四川大学聚合物加工基础作业和答案

聚合物很低的热导率和热扩散系数对塑料成型 加工有哪些不利影响？ 聚合物很低的导热率和热扩散系数在加工中主要是 影响塑料制品中温度分布的不均匀性，而导致制品 结构的非均匀性。另一方面，降低制品的生产效率。
交联能赋予高聚物制品哪些性能？为什么热塑 性聚合物成型加工过程中要避免不正常的交联？ ★交联使具有化学反应活性的线型聚合物通过化学 反应变成三维网状（体型）聚合物。交联能改善高 分子材料力学性能、耐热性能、化学稳定性能和使
什么是牛顿型流体和非牛顿型流体？试用流 变方程和流动曲线说明非牛顿型流体的类型。 满足牛顿粘性定律的流体称为牛顿流体， 反不满足牛顿粘性定律的流体称为非牛顿流动 （图像自己搞定）
聚合物熔体在剪切流动过程中有哪些弹性表现 形式？在成型过程中可采取哪些措施来减少弹性 表现对制品质量的不良影响？ ★弹性表现形式 端末效应（入口效应、离模膨胀）； 不稳定流动（鲨鱼皮现象、熔体破裂现象） ★措施 1）升高温度 2）减小剪切速率 3）改变流道 的几何尺寸，如增大管子的长径比 L/D，减小流道 的收敛角 4）对挤出物加以适当速度的牵引或拉伸
发生热降解的聚合物主要有哪些？如何有效防 止热降解？ ★聚乙烯、聚丙烯、聚丙烯酸甲酯的无规热降解； PMMA 的链式降解；含有活泼侧基的聚合物（聚氯 乙烯、聚乙酸乙烯酯、聚甲基丙烯酸叔丁酯）的消 除热降解。 ★避免降解的措施：严格控制原材料的 技术指标；使用前对聚合物进行严格的干燥；确定 合理的加工工艺和加工条件；加工设备和模具应具 有良好的结构；在配方中加入抗氧剂、稳定剂
在生产工艺和机械设计上采取哪些措施以确保 挤出物尺寸的稳定性？ 1）通过热处理使制品结晶度提高，晶体结构完善， 制品的尺寸稳定性提高，内应力提高，耐热性提高 2）根据聚合物的性质选择合适的温度和剪切速率 3）减小流道的收敛角，适当增加流道的长径比 L/D
高聚物熔体在流动中为何会出现剪切变稀？ 因为大多数聚合物的熔体的流动行为都具有假塑性 流体的特征，即表观粘度随剪切应力的增加而降低， 大多数聚合物的成型加工都在中等剪切速率范围内 进行，同时随着聚合物剪切流动过程中会因各种因 素而产生热，使熔体温度升高，熔体黏度降低。
试述对混合程度的直接描述和间接描述有何异 同点？ ★混合状态的直接描述 直接对混合物取样检查其 混合状态，分定性描述和定量描述★定性描述：对 混合状态的定性描述是指直接对混合物取样，并利 用现代分析测试设备观察混合体系的形态、各组分 分布的均一性和分散度★定量描述：从统计学的角
度提出对混合物的均匀性的判定指标。可以从两个 角度考虑，一是混合物的总体均匀性；二是混合物 的局部均匀性：织态结构和局部结构。★混合状态 的间接判定 所谓混合状态的间接判定是指不检查 混合物各组分的混合状态，而是检测制品或试样的 物理性能、力学性能和化学性能等，以此判定混合 状态。因为这些性能往往和混合状态有关。 判断聚合物体系混合程度的方法有哪些？各自的 特点是什么？适用范围如何？ 机械振荡，电磁波法，介电检验法，视觉检测法， 显微镜法，光电法 机械振荡：可在链段水平上检验混合物中各组分的 相互作用，给出关于所形成的过渡层内各组分的分 散性、相界面变换度、组分相互作用程度。热塑性 树脂改性的弹性体 电磁波法：能给出关于固体内分散体系的尺寸和分 布均匀性。可用于分析高、低分子橡胶与非聚合物 型固体填充剂的混炼胶、热塑性塑料复合物的混合 质量。 介电检验法：通过研究混合物的介电系数，判断混 合物的均质性。 视觉检测法：用于平怕炭黑的分布情况时，将观察 到的试样切口情况与一组标准照片相比较来评定炭 黑的分散等级 显微镜法：聚合物共混物的相畴较大时，可直接用 光学显微镜观察；电子显微镜可观察到 0.01um 甚至 更小的颗粒 光电法：直接判断混合物状态。直接直观，但操作 繁琐 塑料粉料的混合设备有哪些，现在实际生产中常应 用哪些设备，为什么？ ★转鼓式混合机、螺带式混合机、捏合机、高速混 合机、密炼机、双辊混炼机 ★现实实际生产中常用高速混合机和密炼机 ★高速混合机的混合效率高，所用时间远比捏合机 短，通常一次混合时间只需 8 到 10min；密炼机能 在较短的时间给予物料大量的剪切能，而且在隔绝 空气下进行操作，因此在劳动条件、塑炼效果和防 止物料氧化方面都比较好 高分子材料成型加工过程中为什么要使用助剂？ 加工助剂就是改善塑料的使用性能、加工性能或降 低成本而添加的物质。成型加工过程中之所以要使 用助剂是从使用性能、加工性能、成本以及特殊性 能要求等方面考虑的。 1）使用性能：任何一种聚合物（树脂）都很难同时 满足使用性能要求。例如：强度：玻纤增强的塑料 （玻璃钢）；韧性：PS、PP、PA 等+弹性体（橡胶 等）；表面性能：印刷、染色；2）加工性能（高速 化）：如流动性：润滑剂（PVC 降解）加工窗口： 增塑剂使 Tf 降低；稳定剂使 Td 升高；3）降低成本：
聚合物的成型过程中，常常要添加一些无机粒 子作为增强增韧的填料，利用你所学到的知识，试 着分析一下填料的形状、粒径大小、粒子长径比、 粒子含量等对聚合物熔体剪切黏度的影响。 填料的加入一般会使聚合物的流动性降低，粒子小
的填料会使其分散所需的能量较多，加工时流动性 差，但制品的表面光滑、机械强度较高，而粒子大 的填料分散能量小，其分散性和流动性都较好，但 制品的表面粗糙，机械强度降低。
用性能。★热塑性聚合物加工过程中的不正常交联 使聚合物熔体的流动性降低，加工困难，并且影响 制品的机械强度、耐热性、耐化学腐蚀性、外观、 脆性等性能。
将 PA6 注射成长条试样（模温 20℃时），发现 试样有一层透明度较高的表皮层，试分析为什么。 PA6 的结晶能力较弱，结晶度同时受成型条件的影 响，当模温低时，试样表面立即冷却，使 PA6 不能 结晶或结晶度很小，所以呈现透明度较高的表皮层。
高聚物的分子量增加时，非牛顿流动的剪切速 率范围如何变化？
在塑料的成型加工过程中，如果提高产量常 常会导致制品表面出现波纹状，有时呈竹节形或鲨 鱼皮状等缺陷，问产生的原因是什么？如何克服？ 如果产生弹性湍流的不稳定点在整个圆周上就得到 竹节状的粗糙挤出物，由于流道壁和口模内周期性 的滑移和拉伸作用引起鲨鱼皮等缺陷。 措施：升高温度，减少剪切速率，改变流道的几何 尺寸，选择分子量低或分子量较宽的聚合物。 混合操作的分类有哪些？各种混合方法的特点是 什么？主要影响因素有哪些？ 混合按不同的标准可以进行不同的分类，如按分散 程度可以分为简单混合（分配混合）、分散混合；按 混合形式，可以分为层流剪切混合、固定混合、基 础混合及搅拌混合；按混合过程的特点，可以分为 间歇混合和连续混合。★简单混合特点：1）靠应变 作用下置换流动单元位置来实现的 2）使各组分的 空间分布达到均匀★分散混合的特点 1）除使各组 分作空间无规分布外还需使组分的粒度减小 2）靠 剪切应力和拉伸应力作用实现的★间歇混合特点 1）所有被混组分同时或依次加入到聚合物中，靠多 次通过混合设备来混合★连续混合特点 一次通过 混合机工作室即可达到规定的混合质量★层流剪切 混合特点，通过混合器中的运动部件使聚合物产生 层流剪切流动以达到混合★固定混合特点：通过其 内部稽核形状的变化使物料得到剪切和均匀化
试述聚合物熔体和小分子流体流动性的差别，并 简单分析聚合物熔体的流动特点对加工性能的影 响。 聚合物熔体流动的特点 1）高聚物流体的流动是链 段跃迁实现的，高聚物的流动单元是链段，小分子 流体的运动单元是整个分子；2）高聚物流体的黏度 大，流动困难且黏度不是一个常数；3）流动时有构 象变化，产生“弹性记忆效应”
将聚丙烯丝抽伸至相同的伸长比，分别用冰水或 90℃热水冷却后，再分别加热到 90℃的两个聚丙烯 丝试样，哪种丝的收缩率高，为什么？ 用冰水的聚丙烯丝收缩效率高，因为冰水冷却时， 冰水的温度远远低于聚丙烯的最佳结晶温度，此时， 聚丙烯丝的结构更多的保持了其纺丝过程中分子的 取向状态，而用 90℃热水冷却时，聚丙烯分子具有 较为充分的解取向时间，当聚丙烯丝再次分别加热 到 90℃时，前者才进行较高程度的解取向，表现出 较高的收缩率。
简述影响高聚物流体剪切黏度的Βιβλιοθήκη Baidu种因素和机 理。为什么在高聚物成型加工时要求聚合物“在保 证足够的机械强度条件下，分子量尽可能小一些， 分子量分布宽一些？” ★1）链结构 a 极性 极性聚合物的分子之间作用力 比非极性聚合物的大，流动性差 b 分子量 分子量 越大，分子间作用力越大，粘度就大，流动性变差 c 分子量分布 分子量分布窄的流动性差，反之则好 d 支化 短支链（支链越多粘度越低）；长支链（支 链越多粘度越高） 2）加工条件 a 温度 b 压力 增 大压力使黏度增大，流动性变差 c 剪切速率γ↑→
取向与结晶有什么不同？非晶态高聚物取向后 有什么变化？取向度对注塑制品的力学性能有何 影响？ ★取向与结晶有序程度不同，取向是一维或二维有 序，而结晶是三维有序。 ★非晶态聚合物取向后，使沿取向方向上大分子链 或链段有序程度提高，沿应力作用方向取向的分子 链大大提高了取向方向的力学强度，但垂直于取向 方向的力学强度则因承受应力的是分子间的次价键 而显著降低。 ★取向使制品的性能上表现出明显的各向异性，在 沿取向方向制品的力学性能提高，同时也造成与取 向方向垂直方向上的制品相应性能的劣化，常出现 与取向方向平行的撕裂。
简述影响熔体破裂的因素。试分析塑料熔体在 注射充模流动过程中产生熔体破裂的原因及对制 品质量的影响。在生产上应采取哪些措施避免出现 熔体破裂现象？ ★影响因素：分子量及分子量的分布，温度与剪切 速率，流体流动管道的几何形状 ★熔体破裂原因 1）熔体的弹性回复引起的，熔体 在管道中流动时的剪切速率分布不均匀性使熔体中 弹性能不均匀分布，当熔体中产生的弹性应力一但 增加到与滞留阻力相当时，粘滞阻力就不能再平衡 弹性效应的应用，而弹性效应所致熔体流速在某一 位置上的瞬时增大形成弹性湍流，即“应力破裂” 现象，在圆管中如果产生弹性湍流的不稳定点沿着 官的周围移动则挤出物呈螺旋状，如果不稳定点在 整个圆周上产生，就得到竹节状的粗糙挤出物 2） 熔体剪切历史的波动引起的，即剪切应力不同，熔 体所产生的弹性效应不同，从而使其弹性回复产生 差异形成熔体破裂 ★使挤出物变得表面粗糙，失去光泽，粗细不均匀 和严重扭曲等，严重时会得到波纹片、竹节状或周 期性螺旋状的挤出物，在极端严重情况下甚至会得 到断裂的，形状不规则的碎片或圆柱 ★措施：降低分子量和分子量的分布宽，提高聚合 物熔体的温度和降低剪切速率，减小流道的收敛角， 适当增大流道的长径比，使流道表面流线型变化。
η↓ ★聚合物分子量减小和分子量分布变宽，可以出现 不稳定流动的临界应力值升高，以减少鲨鱼皮现象 以及熔体破裂现象引起的制品性质变坏的现象。
聚合物熔体产生离模膨胀的原因是什么？分析 影响因素。 流过管子的剪切流动中，大分子沿流动方向伸展和 取向，前者引起拉伸弹性应变，后者引起剪切弹性 应变。聚合物分子高弹形变具有可逆性，他的恢复 与液体继续受力情况和应变松弛时间有关： L/D 大，松弛充分，液体的正压力差和剪切流动中 储存的弹性能是引起出口膨胀效应的主要原因； L/D 小，松弛不充分，入口效应中剪切和拉伸作用 所储存的弹性能是引起出口膨胀效应的主要原因, 可逆应变成分来不及完全松弛。 ★影响离模膨胀的因素： 粘度大（分子量高）、分子量分布窄和非牛顿性强的 聚合物，流动中储存的可逆弹性成分多，出口膨胀 显著。高弹性模量的聚合物，流动中可逆弹性应变 少，出口膨胀程度降低.
为什么聚合物的结晶温度范围是 Tg 到 Tm 之间？ 试分析注射成型试样从表层到芯层的球晶尺寸分 布及产生的原因。 ★聚合物的结晶过程包括晶核生成和晶体生长两个 阶段，当聚合物温度降至 Tm 以下不远时，由于分子 热运动剧烈，分子链段有序排列所形成的晶核不稳 定或不易形成，使总的结晶速度很低。当熔体温度 接近 Tg 时，分子链段的运动越来越迟钝，晶核生成 和晶体生长的速度都很低，使结晶几乎不能进行， 所以结晶范围只能在 Tg 到 Tm 之间。 ★从表面到芯层的球晶尺寸一次增大，因为模具温 度低于熔体温度，靠近模具的制品表面层部分温度 降低较快，再加上聚合物的热导率较小，制品芯部 温度下降较慢，更适合球晶的生长，使得在结晶速 率和结晶度上表现为表层低于芯部，而且晶粒尺寸 上皮层小于芯部。