聚合物加工基础作业

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。

为什么聚合物的结晶温度范围是T g到T m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T m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T g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T g到T m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。

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。

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。

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

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”

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

简述影响高聚物流体剪切黏度的各种因素和机

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↑→

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.

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。

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