混合和塑化都不利。

(3)L/Ds太大，對熱敏性塑料會因受熱時光太長而易分解，同時螺桿的自重增強，自由端撓曲下垂，簡單引起

料筒和螺桿擦傷，創(chuàng)造和安裝都困難，也增大了擠出機的功率消耗。

5.提高擠出機加料段固體輸送能力，應對設備實行什么措施？指出其理論依據(jù)。

答案要點:

結構角度：(1)增強螺槽深度；(2)降低物料與螺桿的摩擦系數(shù)；

(3)增強物料與料筒的摩擦系數(shù)；(4)挑選適當?shù)穆菪恰?/p>

工藝角度：(1)增強料筒溫度（fb↑）；(2)降低螺桿溫度（fs↓）。

6.塑料在擠出機中的熔化長度的意義是什么？

擠出機中從熔化開頭到固體床的寬度降到零的總長度稱為熔化長度，熔化長度的大小反映了固體的熔化速度，普通熔化速度越高則熔化長度越短。

7.塑料熔體在擠出機螺槽內有幾種流淌形式？造成這幾種流淌的主要緣由是什么？

8.分析擠出成型時，螺桿均化段末端粘流態(tài)物料的壓力與哪些因素有關？

9.各種擠出成型制品的生產(chǎn)線由各自的主、輔機組成，請歸納它們的工藝過程，用框圖表示

10.塑料薄膜擠誕生產(chǎn)工藝辦法有哪幾種？簡要分析各種辦法的工藝特點。不同成型辦法所得的塑料薄膜性能有何不同的特點及應用狀況如何？

11.管材擠出的工藝過程是什么？擠出管材如何定徑？

第六章注射成型

1.何謂注射成型，它有何特點？請用框圖表示一個完整的注射成型工藝過程。

2.塑料擠出機的螺桿與移動螺桿式注射機的螺桿在結構特點和各自的成型作用上有何異同？

擠出螺桿：

輸送、塑化、計量。

均化段槽深h3淺、長徑比L/D大、壓縮比ε大。

加料段L1短，均化段長L3長。

平動＋轉動（前移）。

螺桿頭部外形多樣。

物料熔融是一個穩(wěn)態(tài)的延續(xù)過程。

注射螺桿：

預塑化、注射。

均化段槽深h3深、長徑比L/D小、壓縮比ε小。

加料段L1長，均化段長L3短。

平動＋轉動（前移＋注射）。

螺桿頭部為尖錐形。

物料熔融是一個非穩(wěn)態(tài)的間歇過程。

3.請從加熱效率動身，分析柱塞式注射機上必需使用分流梭的緣由。

使用分流梭加快了熱傳導，有利于削減或避開塑料過熱而引起的熱分解現(xiàn)象。塑料熔體分流后，在分流梭與料筒間隙中流速增強，剪切速度增大，從而產(chǎn)生較大的摩擦熱，料溫上升，黏度下降，是塑料得到進一步的混合塑化，有效提高注塞式注射機的生產(chǎn)量及制品質量。

4.注射機的噴嘴有哪幾種類型？各適合何種聚合物材料的注射成型？

5.以柱塞式注射機成型聚丙烯制品時，注射機料筒的加熱效率為0.8，假如聚丙烯預熱溫度50℃，注射料溫230℃，注射機的料筒最高溫度應控制幾度？

答:E=

T-T0

Tw-T0，T0=50℃，T=230℃，E=0.8，代入得Tw=275℃

6.試分析注射成型中物料溫度和注射壓力之間的關系，并繪制成型區(qū)域暗示圖。

注射壓力與料溫是互相制約的，料溫高時，注射壓力減小；反之，所需注射壓力大。

7.保壓在熱塑性塑料注射成型過程中的作用是什么？保壓應有多少時光？何謂凝封？

(1)當注射成型塑料熔體彌漫模腔后，模具中熔體冷卻收縮，繼續(xù)保持施壓狀態(tài)的柱塞或螺桿，迫使?jié)部诤蛧娮旄浇娜垠w不斷補充入模中（補塑），使模腔中的塑料能形成外形完整而致密的制品（壓實）；保壓適當?shù)臅r光，可防止螺桿或柱塞退還時，因模具主流道處塑料尚未冷卻凝固而發(fā)生模內熔融塑料倒流現(xiàn)象（防倒流）。

(2)保壓時光普通約20-100s，大型和厚制品可達2-5min。

(3)塑料注射充模保壓時，澆注系統(tǒng)的熔體先行冷卻硬化的現(xiàn)象叫“凝封”，凝封可防止模

腔內尚未冷卻的熔體向噴嘴方向倒流。

8.試述晶態(tài)聚合物注射成型時溫度（包括料溫柔模溫）對其結晶性能和力學性能的影響。

9.聚丙烯和聚苯乙烯注射成型時，考慮到產(chǎn)品的性能和生產(chǎn)效率，它們的模具溫度應分離控制在哪個溫度范圍最相宜？為什么？（PP：Tg＝－10℃左右，PS：Tg＝80℃左右）

答：聚丙烯的結晶能力較強，提高模具溫度有助于改善熔體在模內的流淌性，減小內應力和分子的定向作用，增加制件的密度和結晶度甚至能夠提前脫模；但制件的冷卻時光、收縮率和脫模后的翹曲變形將增大。制品結晶度的增強，制件的表面粗糙度值也會隨之減小。

綜合考慮PP模具溫度Tc>Tg，生產(chǎn)上常用溫度為40-90℃。

無定形塑料注射充模后無相改變，故模溫凹凸主要影響充模時光長短，較低的模溫，冷卻快，生產(chǎn)效率提高。PS熔融黏度較低，采納偏低的模溫Tc<Tg。

10.試述注射成型制品易產(chǎn)生內應力的緣由及解決的方法。

11.試分析注射成型過程中迅速充模和慢速充模各有什么利弊。

充模速度↑，物料受剪切↑，生熱↑，T↑，黏度下降，充模壓力↑，充模順當，能提高制品的熔接縫強度，生產(chǎn)周期縮短；

但速度↑↑，料流為湍流，嚴峻時引起噴射作用，卷入空氣，可引起塑料局部燒傷及分解，使制品不勻稱，內應力較大，表面常有裂紋。

慢速充