高分子 聚合物加工原理试题

高分子聚合物加工原理试题
聚合物加工原理试题
一、名词解释:
1、高聚物的成型加工通常是在一定温度下使聚合物变形或熔融，经过模具或口模流道的压塑，形成所需的形状，通过定型得到能保持所取得形状的制品的工艺过程。

2、热塑性塑料塑料的一大类。

以热塑性树脂为基本成分的塑料，一般具有链状的线型结构，受热软化，在成型过程中是物理变化过程，成型冷却后便成为成品。

可反复塑制。

4、异型材的挤出成型通过挤出成型将聚合物材料制成横向截面非圆形、环形的各种异型形状的连续型材的工艺过程。

二、填空
4、在粉料的制备过程中，首先要做好原料的准备工作，准备工作的第一项是原料的预处理，原料的预处理通常是指树脂过筛、吸磁、固体助剂粉碎、粉状助剂磨浆、母料的配制等工作。

6、挤出理论概括为固体输送理论、熔融理论、熔体输送理论三个理论，其意义在于寻求在聚合物加工中提高产量、提高塑化质量、降低能量消耗的有效途径。

10、常见双螺杆挤出机的类型:异向旋转平行啮合型双螺杆挤出机、同向旋转平行啮合型双螺杆挤出机、异向旋转锥型啮合双螺杆挤出机。

三(判断题: (每题1分)
1.降低物料与螺杆的摩擦系数，有利于提高固体输送率。

( )
3.如果有几种非牛顿流体,其中非牛顿指数n最小者,其流动行为必定与牛顿流体偏离最远。

(
)
4.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
间的差异大小,而且还要考查混合料的分散程度。

( )
5.拉伸后的薄膜或单丝,在重新加热时,将会延着分子定向方向发生较大的收缩。

(
)
10.在塑料成型操作中,对一种表观粘度随温度变化不大的聚合物来说,可以仅
凭增加温度来增加其流动性而成型。

( )
四(计算题
一台单螺杆挤出机，加料段螺杆的几何参数为:料筒内径D,90mm，螺距
S,90mm，螺杆根部直径Ds,62mm，螺纹宽度e??,9mm，螺纹头数i,1;求:这台挤出
机的最大挤出量。

已知:Db,90，Ds,62，h1,(Db-Ds)/2, ( 90-62)/2,14mm
解:(φb,arctan(s/πDb),arctan(90/3.14×90),17.67?
(φs,arctan(s/πDs),arctan(90/3.14×62),24.81?
(φ,arctan(s/πD),arctan(90/3.14×76),20.66?
sinφb,sin17.67?,0.30 cosφ,cos17.67?,0.95
n Wb,s/i cosφb- e,=90× cos17.67?-9 = 90× 0.95-9=76.5 n Ws,s/i
cosφs-e,=90× cos24.81?-9= 90× 0.91-9=72.9 n W,s/i cosφ-e,=90×
cos20.66?- 9= 90× 0.93-9=74.7 n Q=Qmax= π2??h1??Db(Db-h1) n (W/W， e,) sinφ??cosφ
n = 3.142×14×90(90-14)×1×(74.7/74.7，9)sin17.67?×cos17.67? n
=9.86×14×90×76×0.89×0.30×0.95=239×103mm3/min 答:这台挤出机的最大挤出量239×103mm3/min.
六、问答题
2、为什么要对一些成型物料进行(干燥)预处理,举例说明，并列出工艺条件。

(5分) 答:水分以及其它低分子物的存在，
一方面因其在塑料的成型温度下会挥发成气体，从而造成制品表面缺乏光泽和出现气泡与银丝等外观缺陷;
另一方面有可能促使聚合物大分子在高温下发生降解或交联反应，其结果不仅会使塑料熔体的粘度改变，给成型工艺控制带来困难，而且对制品的力学性能和电性能等也会产生不利的影响。

各种热塑性塑料成型时的允许含水量很不相同。

一般来说，成型温度较高而且在高温下较容易发生水解的塑料，其允许含水量就比较低;反之，允许含水量就比较高。

例如，PC的成型温度高达300?，因大分子链中有酯键，高温下的水解稳定性差，粒料的含水量大于0.02,就很难成型，而且随含水量的增加，其制品外观和冲击强度明显下降;而PS由于成型温度不超过200?，且大分子链中无易水解基团，故在其粒料含水量高达0.5,时仍可顺利成型。

PC干燥的工艺条件:循环鼓风干燥,温度110?,时间:12h,料层厚度25,50mm。

3、说明初混物塑炼的目的、常用的设备名称，简述一种设备的工作原理及主要组成,(5分)
答:塑料塑炼的目的:即在借助加热和剪切力使聚合物获得熔化、剪切、混合等作用而驱出其中的挥发物并进一步分散其中的不均匀组分。

塑炼所用的设备:目前主要有双辊机、密炼机和挤出机等。

开炼机的工作原理:它是通过两个相对旋转的辊筒对塑料进行挤压和剪切作用的设备。

它主要由两个辊筒、辊筒轴承、机架、横梁、传动装置、辊距调整装置、润滑装置、加热或冷却装置、紧急停车装置、制动装置和机座等组成。

(密炼机的工作原理:物料在上顶栓压力及摩擦力的作用下，被带入两个具有螺旋棱、有速比的、相对回转的两转子的间隙中，致使物料在由转子与转子，转子与
密炼室壁、上顶栓、下顶栓组成的捏炼系统内，受到不断变化和反复进行的剪切、撕拉、搅拌、折卷和摩擦的强烈捏炼作用，使物料分散均匀。

它主要由密炼室、转子及密封装置、加料及压料机构、卸料机构、传动装置、机座等组成。

)4、说明橡胶塑炼的目的、塑炼机理及影响塑炼的因素答:橡胶塑炼的目的，就是降低生胶的弹性，使生胶获得一定的可塑性和流动性。

橡胶的塑炼机理:塑炼过程实质上就是使橡胶的大分子链断裂，大分子链由长变短的过程。

低温下，机械力可切断橡胶大分子链，氧起着活性自由基受体的作用。

高温下，机械力起着活化作用，促使橡胶大分子和氧直接作用，氧引发橡胶大分子的自动催化氧化连锁反应，促使大分子降解。

影响塑炼的因素:
机械力的作用，塑炼时，生胶受塑炼机械剧烈的拉伸、挤压和剪切应力的反复作用，橡胶分子链受到很大的机械力作用。

机械力的作用结果，使得橡胶分子链大多数在中间断裂，从而使平均相对分子质量降低;
氧的作用，低温下，机械力可切断橡胶大分子链，氧起着活性自由基受体的作用。

高温下，机械力起着活化作用，促使橡胶大分子和氧直接作用，氧引发橡胶大分子的自动催化氧化连锁反应，促使大分子降解;
温度的作用，对塑炼效果的影响呈U型曲线状，中间范围塑炼效果最差; 静电的作用，在塑炼时，由于生胶的导电性能差，在受到炼胶机的机械力强烈摩擦和反复作用下，会产生静电，其生胶表面会贮藏大量电荷，以至形成很高的电压。

当生胶离开辊筒时会产生放电现象，出现电火花，使邻近处空气中的氧活化，变为原子态氧和臭氧，其结果就会加速橡胶分子的氧化断链作用。

塑解剂的作用，它的作用是加强了氧化作用，促进了橡胶分子的断裂，增大了塑炼效果。

6(在生产硬聚氯乙烯管材时，物料经挤出塑化后，由机头挤出后，紧接着进行什么工序，说明此工序的作用，该工序是如何影响管材质量的,(5分) 答:紧接着进行冷却定型工序，
它的作用是将从口模挤出的物料的形状和尺寸进行精整，并将它们固定下来，从而得到具有更为精确的截面形状、表面光亮的制品;
影响:定型装置的内表面的粗糙度直接影响管材的外观质量，定型装置内径尺寸决定了管材外径尺寸精度。

真空度太小，吸管不紧影响尺寸和表面，真空度太大，牵引困难，不能正常生产。

7、在聚合物成型加工中，挤出机需设置加热冷却系统，请回答为什么。

(说明加热方法、冷却部位及冷却目的)
答:加热冷却系统的设计是为了满足塑料加工工艺的要求，一般挤出机上都设有加热冷却系统装置及测量、控制温度的仪器仪表。

加热方式主要有电加热、油加热及蒸汽加热等几种方式。

电加热是目前挤出机上应用最多的加热方法，可分为电阻加热和电感应加热方式。

冷却装置是保证塑料在工艺要求的范围内稳定挤出的一个重要部分，它与加热系统又是密切联系而不可分割的。

随着挤出机向高速高效发展，螺杆转速不断提高，物料在料筒内所受的剪切和摩擦会加剧，因此对料筒和螺杆必须进行冷却。

答:挤出机一般在三个部位要设立冷却装置:机筒、螺杆和料斗座。

料筒的冷却装置是防止生温过高，塑料因过热而分解。

螺杆冷却的目的是利于物料的输送，同时防止塑料因过热而分解。

料斗座的冷却是因挤出机工作时，进料口温度过高，易形成“架桥”，进料不畅，严重时不能进料，并防止挤压部分的热量传到止推轴承和减速箱，保证挤出机
的正常工作。

8、说明:为什么在一种设备上螺杆转速(n)不能过高,并且靠增加转速来提高生产率也是有限度的,
答: 随着转速的增加，物料所受到的剪切作用加大，即剪切速率增大，因为大多数聚合物都是假塑性流体，因此，随γ?，η?，则漏流?，逆流?，所以，当转速高到一定程度时，漏流和逆流对产量的影响就不能忽略了。

在实际生产中，也不能靠提高螺杆的转速无限制的增加生产能力，随n不断提高，剪切速率达到一定范围后，就会出现熔体破裂现象。

也就是说，对n的提高，限制性的因素就是是否出现了熔体破裂。

经以上讨论，可知，随n的提高，可以提高生产率，但n的提高是有限制的。

9.为什么说物料的初始温度( Ts)过高，对加料段的固体输送能力不利,
答:物料的初始温度(Ts)过高，易形成??架桥??，进料不畅，严重时不能进料。

另外，高聚物与金属的摩擦因数是温度的函数，过高降低了物料与料筒的摩擦因数，降低了固体输送能力。

10、说明排气式挤出机的作用、用途及稳定操作的条件。

答:排气挤出机在机筒上开设一个或多个排气口，挥发物可由此逸出。

因而，排气挤出机能连续从聚合物中排除物料中的低聚物、反应生成物、水分、溶剂等。

除去吸湿性聚合物中的水分是排气式挤出机的的普遍用途。

由于排气挤出机由若干阶普通单螺杆串接而成，各阶螺杆的产量和压力间的平衡就非常重要。

排气挤出机前后两段的生产率必须相等，即Ql必须等于Q2。