高分子材料成型加工原理 期末复习重点教案资料

1聚合物主要有哪几种聚集态形式？

玻璃态（结晶态）、高弹态和粘流态

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、挤出和吹塑成型。可进行熔融纺丝、注射、挤出、吹塑和贴合等加工

3熔融指数？说明熔融指数与聚合物粘度、分子量和加工流动性的关系, 挤出和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）和压力（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和硬度等较高。

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和硬度等较低

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、交联结构和很大的取代基团，为线型结构，结晶性较好，使拉伸取向结晶后，纤维的强度和模量较高。

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：大分子链的解缠和滑移随温度升高，屈服强度和断裂强度均下降，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，制品变形和收缩的原因，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，降低制品尺寸和形状的稳定性，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和温度的敏感性在成型加工中的应用。

1）在炼胶、压延、压出和注射成型中，提高剪切速率和温度，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（剪切速率和温度）PS、PE、PP和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和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和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解释控制加工温度是调节热塑性聚合物熔体流动性的重要手段, 但PE、PP 、POM和天然橡胶等加工时，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和滑移，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，减小分子间作用力和流动阻力，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：在恒温和恒定的切变速率下，粘度随时间递减的流体。

震凝性流体：在恒温和恒定的切变速率下，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