《高分子材料加工基礎(chǔ)》測(cè)驗(yàn)-1答案

高分子材料加工基礎(chǔ)》測(cè)驗(yàn)-1答案一、名詞解釋1、高分子化合物——所謂高分子化合物，系指那些由眾多原子或原子團(tuán)主要以共價(jià)鍵結(jié)合而成的相對(duì)分子量在一萬以上的化合物。2、牛頓型流體——服從牛頓流動(dòng)定律的流體稱為牛頓流體3、假塑性流體——不服從牛頓流動(dòng)定律，表觀黏度隨剪切速率增大而減小的流體。4、表觀黏度——對(duì)于剪切應(yīng)力和剪切速率之比不再是常數(shù)的非牛頓流體，仍與牛頓黏度相類比，取此比值定義為表觀黏度。5、韋森堡效應(yīng)——當(dāng)高聚物熔體或濃溶液在各種旋轉(zhuǎn)黏度計(jì)或在容器中進(jìn)行電動(dòng)攪拌時(shí)，受到旋轉(zhuǎn)剪切作用，流體會(huì)沿著筒壁或軸上升，發(fā)生包軸或爬桿現(xiàn)象，，在錐板黏度計(jì)中則產(chǎn)生使錐體和板分開的力，如果在錐體或板材上有與軸平行的小孔，流體會(huì)涌入小孔，并沿孔上所接的管子上升，這類現(xiàn)象稱為韋森堡效應(yīng)。6、結(jié)晶度——結(jié)晶高聚物中結(jié)晶部分所占的百分?jǐn)?shù)二、問答題1、高分子材料成型加工的特性有？答：①可擠壓性；②可模塑性；③可延展性；④可紡絲性2、 高分子黏性流動(dòng)的特點(diǎn)有哪些？答：①高分子流動(dòng)是通過鏈段的位移運(yùn)動(dòng)完成的；②高分子流動(dòng)不符合牛頓流體的流動(dòng)規(guī)律；③高分子流動(dòng)時(shí)伴有高彈形變3、 什么是聚合物擠出脹大現(xiàn)象，分析產(chǎn)生擠出脹大的原因，如何減小擠出脹大？答：當(dāng)高聚物熔體從小孔、毛細(xì)管或狹縫中擠出時(shí)，擠出物的直徑或厚度會(huì)明顯地大于?？诘某叽?，這種現(xiàn)象叫做擠出脹大現(xiàn)象。產(chǎn)生原因：①具有彈性的流動(dòng)單元—在入口處被強(qiáng)制彈性變形—出口處約束力消失一因彈性記憶產(chǎn)生彈性回復(fù)力一恢復(fù)原狀（膨脹）；②卷曲的高分子鏈一在入口處被迫舒展，取向（高彈形變）一出口處約束力消失一因分子熱運(yùn)動(dòng)力圖回復(fù)到卷曲狀態(tài)，產(chǎn)生彈性回復(fù)力T恢復(fù)原狀（膨脹）減小擠出脹大的方法：①增加管子或口模平直部分的長(zhǎng)度（增大管子的長(zhǎng)徑比）（使流動(dòng)中產(chǎn)生的彈性形變有足夠的時(shí)間在出口前得到恢復(fù)）。②適當(dāng)減小加工時(shí)的應(yīng)力。（應(yīng)力減小，產(chǎn)生的彈性形變減小）③提高加工溫度。（使彈性形變?nèi)菀谆謴?fù)）④對(duì)擠出物進(jìn)行適當(dāng)速度的牽引和拉伸。4、 分析影響高聚物熔體黏度的因素？答：影響高聚物熔體黏度的因素有：溫度：隨著溫度升高，高聚物黏度降低，高聚物分子結(jié)構(gòu)為剛性的對(duì)溫度的敏感性大于柔性的高聚物。壓力：隨著壓力的增大，高聚物熔體的黏度增大，增大壓力和降低溫對(duì)黏度的影響是等效的。剪切速率：對(duì)于假塑性流體，隨著剪切速率的增大，熔體的黏度降低，柔性高聚物的敏感程度大于剛性高聚物。分子結(jié)構(gòu)：a分子量：隨著分子量的增大，高聚物的黏度增大。b分子量分布：平均分子量相同時(shí)，熔體黏度隨分子量分布增寬而迅速降低，其流變行為表現(xiàn)出更多的非牛頓性。分子量分布窄的高聚物對(duì)溫度的敏感性大；分子量分布寬的高聚物，對(duì)剪切速率的敏感性大。c分子鏈支化:短支鏈（低于可以產(chǎn)生纏結(jié)的長(zhǎng)度）聚合物的熔體粘度低于線性聚合物;長(zhǎng)支鏈聚合物的熔體粘度與其臨界分子量和剪切速率有關(guān)。隨著分子量的增大，支鏈變長(zhǎng)，大分子運(yùn)動(dòng)阻力加大。當(dāng)支鏈長(zhǎng)至支鏈間產(chǎn)生纏結(jié)時(shí)，粘度增大。添加劑:增塑劑能降低熔體黏度，提高成型加工的流動(dòng)性;潤(rùn)滑劑能降低熔體之間以及熔體與設(shè)備之間的摩擦及粘附，改善加工流動(dòng)性，提高生產(chǎn)能力和制品質(zhì)量;固體添加劑（增強(qiáng)劑、填充劑）一般會(huì)降低聚合物的加工流動(dòng)性，但具體受添加劑的類型，用量，粒徑，表面性質(zhì)等影響。5、分析影響聚合物結(jié)晶速度的因素？答:影響聚合物結(jié)晶速度的的因素有：溫度：結(jié)晶是晶核生長(zhǎng)和晶體生長(zhǎng)共同作用的結(jié)果。結(jié)晶速率與溫度的關(guān)系是晶核生成速度和晶體生成速度對(duì)溫度依賴性不同的結(jié)果，晶核只能在稍低的溫度下發(fā)生，而晶體可以在高溫度下產(chǎn)生。高聚物的結(jié)晶速度隨著熔體溫度的逐漸減低，起先由于晶核生成的速度極小，結(jié)晶速度很?。恢?，由于晶核形成速度增加，并且晶體生長(zhǎng)速度很大，結(jié)晶速度迅速增大；到某一適當(dāng)溫度時(shí)候，晶核形成和晶體生長(zhǎng)都有較大的速度，結(jié)晶速度出現(xiàn)極大值；此后，雖然晶核形成的速度仍然較大，但是由于晶體生長(zhǎng)速度逐漸下降，結(jié)晶速度也隨之下降。在熔點(diǎn)以上晶體將被熔融，而在玻璃化溫度以下，鏈段被凍結(jié)。分子結(jié)構(gòu)：分子結(jié)構(gòu)差別是決定高聚物結(jié)晶速度快慢的根本原因。鏈的結(jié)構(gòu)愈簡(jiǎn)單、對(duì)稱性愈好、鏈的立體規(guī)整性愈好、取代基的空間位阻愈小、鏈的柔順性愈大、則結(jié)晶速度愈大。分子量：同一高聚物，在相同結(jié)晶條件下，分子量低的，結(jié)晶速度大。雜質(zhì)：惰性稀釋劑，降低結(jié)晶分子的濃度，結(jié)晶速度下降。成核劑加入，結(jié)晶速度增大。有些溶劑能明顯的增大聚合物結(jié)晶，如水。6、結(jié)晶、取向?qū)Ω呔畚镄阅苡泻斡绊?？答：結(jié)晶后對(duì)高聚物性能的影響如下：（1）結(jié)晶度對(duì)制品性能的影響：力學(xué)性能（模量、沖擊性能、伸長(zhǎng)率）。結(jié)晶度對(duì)力學(xué)性能的影響，要視高聚物的非晶區(qū)是處于玻璃態(tài)還是處于橡膠態(tài)。當(dāng)非晶區(qū)處于橡膠態(tài)時(shí)，隨著結(jié)晶度的增加，高聚物的模量增大，其拉伸強(qiáng)度和硬度都有較大的提高，而沖擊強(qiáng)度和斷裂伸長(zhǎng)率則明顯下降。②密度：隨著結(jié)晶度的增加，高聚物的密度增加；③光學(xué)性能：兩相并存的結(jié)晶高聚物通常呈乳白色，不透明，如聚乙烯、尼龍等。當(dāng)結(jié)晶度減少時(shí)，透明度可以增加，完全非晶的高聚物通常是透明的，如： PMM、APS等。有的高聚物其晶相密度和非晶相密度非常接近，光線在晶區(qū)界面上不發(fā)生照射和反射，對(duì)于這類高聚物即使有結(jié)晶，也不影響高聚物的透明性。如：聚4甲基-1-戊烯。④熱性能：隨著結(jié)晶度的提高，高聚物耐熱性能提高。另外高聚物結(jié)晶度的高低對(duì)高聚物的耐溶劑性能、對(duì)氣體和液體的滲透性以及化學(xué)反應(yīng)活性等都有一定的影響。（2）晶體尺寸對(duì)制品性能的影響：在高分子材料的晶體形態(tài)中，球晶結(jié)構(gòu)比較普遍。球晶直徑對(duì)高分子材料有很大影響，其中光學(xué)性能（透明度）。當(dāng)球晶直徑大到大于可見波長(zhǎng)時(shí)，則可見光就要在球晶表面產(chǎn)生散射，因而使制品變得渾濁，透明性下降。另外，球晶直徑增大，材料的韌性下降，屈服應(yīng)力也降低。取向后對(duì)高聚物性能的影響如下：①力學(xué)性能：取向方向上，高聚物的抗長(zhǎng)強(qiáng)度、撓曲疲勞強(qiáng)度、沖擊強(qiáng)度、斷裂伸長(zhǎng)率增加，而垂直于取向方向則降低。②光學(xué)性能：取向方向與垂直于取向方向折射率不同，發(fā)生雙折射現(xiàn)象。③熱性能：取向后使材料的玻璃化溫度升高，對(duì)于結(jié)晶性高聚物，則密度和結(jié)晶度也會(huì)升高，提高材料的使用溫度，從而提高了耐熱性能。7、 PP料的拉伸取向過程及拉伸工藝要點(diǎn)？答：PP是結(jié)晶性物料，其拉伸取向過程，除了分子取向外，還有晶粒取向的問題，通常分為四個(gè)階段：①無定型部分隨著外力的方向取向，晶片以整體的形式產(chǎn)生相對(duì)位移；②晶片中分子鏈發(fā)生傾斜滑移，同時(shí)，晶片中的分子鏈被拉直并產(chǎn)生變形；③晶片被拉碎成若干個(gè)片段，并沿外力方向取向；④所有的晶片和無定型區(qū)的分子鏈都沿著外力的方向單軸取向。故其拉伸取向工藝要點(diǎn)是：①拉伸前將結(jié)晶型聚合物降低其結(jié)晶度，采取水驟冷（水冷）降低結(jié)晶度。②經(jīng)急冷卻的材料，需要將溫度回升到Tg?Tm之間某特定溫度（拉伸溫度）進(jìn)行拉伸，按無定型工藝進(jìn)行。③需要熱處理。目的使得鏈段解取向而整鏈不解取向，既有高強(qiáng)度又有高彈性。其次是恢復(fù)其結(jié)晶結(jié)構(gòu)，降低制品的收縮率。④拉伸溫度一般制定在Tg?Tmax之間。減少能耗、減輕設(shè)備負(fù)擔(dān)。8、 擠出HDPE圓棒料時(shí)，從口模出來的樣條有時(shí)會(huì)依次出現(xiàn)表面粗糙、尺寸周期性起伏（如波紋狀、竹節(jié)狀和螺旋狀），甚至破裂成碎塊等不穩(wěn)定流動(dòng)現(xiàn)象。請(qǐng)分析產(chǎn)生這些現(xiàn)象的原因，并提出消除或改善的措施。答：聚合物在經(jīng)過口模擠出成型時(shí)，隨著剪切速率（或剪切應(yīng)力）的增加，當(dāng)超過臨界值時(shí)，擠出物表面逐漸增加，表面變的粗糙，甚至斷裂成碎片或柱狀的現(xiàn)象，稱為“熔體破裂”現(xiàn)象。產(chǎn)生這些現(xiàn)象的原因主要是由于其高分子熔體彈性行為引起的?？赡苁怯捎谌垠w溫度低、或者剪切速率較高、或者是口模存在死角，是非流線型、再者也可能是HDPE1對(duì)分子量大、分子量分布寬等，使得HDPE容體的彈性效應(yīng)特別顯著，熔體黏度高、黏滯阻力大、松弛時(shí)