高分子材料加工原理(1)(1)

高分子材料加工原理

第一章

化学纤维人造纤维

再生纤维素：黏胶纤维、铜氨纤维、莱赛尔纤维

纤维素纤维：二醋酯纤维、三醋酯纤维

橡胶纤维

其他：甲壳素纤维、海藻纤维

合成纤维

聚酰胺纤维

芳族聚酰胺纤维

聚酯纤维

生物可降解聚酯纤维

聚丙烯腈纤维

改性聚丙烯腈纤维

聚乙烯醇纤维

聚氯乙烯纤维

聚烯烃纤维

聚氨酯纤维

聚氟烯烃纤维

二烯类弹性体纤维

聚酰亚胺纤维

2、工程塑料通用工程塑料

聚酰胺（）

聚碳酸酯（）

聚甲醛

聚苯醚

丙烯腈丁二烯苯乙烯共聚物

超高分子量聚乙烯（）特种工程塑料

聚砜

芳香族聚酰胺（）

聚酰亚胺（）

聚苯硫醚

聚芳酯

聚苯酯

聚醚酮

氟塑料（）

简答及论述

1、聚合物熔融有哪几种方式，各方式的主控因素是什么？

答：（1）无熔体移走的传导熔融：熔融热=表面热传导，熔融速率仅由热传导决定。

（2）（主要）有强制熔体迁移（由拖拽或压力引起）的传导熔融：熔融热=接触表面的热传导+黏性耗散生热。熔融效率由热传导率、熔体迁移及黏性耗散生热速率共同决定

（3）耗散混合熔融：熔融热=整个体积内将机械能转化为聚合物内能。耗散混合熔融速率由整个外壁面上和混合物固体-熔体界面上辅热传导决定。

（4）利用电、化学或其他能源的耗散熔融

（5）压缩熔融

（6）振动诱导挤出熔融过程：熔融的主要能量来源于单纯使用振动力场

2、怎样利用溶度参数理论来选择溶剂？

答：当溶剂的内聚能密度或溶度参数与聚合物的内聚能密度或溶度参数相等或相近时，溶解过程的混合热焓等于或趋近于零，这时溶解过程能够自发进行。一般来说，当时，聚合物就不溶于该溶剂。

3、Brodkey的混合理论涉及的混合的基本运动形式有哪些？聚合物成型时熔融物料的混合以哪一种运动形式为主？为什么？

答：分子扩散、涡旋扩散、体积扩散

以体积扩散为主

原因（1）在聚合物加工中，由于聚合物熔体粘度一般很高，熔体与熔体间分子扩散挤满，因而分子扩散无实际意义。

（2）在聚合物加工中，由于物料的运动速度达不到紊流，而且黏度又高，故很少发生涡旋扩散

（3）聚合物加工中的混合与一般的混合不同，由于聚合物熔体的粘度通常高于100Pa*s，因此混合只能在层状领域产生层对流混合，即通过层流而使物料变形、包裹、分散，最终达到混合均匀。

4、什么是非分散混合，什么是分散混合，两者各主要通过何种物料运动和混合操作来实现？

答：非分散混合是通过少组分的重复排列，以增加少组分在混合物中空间分布的均匀性而不减小粒子初始尺寸的过程。在原理上可以把非均匀性减小到分子水平

分散混合发生在固-液之间或液-液之间，它是减小分散相粒子尺寸，同时提高组分均匀性的过程，即粒子既有粒度的变化又有位置的变化。

非分散混合的运动基本形式是通过对流来实现的。可以通过包括塞形流动和不需要物料连续形的简单体积排列和置换来达到的

分散混合主要是靠剪切应力和拉伸应力作用实现的。

5、

（1）第一牛顿区：剪切速率（）较低时，流动为牛顿流动区域，因为分子链间的缠结几乎不被破坏，粘度与剪切速率无关，此时的粘度为零切粘度。（2）非牛顿区：当剪切速率升高至后，流体呈切力变稀现象。因为在剪切力的作用下聚合物的部分缠结解开，发生取向，粘度下降，此时的粘度为表观粘度。（3）第二牛顿区：剪切速率继续提高（即时），此时，聚合物的缠结完全解开，完全取向，流体又表现为牛顿流动，流动进入第二牛顿区。黏度保持不变，此时的粘度为极限牛顿黏度。

6、影响聚合物流体剪切黏性的因素

答（1）剪切速率对黏度的影响：在低剪切速率区，物理交联点破坏很少，黏度保持不变，高分子流体处于第一牛顿区；中等速率区，物理交联速度大于重建速度黏度开始下降，出现假塑性；在高剪切速率区，剪切速率继续增加到物理交联点被破坏完全来不及重建，黏度降到最小，并不再变化。

（2）分子量对黏度的影响：分子量增大，除了使材料黏度迅速升高外，还使材料开始发生剪切变稀，临界剪切速率变小，非牛顿性突出。

（3）分子量分布对黏度的影响:在较低剪切速率下，分子量分布越宽，其黏度越大;在较高剪切速率下，分子量分布越窄，其黏度越大。分子量分布宽的流体对剪切速率变化较敏感，黏度降低较多。

（4）分子形状对黏度的影响：

A、一般说，短支链（梳形支化）对材料黏度的影响甚微：对高分子材料黏度影响大的是长支链（星形支化）的形态和长度

B、若支链虽长，但其长度还不足以使支链本身发生缠结，这时分子链的结构往往因支化而显得紧凑，使分子间距增大，分子间相互作用减弱，与分子量相当的线型聚合物相比，支化聚合物的黏度反而要降低

C、若支链相当长，支链本身发生缠结，支化聚合物的流变性质更为复杂：

——在高剪切速率下，支化聚合物比分子量相当的线型聚合物的黏度低，但其牛顿性较强

——在较低剪切速率下，与分子量相当的线型聚合物相比，支化聚合物的零切黏度或者要低些或者要高些

（5）其他因素：

A、极性基团和侧基的存在会降低高分子熔体的黏度对剪切速率的敏感性

B、分子量相当的高分子，含有柔性链的黏度比刚性链的低

C、此外，如氢键、离子键等能使玻璃化温度提高的因素也能使黏度增大

（6）黏度的时间依赖性：从本质上讲，产生不均匀流动是由于流体中存在两个或两个

以上产生局部扰动的相互作用的相。

（7）压力对黏度的影响：压力越高，黏度越大

（8）温度对黏度的影响：温度越高，黏度越小

7、聚合物流体的弹性表现：

（3）孔口胀大效应：孔口胀大效应（也称挤出胀大效应或Barus效应）是指聚合物流体被迫挤出口模时，挤出物尺寸大于口模尺寸，截面形状也发生变化的现象。

（4）“爬杆”效应（Weissenberg）：与牛顿流体不同，盛在容器中的聚合物流体，当插入其中的圆棒旋转时，没有因惯性作用而甩向容器壁附近，在搅拌轴周围为凹面，反而环绕在旋转棒附近，出现在沿棒向上的爬杆现象。

（5）无管虹吸现象：对牛顿流体，当虹吸管提高到离开液面时，虹吸现象立即终止。对聚合物流体，当虹吸管升离液面后，杯中液体仍能源源不断地从虹吸管流出，这种现象称为无管虹吸现象，也称开口虹吸现象。

（9）触变性和震凝性流体：在等温条件下，一些聚合物的流动黏度随外力作用时间的延长而减小的现象称为触变性；流动黏度随外力作用时间的延长而增大的现象称为震凝性。这两种流体都具有时间依赖性。触变性流体是具有时间依赖性的假塑性流体，而假塑性流体只有剪切变稀，无时间依赖性。

（10）熔体破裂：在高剪切速率或剪切应力下，挤出物产生表面出现不规则的现象，甚至使内在的质量遭到破坏的现象

8、聚合物流体有哪些弹性表现？聚合物弹性的本质是什么？

答：表现：（1）流体的弹性回缩（2）聚合物流体的蠕变松弛（3）孔口胀大效应与剩余压力效应（4）“爬杆”效应（5）无管虹吸现象（6）各种次级流动（7）孔压误差和弯流压差（8）湍流减阻效应（9）触变性和震凝性流体（10）熔体破裂

本质：聚合物流体的弹性的本质是一种熵弹性

9、PS和HDPE在挤出成型时，PS的粘流活化能较高该如何调整参数，使其挤出成型？

答:一般先看温度，HDPE在高温时易降解和交联，所以应增大剪切速率，PS升高温度，粘度降低，还应增大剪切速率（主要）。

10、旦公支分特特

11、已知PET异型纤维截面接近等边三角形，已知细度为5000公支，求纤维截面边长，纤维细度为多少旦？

公支旦

取，，

12、已知某纤维厂生产涤纶长丝，规格为128公支/36根，试计算：

（1）该长丝的旦数，50m的卷重

（2）单根纤维的旦数，公支数

（3）单根纤维的断面直径是多少？（PET ）