高分子材料成型加工原理

第一章绪论

1.按所属成型加工阶段划分，塑料成型加工可分为几种类型？分别说明其特点。

(1)一次成型技术

一次成型技术，是指能将塑料原材料转变成有一定形状和尺寸制品或半制品的各种工艺操作方法。目前生产上广泛采用的挤塑、注塑、压延、压制、浇铸和涂覆等。

(2)二次成型技术

二次成型技术，是指既能改变一次成型所得塑料半制品(如型材和坯件等)的形状和尺寸，又不会使其整体性受到破坏的各种工艺操作方法。

目前生产上采用的只有双轴拉伸成型、中空吹塑成型和热成型等少数几种二次成型技术。

(3)二次加工技术

这是一类在保持一次成型或二次成型产物硬固状态不变的条件下，为改变其形状、尺寸和表观性质所进行的各种工艺操作方法。也称作“后加工技术”。大致可分为机械加工、连接加工和修饰加工三类方法。

2.成型工厂对生产设备的布置有几种类型？

(1)过程集中制

生产设备集中；

宜于品种多、产量小、变化快的制品；

衔接生产工序时所需的运输设备多、费时、费工、不易连续化。

(2)产品集中制

一种产品生产过程配套；

宜于单一、量大、永久性强的制品、连续性强；

物料运输方便，易实现机械化和自动化，成本降低。

3.塑料制品都应用到那些方面？

(1)农牧、渔业(2)包装(3)交通运输(4)电气工业

(5)化学工业(6)仪表工业(7)建筑工业(8)航空工业

(9)国防与尖端工业(10)家具(11)体育用品和日用百货

4.如何生产出一种新制品？

(1)熟悉该种制品在物理、机械、热、电及化学性能等方面所应具备的指标；

(2)根据要求，选定合适的塑料，从而决定成型方法；

(3)成本估算；

(4)试制并确定生产工艺规程、不断完善。

第二章塑料成型的理论基础

1.什么是聚合物的结晶和取向？它们有何不同？研究结晶和取向对高分子材料加工有何实际意义？

2.请说出晶态与非晶态聚合物的熔融加工温度范围，并讨论两者作为材料的耐热性好坏。

晶态聚合物：Tm——Td；非晶态聚合物：Tf——Td。

对于作为塑料使用的高聚物来说，在不结晶或结晶度低时最高使用温度是Tg，当结晶度达到40%以上时，晶区互相连接，形成贯穿整个材料的连接相，因此在Tg以上仍不会软化，其最高使用温度可提高到结晶熔点。

熔点（Tm）：是晶态高聚物熔融时的温度，表征晶态高聚物耐热性的好坏。

3.聚合物的加工性质有哪些，各与哪些因素有关？

(1)聚合物的可挤压性

聚合物的可挤压性仅与其分子结构、相对分子质量和组成有关，而且与温度、压力等成型条件有关。(2)聚合物的可模塑性

可模塑性主要取决于聚合物本身的属性(如流变性、热性能、物理力学性能以及热固性塑料的化学反应性能等)，工艺因素(温度、压力、成型周期等)以及模具的结构尺寸。

(3)聚合物的可纺性

可纺性主要取决于聚合物材料的流变性，熔体粘度、拉伸比、喷丝孔尺寸和形状、挤出丝条与冷却介质之间传质和传热速率、熔体的热化学稳定性等。

(4)聚合物的可延性

聚合物的可延性取决于材料产生塑性变形的能力和应变硬化作用。

4.聚合物有哪几种结晶形式，结晶对材料性能有何影响？

5.何谓聚合物的二次结晶和后结晶？

(1)二次结晶

一次结晶后，在残留的非晶区和结晶不完整的部分区域内，继续结晶并逐步完善的过程。

(2)后结晶

一部分来不及结晶的区域，在成型后继续结晶的过程，在球晶的界面上不断形成新的结晶区域，即初结晶的继续。

6.聚合物在成型过程中为什么会发生取向？成型时的取向产生的原因及形式有哪几种？取向对高分子材料制品的性能有何影响？

7.要使聚合物在加工中通过拉伸获得取向结构，应在该聚合物的什么温度下拉伸？

答:应该在聚合物的玻璃化温度和熔点之间进行，因为分子在高于Tg时才具有足够的活动，这样在拉应力的作用下，分子才能从无规线团中被拉伸应力拉开、拉直和在分子彼此之间发生移动。

8.分析并讨论影响热塑性塑料成型加工中熔体粘度的因素。

(1)温度对粘度的影响

(2)压力对粘度的影响

(3)剪切速率对粘度的影响

(4)聚合物结构因素和组成对粘度的影响

(5)各种添加剂对粘度的影响

第三章成型用的物料及其配制

1.高分子材料中添加助剂的目的是什么？

2.什么是热稳定剂？哪一类聚合物在成型加工中须使用热稳定剂？对于加有较多增塑剂和不加增塑剂的两种塑料配方，如何考虑热稳定剂的加入量？请阐明理由。

3.试述增塑剂的作用机理。

4.增塑剂作用的实质是什么？并请区分“增塑效率”、“主增塑剂”、“副增塑剂”和“增塑剂相容性”四个概念。

5.内润滑与外润滑。

第四章压缩模塑

1.试分析下列配方，要求：

(1)指出各成分在配方中的作用；

(2)判断制品基本性能，并说出相应的理由。

①PVC树脂（XS-4）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

②PVC树脂（XS-5）100，三盐基性硫酸铅5，二盐基性亚磷酸铅1.5，亚磷酸三苯脂0.5，硬脂酸铅0.5，硬脂酸正丁酯0.3，石蜡0.3，氧化锑5

③PVC树脂（XS-3）100，DOP 20，DBP 20，DOS 10，氯化石蜡5，UV-9 0.1，滑石粉1，氧化铁0.2，二月桂酸二丁基锡3

④丁睛橡胶100，硫磺1.5，促进剂M 1.5，促进剂TMTD 0.2，ZnO 5，硬脂酸1，防老剂4010NA 1，半补强碳黑60，陶土30，沥青5，石蜡1.5

2.在生产宽1200mm，厚0.5mm的聚氯乙烯软膜时，采用以下配方：

聚氯乙烯树脂100，三盐基硫酸铅2，硬酯酸钡1.2，硬酯酸铅0.8，邻苯二甲酸二辛酯30，癸二酸二辛酯10，环氧大豆油5，氯化石蜡5，硬酯酸0.8，碳酸钙8，钛箐兰0.5

问：配方中各组分的作用？配方中树脂、稳定剂、增塑剂、填充剂、润滑剂、颜料各占总量的百分之几？

3.简述模压成型的定义。

4.简述模压成型的工艺过程。

5.模压成型的影响因素有哪些，讨论其如何影响模压成型产品的质量。

6.分析并讨论模压成型过程中温度、压力、体积的变化趋势（以无凸肩模具为例）。

第五章挤出成型

1.挤出机螺杆在结构上为何分段？分段的根据是什么？

答：根据物料在螺杆中的温度、压力、黏度等的变化特征，可将螺杆分为加料段、压缩段、压缩段三段。

2.挤出螺杆一般分为哪几段？每段各有什么作用？

加料段----对料斗送来的塑料进行加热，同时输送到压缩段。塑料在该段始终保持固体状态。

压缩段----对加料段来的料起挤压和剪切作用，同时使物料继续受热，由固体逐渐转变为熔融体，赶走塑料中的空气及其他挥发成分，增大塑料的密度，塑料通过压缩段后，应该成为完全塑化的黏流状态。

均化段----使熔融物料在均化段螺杆和机头回压作用进一步搅拌塑化均匀，并定量定压地通过机头口模挤出成型。

结晶型聚合物，熔化温度范围很窄，因而压缩段很短，应选择突变型螺杆。

3.什么叫压缩比？挤出机螺杆设计中的压缩比根据什么来确定？

(1)螺杆的压缩比是指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，它表示塑料通过螺杆的全过程被压缩的程度。

(2)压缩比的大小取决于挤出塑料的种类和形态，粉状塑料的相对密度小，夹带空气多，其压缩比应大于粒状塑料。另外挤出薄壁制品时，压缩比应比厚壁制品的大。

4.什么是挤出机螺杆的长径比？长径比的大小对塑料挤出成型有什么影响？长径比太大又会造成什么后果？

(1)挤出机螺杆的长径比是指螺杆工作部分的有效长度L与直径Ds之比。

(2)L/Ds大，能发送塑料的温度分布，混合更均匀，并可减少挤出时的逆流和漏流，提高挤出机的生产能力。L/Ds过小，对塑料的混合和塑化都不利。

(3)L/Ds太大，对热敏性塑料会因受热时间太长而易分解，同时螺杆的自重增加，自由端挠曲下垂，容易引起