高分子成型加工习题及答案

1、渗析和喷霜分别是如何定义的，简述它们发生的条件。

渗析：

（1）指塑料中某助剂向相接触的其它材料中迁移的现象

渗析发生的条件：

当一种添加剂在被掺合的聚合物里以及在邻近材料内部具有一定溶解度的时候，便会迁移到邻近材料里去，就会添加剂的渗出。

渗出能使邻近材料着色或受到污染。渗出速度将取决于聚合物中孔的大小，扩散分子的大小以及这些分子在原始聚合物中的浓度。在温度高于Tg(对结晶的聚合物为熔点Tm)时，添加剂的渗出远比在低于这个温度时多。

为了减少渗析，用具有相同结构的大分子添加剂来代替容易渗出的小分子添加剂是很实用的办法。

（2）喷霜： 塑料中助剂向制品表面迁移的现象。

一般主要是指增塑剂和润滑剂。

当该类助剂在加工温度下在树脂中完全溶解，但在室温下仅部分溶解时，所成型的制品在室温下存放或使用时就会发生喷霜现象。

喷霜发生的条件：

如果添加剂在加工温度下只是部分的溶解，则剩余的物质可以形成一个核心，围绕这个核心，析出的添加剂分子便会聚集在一起，只使很少的添加剂在表面上喷霜。

如果添加剂在加工温度下是完全不溶或者在室温下完全可溶，则喷霜不会发生。

2、试述增塑剂的增塑机理。

增塑机理：间隔作用、极性理论和氢键理论。

增塑剂的主要功能是通过在聚合物分子间起间隔作用，使不同分子链间的距离增大，从而使分子链旋转需要的能量降低，在低于分解温度时聚合物变得可以流动。

增塑剂极性理论认为，增塑剂不是简单的起间隔作用，而是与聚合物分子形成键。

氢键理论认为，增塑剂和聚合物间通过氢键连接起来。

第二次练习

1、试分析下列配方，指出各成分在配方中的作用，判断制品基本性能，并说出相应的理由。

PVC树脂  100， 邻苯二甲酸二辛酯  10， 邻苯二甲酸二丁酯  8， 环氧脂肪酸辛酯  3， 液体钡-镉  2, 硬脂酸钡  0.5， 硬脂酸镉  0.3， 硬脂酸  0.3， 二氧化钛  3

答：PVC树脂为基体树脂， 邻苯二甲酸二辛酯和邻苯二甲酸二丁酯为增塑剂，环氧脂肪酸辛酯兼有热稳定剂和增塑剂双重作用， 液体钡-镉、硬脂酸钡和硬脂酸镉为热稳定剂， 硬脂酸为润滑剂， 二氧化钛为颜料。

该制品为半硬质PVC制品。因为配方中加入了较多的邻苯二甲酸二辛酯、邻苯二甲酸二丁酯等增塑剂。

2、试分析下列配方，指出各成分在配方中的作用，判断制品基本性能，并说出相应的理由。

PVC树脂  100， 三盐基性硫酸铅  5， 二盐基性亚磷酸铅  1.5， 亚磷酸三苯酯  0.5， 硬脂酸铅  0.5, 硬脂酸正丁酯  0.3，石蜡  0.3，氧化锑  5

答：PVC树脂为基体树脂，三盐基性硫酸铅和二盐基性亚磷酸铅为热稳定剂，  亚磷酸三苯酯兼有热稳定剂和增塑剂作用，硬脂酸铅兼有热稳定剂和润滑剂双重作用，硬脂酸正丁酯和石蜡为润滑剂，氧化锑为阻燃剂。

该制品为硬质PVC制品。因为配方中加入了较多的热稳定剂，而几乎没有增塑剂。

第三次练习

1、聚合物常见的成型加工方式有哪些？

热塑性：挤出、注射、中空吹塑、压延、流延；发泡、热成型、真空成型等二次成型

热固性：模压、层压、传递模塑、反应注射成型、浇注成型

2、聚合物熔体剪切粘度的影响因素有哪些？

大多数聚合物属于假塑性流体，在剪切流动中，粘度受各种因素影响，描述聚合物熔体粘度的函数关系为：

1、高分链结构

A、极性：极性越高，流动性越差；

B、相对分子质量：越高，粘度越高，流动性越差；

C、分子量分布：剪切塑率低时，M分布宽的比窄的高；

                               剪切塑率高时， M分布宽的比窄的低；

D、支化：数目越多，粘度越小；

短支链有利于粘度变小；长支链对粘度影响较为复杂。

2、剪切速率、剪切应力

剪切速率越高，表观粘度越小；剪切应力越高，流动性越好。

3、温度

温度越高，粘度越低；

4、压力

压力增加，自由体积减小，分子间距离缩小，粘度增加；

压力增加与温度下降对黏度的影响等效

5、添加剂

增塑剂，粘度下降；补强剂、填充剂，粘度升高；内润滑剂，降低粘度；外润滑剂，有利于熔体与金属表面形成弱边界层，避免分解

3、聚合物熔体在加工过程中的弹性行为主要有哪些？

聚合物熔体在加工过程中的弹性行为主要有入口效应、离模膨胀和熔体破裂

第四次练习

1、试简述熔体在口模入口产生压力降的原因。

（1、物料进入口模时，熔体在入口处产生收敛引起能量损失；

（2、入口处熔体产生弹性变形，因弹性能的存储造成能量损失；

（3、熔体流经入口处时，剪切速率剧增引起速度的激烈变化，为达到稳定流速分布产生了压力降。

2、试简述离模膨胀的机理。

离模膨胀机理

A.弹性变形效应（记忆效应）：

聚合物熔体由大直径的料筒进入小直径口模时，产生弹性变形，而在熔体离开口模时，弹性变形获得恢复，从而引起离模膨胀。

B.取向效应：

聚合物熔体流动期间处于高剪切场内，其大分子在流动方向取向，但在口模出口处发生解取向，从而引起离模膨胀。

C.正应力效应：

由于粘弹性流体的剪切变形，在垂直于剪切方向上引起了正应力的作用，从而发生离模膨胀。

3、何谓“鲨鱼皮症”？

“鲨鱼皮症”是发生在挤出物表面上的一种缺陷。这种缺陷可自挤出物表面发生闷光起，变至表面呈现与流动方向垂直的许多具有规则和相当间距的细微棱脊为止。

第五次练习

1、试简述螺杆的主要参数有哪些？

螺杆参数

（1）螺杆直径Ds ：指其外径。

随螺杆直径增大，挤出机的生产能力提高，表示挤出机的规格

（2）螺杆长径比L／Ds ：

螺杆工作部分的有效长度L与直径Ds之比。

（3）压缩比A：

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比，表示塑料通过螺杆的全过程被压缩的程度。

（4）螺槽深度H：加料段h1、均化段h3一定值；压缩段h2变化。

（5）螺旋角θ：螺纹与螺杆横截面之间的夹角，随着θ的增大，挤出机的生产能力提高，但螺杆对塑料的挤压剪切作用减少。

（6）螺纹棱部宽E：

 E太小，易漏流； E太大，增加动力消耗，局部过热；

（7）螺杆与料筒的间隙δ：影响挤出机的生产能力和物料的塑化。

δ大，生产效率低，不利热传导，降低剪切速率；

δ小，剪切作用过大，物料降解，

2、挤出时，渐变螺杆和突变螺杆具有不同的加工特点。已知：PVC软化点75~165℃；尼龙的熔融温度范围则较窄，约10℃，它们应分别选用何种螺杆进行加工？简要说明理由。

答案：

 PVC应选用渐变螺杆而尼龙应选择突变螺杆进行加工。

解释：物料在料筒中的塑化经历固体输送、熔融、混合及均化三个阶段，这个过程能否完成，挤压系统螺杆的结构起着关键作用。一般螺杆在挤出中要完成三个基本职能：固体输送、熔融、均化，不同职能对螺杆结构要求不同，因此一般的挤出机螺杆可分为三段：固体输送段、熔融段、均化段。螺杆结构上的三个区段应尽可能与物料的状态变化相适应。（5分）

PVC是无定形塑料，无固定的熔点，软化温度范围较宽，其熔融过程是逐渐进行的，所以选择熔融段较长的渐变螺杆；PA是结晶性塑料，有固定的熔点，熔融温度范围较窄，温度达到熔点后，熔融较快，应选择熔化区较短的突变螺杆。（5分）

第六次练习

1、试叙述管材挤出成型的工艺过程及其工艺控制要素有哪些？

挤出工艺：物料经挤出机塑化、机头口模成型后，经定型装置冷却定型、冷却水槽冷却、牵引、切割，得到管材制品。

影响因素：温度、螺杆转速及冷却、牵引速度、压缩空气等，分别进行合理分析 。

2、试叙述挤出成型过程中物料的熔融过程。

熔融过程的描述

由加料段送来的固体物料进入压缩段，在料筒温度的外加热和物料与物料之间及物料与金属之间的摩擦作用的内热作用下而升温，同时逐渐受到越来越大的压缩作用，固体物料逐渐熔化，最后完全变成熔体，进入均化段。

在压缩段既存在固体物料又存在熔融物料，物料在流动过程中有相变化发生。

在螺杆尾部充满着固体粒子，头部充满着已熔融的物料，而在螺杆中间大部分区段内，固体粒子和熔融体共存，塑料的熔融就在此区段内进行 —— 熔融段。

当固体物料从加料段进入压缩段时，物料是处在逐渐软化和相互粘结的状态，与此同时越来越大的压缩作用使固体粒子被挤压成紧密堆砌的固体床。固体床在前进过程中受到料筒外加热和内摩擦热的同时作用，逐渐熔化。首先在靠近料筒表面处留下熔膜层，当熔膜层厚度超过料筒与螺棱的间隙时，就会被旋转的螺棱刮下并汇集于螺纹推力面的前方，形成熔池，而在螺棱的后侧则为固体床。随着螺杆的转动，来自料筒的外加热和熔膜的剪切热不断传至未熔融的固体床，使与熔膜接触的固体粒子熔融。这样，在沿螺槽向前移动的过程中，固体床的宽度逐渐减小，直至全部消失，即完成熔化过程.

第七次练习

1、何谓“机头压缩比”？

机头压缩比表示粘流态塑料被压缩的程度，是分流器支架出口处流道环形面积与口模及管芯之间的环形截面积之比。

2、什么叫螺杆的长径比？螺杆长径比的增加对物料的加工有何好处？

螺杆工作部分的有效长度L与直径Ds之比  螺杆直径Ds ：指其外径。

螺杆有效工作长度与直径之比。n一定时，L/D增加，物料在螺杆中运行时间延长，有利于物料塑化与混合，使升温过程变缓；可使均化段长度增加，可减少逆流和漏流，有利提高生产能力。

3、挤管机头中分流器扩张角的大小对物料的影响是什么？

扩张角过大，料流阻力过大，甚至物料会停止流动而发生分解；扩张角过小，不利于料层很快便薄，对加热不利。

第八次练习

1、什么叫薄膜的吹胀比？什么叫薄膜的拉伸比？

a)吹塑后的膜泡直径与口模直径之比叫做吹胀比。工业生产中常用薄膜的折径（膜泡压平后的双层宽度）与口模直径的关系表示。

b)薄膜牵引速度与管坯挤出速度之比叫做拉伸比。

吹胀比α：管坯被吹胀后的膜管直径D2与挤出机环形口膜直径D1之比：α= D2 /D1

吹塑后的膜泡直径与口模直径之比叫做吹胀比。工业生产中常用薄膜的折径（膜泡压平后的双层宽度）与口模直径的关系表示。

牵伸比β：膜管通过夹辊时的速度V2与口模挤出管坯的速度V1之比。 β=V2/V1

薄膜牵引速度与管坯挤出速度之比叫做拉伸比。

2、何谓吹膜过程中的“冷凝距离线”？如果发现冷却距离线过高，请问是什么原因造成的？并给出相应的解决方案。

冷凝距离线：膜管在机头上方开始变得浑浊的距离，亦称冷却线距离。实际中用来判断冷却条件是否适当。 （参考）    机头温度过高（降温）；挤出量过大（降低螺杆转速）；冷却不足（加强冷却）。P243倒数第二段  

第九次练习

1、试叙述注射成型的工艺过程。

参考书本p294流程图

2、注塑制品发生翘曲现象是什么原因造成的，解决方法是什么？

1）流动方向与垂直于流动方向分子取向不均，导致分子收缩不均产生内应力，导致翘曲；

2）减少内用力，增大浇口尺寸，降低熔体和模具温度，减小浇口压力，延长注射和保压时间

第十次练习