高分子材料成型加工原理 期末复习重点

1聚合物主要有哪几种聚集态形式？

玻璃态(结晶态)、高弹态与粘流态

2线性无定形聚合物当加工温度T处于Tb < T

T < Tg 玻璃态——适应机械加工;聚合物使用的最低 (下限) 温度为脆化温度Tb Tg 材料的屈服强度,可进行薄膜或纤维拉伸;聚合物加工的最低温度: 玻璃化温度 Tg

T > Tf (Tm) 粘流态(熔体,液态)比Tf略高的温度,为类橡胶流动行为,可进行压延、挤出与吹塑成型。可进行熔融纺丝、注射、挤出、吹塑与贴合等加工

3熔融指数？说明熔融指数与聚合物粘度、分子量与加工流动性的关系, 挤出与注塑成型对材料的熔融指数要求有何不同？

熔融指数(Melt Flow Index)

一定温度(T >Tf 或Tm)与压力(通常为2、160kg )下,10分钟内从出料孔(Ø = 2、095mm ) 挤出的聚合物重量( g∕10 min)。

a评价热塑性聚合物的挤压性;

b评价熔体的流动度(流度φ= 1/η), 间接反映聚合物的分子量大小;

c购买原料的重要参数。

分子量高的聚合物,易缠结,分子间作用力大,分子体积大, 流动阻力较大,熔体粘度大,流动度小,熔融指数低;加工性能较差。分子量高的聚合物的力学强度与硬度等较高。

分子量较低的聚合物,流动度小,熔体粘度低,熔融指数大,加工流动性好。分子量较低的聚合物的力学强度与硬度等较低

4成纤聚合物的一般特性,纤维成型过程,纺丝液体的制备,工业生产主要纺丝成形方法。

1)分子量较高,分子间作用力(含强极性基团或氢键)较大;可制成强度好的纤维;

2)无较长支链、交联结构与很大的取代基团,为线型结构,结晶性较好,使拉伸取向结晶后,纤维的强度与模量较高。

3)分子量分布窄:低分子级份过多,纤维强度下降;高分子级份太多,熔体粘度急剧增大,出现凝胶型颗粒,难于拉伸取向。

4) 溶解或熔融后,液体具有适度的粘度;

5) 良好的热稳定。

纤维成形过程包括:液体纺丝及液体细流的冷却固化过程

纺丝液体的制备:成纤聚合物的熔融/成纤聚合物的溶解:溶剂同高聚物相互扩散、渗透、溶解的过程。

工业生产中,纤维纺丝成形的方法:熔法纺丝、干法纺丝、湿法纺丝

5解释:应变软化;应力硬化;塑性形变及其实质。T b就是塑料使用的下限温度;

应变软化:材料在拉伸时发热,温度升高,以致形变明显加速,并出现形变的细颈现象。

应力硬化:随着取向度的提高,分子间作用力增大,引起聚合物粘度升高,表现出“硬化”倾向,形变也趋于稳定而不再发展。

塑性变形:材料在外力作用下产生不可逆的变形。实质:大分子链的解缠与滑移

随温度升高,屈服强度与断裂强度均下降,两曲线在Tb 相交。T

6根据线性聚合物塑性拉伸的应力-应变曲线,可获得哪些性能参数?

弹性模量,屈服强度(应力),定伸强度, 抗张强度(应力),断裂伸长率,断裂能

7分析聚合物在贮存或使用过程中,制品变形与收缩的原因,提出稳定制品形状的方法。

原因:1) 成型时熔体的骤冷,使大分子堆积松散 (自由体积大);

2) 贮存或使用中,大分子或链段重排运动,后结晶等,使堆积变紧密,密度增加,体积收缩。随冷却速度增大,体积收缩程度增大。

3) 骤冷对制件质量不利,降低制品尺寸与形状的稳定性,严重变形或收缩不匀形成的内应力,使制品开裂。同时降低制品的综合性能

改进方法: 在(Tg～Tf)对制品热处理,可缩短松弛时间,加速结晶,使制品形状较快稳定。如PC, PS, PA, PVC等。

8说明粘度对剪切速率与温度的敏感性在成型加工中的应用。

1) 在炼胶、压延、压出与注射成型中,提高剪切速率与温度,聚合物粘度降低,可改善加工流动性。

2)外力解除或流动停止时(材料或半成品停放过程中),降低温度,粘度增大,使半成品有良好的挺性,不易变形。

3) 可根据原材料特性,正确选择加工工艺(剪切速率与温度)

PS、PE、PP与PVC等的粘度对剪切速率敏感,通过提高剪切速率可降粘,改善加工流动性。

PS、PC、PMMA 、CA 、PET 、PA等的粘度对温度敏感,通过提高加工温度可降粘,改善加工流动性。

POM、PC、PET与PA 的粘度对剪切速率不敏感

4) 加工制品时,合理的加工剪切速率范围应选择在粘度对剪切速率不敏感区域(400秒-1 ～600秒-1以上)

9 说明压力对熔体粘度的影响机理,压力-温度等效性原理。

增大压力,自由体积减小,大分子间距离缩小,链段活动范围减小,分子间作用力增加,熔体粘度增大。但单纯通过增大压力提高熔体流量不恰当, 过大压力造成功率消耗过大,设备磨损更大。不同聚合物的压缩率不同,粘度对压力的敏感性不同压力从138公斤／厘米2升至173公斤／厘米2 , HDPE与PP的粘度增加4～7倍,PS 的粘度增加100倍

压力—温度等效性

加工温度范围, 增加压力或降低温度,可使熔体获得同样的粘度变化。压力增加到1000大气压,等效于降温30～50℃。根据压力-温度等效性原理, 加工中为维持粘度恒定,增加熔体压力的同时,应提高温度

10解释控制加工温度就是调节热塑性聚合物熔体流动性的重要手段, 但PE、PP 、POM与天然橡胶等加工时,粘度对加工温度变化并不敏感。

11分别说明固体填充剂(以炭黑为例)、增塑剂或溶剂对聚合物粘度的影响。

通常,固体填料用量( 10%～50wt% )增加,粒径减小,表面活性增高,会阻碍大分子链段的运动,使聚合物熔体粘度增大。尤其加入活性炭黑的橡胶。炭黑粒子细、表面含有活性基团,与高聚物的亲合性极好,可形成化学或物理结点,阻碍大分子链的运动与滑移,使粘度大幅升高。增塑剂类小分子或溶剂,会增大分子间距离,减小分子间作用力与流动阻力,使聚合物粘度降低。

液体或增塑剂的作用: 削弱聚合物分子间力,分子间距离增大,缠结减少,使聚合物粘度降低;随溶剂含量增加,出现非牛顿流动的临界剪切速率升高,牛顿性增强。

相容性对粘度影响:1)增塑剂与聚合物之间相溶性好随浓度增大,增塑剂/聚合物体系的粘度上升;聚合物粒子被溶胀,形成软外层,剪切力增大时,容易变形滑过,表现假塑性流动;

2)增塑剂与聚合物之间相溶性差剪应力作用时,粒子间相互滑移困难,膨胀性流动行为。

12热固性聚合物加工工艺关键?

使热固性聚合物在交联之前, 完成流动过程

热固性成型设备与模具温度的控制:

注射或挤出的温度控制:粘度最低,不迅速交联的温度;

模具或后处理的温度控制:有利于迅速硬化的温度。

13、宾汉流体、牛顿流体、膨胀性流体、假塑性流体、触变性液体,震凝性液体触变性液体:在恒温与恒定的切变速率下,粘度随时间递减的流体。

震凝性流体:在恒温与恒定的切变速率下,粘度随时间递增的流体。

宾汉流体:与牛顿型流体的流动曲线均为直线,但它不通过原点,只有当剪切应力超过一定屈服应力值之后才开始塑性流动

14宾汉流体、牛顿流体、膨胀性流体、假塑性流体、触变性液体,震凝性液体?对于每一种流体,各试举出一个例子,其中多数聚合物熔体属于哪一类流体？

宾汉流体:牙膏,巧克力酱

牛顿流体:酒,汽油

膨胀性流体:淀粉溶液,蜂蜜

假塑性流体:蛋黄酱,血液

触变性液体:油漆,护手霜

震凝性液体:饱与聚酯

15影响聚合物粘度的环境因素有哪些? 粘度对剪切速率敏感的聚合物有哪几种? 粘度对温度敏感的聚合物有哪几种?

温度、应力、应变速率、低分子物(溶剂)等

PS、PE、PP与PVC等的粘度对剪切速率敏感,通过提高剪切速率可降粘,改善加工流动性

PS、PC、PMMA 、CA 、PET 、PA等的粘度对温度敏感,通过提高加工温度可降粘,改善加工流动性