聚合物加工原理复习题

《聚合物加工原理》复习题

1．聚合物的聚集态结构有哪些特点？

（1）非晶态聚合物在冷却过程中分子链堆砌松散，密度低；

（2）结晶态聚合物一般晶区、非晶区共存，存在“结晶度”概念；

（3）聚合物结晶完善程度强烈依赖于成型工艺冷却条件；

（4）结晶聚合物晶态多样，有伸直链晶体、串晶、柱晶、纤维晶等；

（5）取向态结构是热力学不稳定结构，高温下易解取向。

2．聚合物的结晶过程。

①结晶温度范围：Tg-Tm之间

②结晶过程：晶核生成和晶体生长。

3．成型加工条件对结晶过程经过的影响。

（1）模具温度：

模具温度影响制品的结晶度、结晶速率、晶粒尺寸、数量级分布。

等温冷却：过冷度△T（Tm-TM）很小，晶核少，晶粒粗，力学性能降低。同时生产周期长。快速冷却：过冷度△T大，对于后制品，内外冷却速度不一致，结晶过程不一致，易产生不稳定结晶结构，使制品在储存、使用过程中发生后结晶，造成制品形状及尺寸不稳定。

中速冷却：过冷度△T大适宜，有利于制品内部在Tg温度以上结晶，使结晶生长、完善和平衡。导致制品的尺寸稳定性。

（2）塑化温度及时间

塑化温度低且时间短，熔体中可能存在残存较多晶核，在再次冷却时会产生异相成核，导致结晶速度快，晶粒尺寸小且均匀，制品的内应力小，耐热性提高。反之则相反。

（3）应力作用

结晶性聚合物在成型加工过程中都要受到应力的作用。不同的成型方法和工艺条件，聚合物受到的应力类型及大小不一样，导致聚合物的晶体结构和形态发生变化。如剪切应力是聚合物易得到伸直链晶体、片晶、串晶或柱晶；应力（拉伸应力和剪切应力）存在会增大聚合物熔体的结晶速率，降低最大结晶速度温度Tmax；剪切或拉伸应力增加，聚合物结晶度增加。（4）材料其它组分对结晶的影响

一定量和粒度小的的固态填充剂能成为聚合物的成核剂，加速聚合物结晶进程。如炭黑、二氧化硅、氧化钛、滑石粉、稀土氧化物等。如氧化镧对PA6明显提高PA6的结晶度和结晶速率。

聚合物的结晶速度很慢，在结晶后期或使用过程中经常发生二次结晶现象。为加速聚合物二次结晶或后结晶过程，生产上要对制品进行热处理（退火处理），消除制品内应力。

4．单轴拉伸和双轴拉伸取向概念及对制品性能的影响。

单轴取向是指取向单元沿着一个方向做平行排列而形成的取向状态

双轴取向是指取向单元沿着两个互相垂直的方向取向

单轴拉伸和双轴拉伸取向导致制品中在性能上表现出各向异性，以提高制品的力学强度；有的取向会给制品带来不利影响，如易使制品发生翘曲、变形、开裂等现象。

5．成型加工中降解形式及产生的原因。

降解：是指聚合物分子主链断裂引起聚合物聚合物降低或发生分子内链转移反应的现象。降解原因：光、热、辐射、机械力等（物理因素）；氧、水、醇、酸、碱（化学因素）。（1）热降解：

形式：无规热降解（如PE、PP等）；链式降解（如PMMA）；消除反应（PVC、聚醋酸乙烯酯等）。

原因：温度高于其分解温度或在分解温度下停留时间过程。PVC、POM是典型的热敏性聚合物。

（2）机械降解

指聚合物受到外力作用（如破碎、塑炼、高速搅拌、塑料、挤出、注射等过程）引起聚合物的降解。

影响机械降解的因素：

聚合物的种类与化学结构、聚合物所处的物理状态状态（如温度）。

机械降解一般规律：

分子量越大，越易降解；同一种聚合物在一定条件下，力降解程度是一定的；不同种类聚合物的力降解程度不同；降低分子间作用了可降低力降解程度（提高温度、添加增塑剂等）；应力越大，聚合物越易发生降解。

（3）氧化降解

聚合物在氧存在下，同时伴随光、热、辐射作用易发生自由基降解，但也可能发生交联。所以聚合物氧化机理比较复杂。一般含有不饱和双键聚合物易发生氧化降解，降解结果使制品变色（发黄、发黑）、发脆。如PP、ABS制品易发生氧化降解。一般在其成型加工过程中加入抗氧剂提高其抗氧老化性。

（4）水解

对于极性聚合物，由于其吸水性大，其极性基团在高温情况下易发生水解反应，使聚合物。对于此类聚合物（如PC、PA、PBT、POM等）在成型加工前必须干燥处理，使其水分低于0.2-0.5%。否则影响制品外观和性能。如制品内部有气泡、银纹，降解严重时无法生产，或使产物性能劣化，无法使用。

6．假塑性流体的流变性质。

①第一牛顿区是聚合物低剪切应力或低剪切速率下表现为牛顿型流动区域，即粘度恒定。如压延成型、乳胶刮涂、涂料涂刷等过程。此区所对应粘度为零切粘度η0，不同聚合物的η0不同。

②假塑性区是聚合物流体表现为假塑性流动的区域。由于剪切速率或剪切应力增高，流体中大分子构象、分子束发生改变，导致聚合物原有结构破坏或形成新的结构，导致粘度发生变化。如粘度变化变低，称为“剪切变稀”；如果粘度变化变大，则称为“剪切变稠”。剪切变稀机理：对聚合物熔体当剪切速率增大时，大分子逐渐从网络结构中解缠和滑移，高弹形变相对减少，分子间作用力减弱，因此流动阻力降低；对聚合物溶液或分散体系，增大剪切速率，迫使低分子物质（溶剂）从原来稳定体系中分离出来，导致体系中的无规线团或粒子尺寸变小，并且使无规线团和粒子分布了更多溶液，使整个体系流动阻力降低。

③第二牛顿区当剪切速率达到更大时，表观粘度不在随τ和γ增大而变化，保持一个常数。此时的粘度成为极限粘度η0 。产生主要原因：一可能是在很高τ或γ下，聚合物网络结构的破坏和高弹形变已达到极限状态，对熔体的结构不再产生影响，流体的粘度已达到最低值；二可能是在很高剪切时，大分子构象和双重运动的应变来不及适应τ或γ的改变，流体流动性为表现出牛顿型流体特征。

7．影响聚合物流变行为的主要因素。

（1）温度对粘度的影响温度增高，体积膨胀，大分子间自由体积增大，有利于大分子链变形和流动，熔体表观粘度增大。

（2）压力对剪切粘度的影响压力增大，聚合物自由空间减少，分子链运动困难，流体剪切粘度增大。不同结构聚合物对眼里的敏感性不同。压力增大，相当于温度降低。

（3）剪切速率或剪切应力对表观粘度的影响假塑性流体：剪切速率增减，熔体粘度降低，不同聚合物其熔体表观粘度对剪切速率的敏感性不同。

（4）聚合物结构因素的影响

①分子链柔韧性：柔韧性越大，缠结点越多，链的解缠和相对滑移越困难，聚合物流动的非牛顿性越强。链的刚性越大和分子间作用力越大，熔体粘度对温度的敏感性增大.