橡胶及塑料加工工艺重点青岛科技大学

1、 高分子结构层次，构象、构型、构造
结构层次：组成高分子不同尺寸的结构单元在空间的相对排列。

构型：指分子中由化学键所固定的原子在空间的几何排列。

构象：是指分子中的原子或原子团由于C－C 单键内旋转而形成的空间排布(位置、形态)。

构造：单体键合成大分子链的几何形状 2、影响柔顺性的因素有哪些？并举例
柔顺性： 高分子长链能够改变其构象的性质。

影响因素：内在因素(结构因素)
主链结构：当主链中含C-O，C-N，Si-O 键时，柔顺性好。

含有孤立双键时，柔顺性好。

当主链中由共轭双键组成时，由于共轭双键因p 电子云重叠不能内旋转，因而柔顺性差，是刚性链。

如聚乙炔、聚苯：
侧基(或取代基)：极性越小，作用力小，易旋转，柔顺性好；体积：越大，位阻越大，越不易旋转柔性差；数量：多，相互作用大，柔性差；位置：对称时，分子间距大，链间作用力小，柔顺性好。

其它结构因素(支化与交联, 分子链长度, 分子间作用力, 聚集态结构等)：支链，分子间距增加，分子间作用力降低，柔性好；交联，柔性差。

外界因素：温度, 外力及溶剂等；温度高，热运动愈大，内旋转愈自由，柔性好；外力：作用快，来不及运动，柔性差。

3、取向单元类型及特点。

取向单元分两类:链段取向和分子链取向。

链段取向:分子链的排列杂乱的, 链段沿外场方向平行排列;（高弹态下通过单键的内旋转造成链段运动来实现）。

分子链取向:整个分子链沿外场方向平行排列,链段不一定取向.（粘流态下通过链段的协同运动实现）。

4、取向和结晶的异同点
相同：都与高分子有序性相关
相异：取向态是一维或二维有序，结晶态是三维有序
取向状态在热力学上是一种非平衡态；取向过程: 分子在外场作用下的有序化过程;解取向: 外场除去后，分子热运动又使分子重新回复无序化。

热力学上是一自发过程。

5、取向和结晶对制品性能的影响 取向对高聚物性能的影响
取向方向的拉伸强度显著提高、材料呈现各向异性的特性（单轴拉伸）、热稳定性能得到相应提高。

取向方向上：机械强度增高；垂直方向： 强度不能提高，甚至降低。

结晶对高聚物性能的影响
抗透气性、耐酸碱腐蚀性、耐氧老化及耐油性能均有所提高。

可以提高塑料纤维类高聚物的热变形温度，即提高耐热性。

结晶使链段活动空隙减少，分子间力增大，所以冲击强度降低，拉伸强度、定伸应力与硬度增加。

可见光照射后在其内部会出现折射和散射现象，使透光率大大降低。

6、高分子热运动的特点？
1、运动单元的多重性 分子链的整体运动 链段的运动 链节、侧基的运动 晶区内的运动
2、高分子运动的时间依赖性
3、高分子热运动的温度依赖性 温度增加， 变短，可在短时内观察到分子运动 温度降低， 增加，需长时才能观察到松弛现象 升高温度和延长观察时间具有等效性——时温等效原理 7画出非结晶性高聚物的热机械曲线（温度‐形变曲线），并从分子运动的角度对曲线各阶段特征加以解释。

热机械曲线
玻璃态 运动单元： 键长、键角 链段和整个分子的运动被冻结 玻璃化转变区 运动单元：键长、键角 链段运动被激活
高弹态 运动单元：键长、键角 链段运动充分
粘流转变区 运动单元：键长、键角 链段协同运动，分子链重心位移 开始流动 粘流态 运动单元：整个分子链互相滑移 8、弹性的基本概念及分类，各自特点
弹性——物体反抗外力变形并在外力消除后恢复原状的能力
普弹性 大应力作用下，材料分子中键长、键角变化引起的小形变，形变瞬时完成，除去外力后形变立即恢复——普弹性
高弹性 小应力作用下由于高分子链段运动而产生的很大的可逆形变，称为高弹性，所产生的形变称为高弹形变。

高弹性的特点 1、弹性模量小，形变大 2、弹性模量随温度的升高而增加3、高弹形变时有热效应4、形变需要时间
9、强迫高弹形变和高弹形变的异同点 普弹、高弹、强迫高弹区别
运动单元 普弹：键长、键角变化引起的小形变，瞬时完成 高弹：链段运动， Tg-Tf 时的形变
强迫高弹：链段运动， Tb-Tg 时的 形变 变形大小 普弹：胡克定律
高弹：小应力大变形 强迫高弹：大应力大变形 回复能力 普弹：除去外力可回复 高弹：除去外力可回复
强迫高弹：除去外力不可回复，加热至Tg 或Tm 以上，形变回复
10、非晶态和晶态高聚物拉伸曲线的特征及高分子材料应力应变曲线类型。

第一阶段：拉伸初期， σ-ε线性增加，普弹性，试样被均匀地拉长，应力达到屈服点后，随着应变的发展，应力有一下降，即出现“应变软化”；试样截面积也变得突然不均匀，出现一个或几个“细颈”。

第二阶段：应力不变，应变增加，非晶部分链段开始运动，晶区部分的微晶也进行重排，甚至某些晶体可能破裂，发生取向
外观表现：细颈扩展，非细颈缩短，截面积分别维持不 变，直至整个试样完全变细为止。

除去外力，形变不能回复，加热到熔点左右，形变可回复，本质也是高弹形变，属于强迫高弹形变。

第三阶段：对细颈试样继续拉伸，应力又随应变急剧增大，出现应变硬化，直至断裂。

在这阶段应力又出现上
升趋势，是因为在拉伸过程中，被破坏的微晶取向从而形成新的结晶，从而使其强度增加。

非晶与结晶聚合物相拉伸性能比较
（1）均经历了普弹形变，应变软化，发展大形变，应变硬化四个阶段。

（2）被拉伸后材料都出现各向异性，
（3）产生大的形变，室温不能回复，产生强迫形变－“冷 1）冷拉的温度范围：非晶态Tb～Tg 结晶态Tg～Tm
2）晶态聚合物，伴随着凝聚态结构的变化 非晶聚合物，主要是链段取向
软而弱：E
低，断裂强度σ*低，伸长率ε*中等程度，高聚物软凝胶； 软而韧：E 低，σY 低，ε*大（20-100%），σ*高，硫化橡胶、软PVC； 硬而脆：E 高，σ*中等，无屈服点，小σ破坏，PS、PMMA、酚醛树脂等； 硬而强：E 高，σ*高，ε*低（5%），断在Y 点，硬PVC、芳香尼龙等刚性耐
高温材料；
硬而韧：E 高，σY、σ*都高，ε*较大，抗冲击性好的工程塑料，如尼龙、聚甲醛等。

11、韧性断裂和脆性断裂的区别。

脆性断裂: 屈服之前断裂，断前，σ—ε曲线呈线性关系，ε<5%，断裂能较小
韧性断裂: 断裂发生在屈服点之后，断裂前σ—ε非线性关系，断裂ε很大，断裂能很高 脆性断裂：断裂面光滑,屈服前断裂,无塑性流动,表面光滑,张应力分量
韧性断裂: 断面较为粗糙，有凹凸不平的丝状物, 屈服后断裂,有塑性流动,表面粗糙,切应力分量
12、力学松弛现象有哪些？画出线形高聚物和交联高聚物的应力松弛曲线和蠕变曲线，并分析原因。

力学松弛（粘弹现象）——或高聚物力学性质随时间而变化的现象。

高分子链的构象重排和分子链滑移是导致材料蠕变和应力松弛的根本原因。

静态粘弹性：蠕变、应力松弛；动态粘弹性：滞后、内耗。

线性高分子：形变随时间逐渐增加。

交联高聚物：形变随时间增加，到一定程度后不再继续增加。

应力松弛：——在恒定温度和形变保持不变的情况下，高聚物内部的应力随时间延长而逐渐衰减的现象
线型高聚物：在外力作用下，突然产生一恒定应变，则相互缠结在一起的高分子链被迫沿外力方向伸直，其原有的平衡态被破坏，因而产生与外力向抵抗的内力，随时间的延长，分子链热运动使缠结点解脱，分子链产生滑移。

同时分子不断调整其自身的构象，达到与该形状相平衡的状态，则内力逐渐消除，外力逐步衰减至零。

交联高聚物：随时间的延长，通过分子链段的移动重排也
能逐渐消除一部分不平衡的内应力。

但由于交联键的存在，限制了分子链间的相对位移，使分子链不能产生大的变形，应力也就不能完全松弛掉。

13、从分子运动的角度解释高聚物的蠕变、应力松弛、滞后及力学损耗产生的原因。

蠕变和应力松弛见上题；
滞后：受到外力时, 链段通过热运动达到新平衡需要时间(受到内摩擦力的作用), 由此引起应变落后于应力的现象. 外力作用的频率与温度对滞后现象有很大的影响.
力学损耗：拉伸时，外力做功，一部分用来改变链构象，另一部分用来提供克服内摩擦所需要的能量；回缩时，橡胶对外做功，一方面使分子重新卷曲起来，回复到原来的状态，另一方面仍克服摩擦阻力；一个循环中，分子构象由伸展到完全回复不损耗功，所损耗是功全部用于克服内摩擦阻力上，转换为热量使橡胶温度升高。

14、取向和解取向的概念，如何使纤维即具有较高强度又具有适当弹性。

取向状态在热力学上是一种非平衡态；取向过程: 分子在外场作用下的有序化过程;解取向: 外场除去后，分子热运动又使分子重新回复无序化。

热力学上是一自发过程。

15、银纹与裂缝的不同
银纹体是由微纤和空穴两部分构成，银纹体的密度不是零；而裂缝是一个空穴，没有密度；
银纹具有可逆性，在压应力下或在Tg 以上温度退火处理，银纹会回缩或消失，材料重新回复光学均一状态。

裂缝不可消失。

16、简单剪切流场和拉伸流场的特点
剪切流动：能产生横向的速度梯度场，即流体的速度方向与变化方向相垂直的流动，（高聚物熔体在等横截面管道中的流动）能产生纵向的速度梯度场，即流速方向与速度的变化方向相平行的流动，称为拉伸流动。

合成纤维的抽丝过程
17、影响粘度的因素有哪些？在工厂中如何用仪器表征，通过数值大小如何判别分子量大小。

评价粘度指标？
因素：1.实验条件和生产工艺条件的影响（温度T ；压力p ；剪切速度或剪切应力σ等） 2
大分子结构参数的影响（平均分子量；分子量分布；长链支化度等） 3物料结构及成分的影响（配方成分，如添料、软化剂等） 流动性表征方法：
1表观粘度：是根据高聚物直观流动测得的，包括两部分：不可逆的粘性流动（真实粘度）和可逆的高弹形变。

ηa 并不完全反映高分子材料不可逆形变的难易程度
2熔体流动速率（MFR ）熔融指数：表征热塑性塑料的流动性 3门尼粘度（ML ）：衡量橡胶工业胶料流动性的好坏
4可塑度：常用威氏可塑度在橡胶加工厂来表示胶料的流动性
5拉伸粘度：在拉伸流动中，用拉伸粘度来表征物料拉伸流动的难易程度 18、高聚物熔体的流动弹性效应有哪些？
主要有挤出过程中的挤出胀大现象，不稳定流动和熔体破裂
现象，“爬杆”现象，
①高分子熔体被强迫挤出口模时，挤出物尺寸大于口模尺寸，截面形状也发生变化的现象。

②实验表明，高分子熔体从口模挤出时，当挤出速率（或剪切应力）超过某一临界剪切速率（或临界剪切应力），容易出现弹性湍流，导致流动不稳定，挤出物表面粗糙。

随挤出速率的增大，可能先后出现波浪形、鲨鱼皮形、竹节形、螺旋形畸变，最后导致完全无规则的熔体破裂
③与牛顿型流体不同，盛在容器中的高分子液体，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，反而环绕在旋转棒附近，出现沿棒向上爬的“爬杆”现象。

这种现象称Weissenberg 效应，又称“包轴”现象。

19、分析挤出胀大行为的影响因素？
高聚物熔体的弹性记忆效应，即熔体出模口后要恢复到它进模口前的形状
①入口效应 外力作用下，熔体由大尺寸机腔流入小尺寸口模，流速由小变大，入口区流线收敛，流动方向上产生速度梯度。

分子链受拉伸力产生拉伸弹性形变，在口型内不能完全松弛掉，出口型后外力作用消失，分子链由伸展重新成卷曲状态，发生出口膨胀
②法向应力效应 高聚物在机头及口型中流动时，受到剪切力的作用，法向应力差产生的弹性形变在出口型后恢复也引起产品膨胀
20.流动曲线的分类及各自特点
A:宾汉流体：受外力作用只有剪切应力达到一定值后才发生牛顿性流动
流动临界应力的存在，与
分子缔合或某种有序结构的破坏有关 牙膏、油漆、润滑油、聚合物在良溶剂中的浓溶液和凝胶性糊塑料 B: 假塑性流体：随着剪切速率的增加，剪切应力增加的速率有所降低，即表观粘度随着剪切速率或剪切应力的增加而逐渐降低，又称为“切力变稀”流体 橡胶、大多数热塑性塑料和高聚物溶液,流动指数n<1
C: 胀塑性流体：随着剪切速率的增加，剪切应力增加的速率增大，即其表观粘度随着剪切应力及剪切速率的增大而增加，故又称为“切力增稠流体” 如高聚物悬浮液、胶乳,高聚物-填料体系, 流动指数n>1
D: 牛顿流体：理想粘性流体的流动符合牛顿型流体的流变方程，其剪切应力与剪切速率成正比η——剪切粘度或牛顿粘度，PaS，粘度是流体流动时内部抵抗流动的阻力，是流体内摩擦力的宏观表现，流体本身所固有
的性质，大小表征抵抗外力所引起的流体变形的能力 21.了解橡胶的几个概念（橡胶、生胶、混炼胶、硫化胶）
（1）
橡胶：一种材料，他在大的变形下能迅速有力的恢复其变形；能够被改性。

（2）生胶：没有加配合剂、未经加工、尚未交联的橡胶
（3）混炼胶：生胶与配合剂经加工混合均匀但未被交联的橡胶 （4）硫化胶：混炼胶在一定温度、压力和时间作用下，经交联由线性大分子变成三维网状结构而得到的橡胶。

（5）再生胶：废旧橡胶制品经粉碎再生和机械加工等物理化学作
用，使其由弹性状态变成具有塑性及黏性状态，并且能够再硫化的材料。

22.橡胶的配合体系主要有哪些内容？各体系主要起什么作用？ 1).生胶：基体材料，包括橡胶与其它聚合物并用
2）.硫化体系：与橡胶大分子起化学反应使橡胶由线性大分子变为三维网状结构，3).提高橡胶性能，稳定形状
4).补强填充体系：提高力学性能，改善加工性能，降低成本 5).防护体系：延缓橡胶老化，延长制品使用寿命
6).增塑体系：降低粘度，改善加工性能，降低成品硬度 7).特殊体系：阻燃、着色、发泡、抗静电体系等
23.硫化体系主要包括哪几种组分？各自作用是什么？ 1).硫化剂:与橡胶发生硫化反应或使之交联的物质
2).促进剂:能加快硫化速度，降低硫化温度，缩短硫化时间，减少硫磺用量，又能改善硫化胶的物理性能的物质。

其本质是提高硫磺效率，提高生成效率，降低能耗，提高产品质量。

3).活性剂:参与橡胶的硫化反应，提高促进剂活性并充分发挥其效能，减少促进剂用量，既能提高硫化速度，又能提高交联程度，影响交联结构，改善硫化胶物理机械性能。

4).防焦剂:防止或延缓胶料在硫化前的加工及存放期间产生早期硫化 的物质
塑炼、混炼
1. 什么叫塑炼？塑炼的目的及其实质是什么？
橡胶最宝贵的性质就是高弹性，但这种高弹性又会给橡胶的加工和成型制造带来极大的困难，所以要对橡胶进行加工制造，使之由强韧的高弹态转变为柔软而富有可塑性的状态，这种工艺过程称为塑炼。

目的：降低生胶的弹性，使之具有一定的可塑性和流动性，以适合于各种工艺操作，同时还要使生胶的塑性均匀一致，以制得质量均一的胶料。

2、 开炼机密炼机型号意义？
国家标准用“前辊筒工作部分直径×后辊筒工作部分直径×辊筒工作部分长度”来表示，单位是mm。

各开炼机厂生产开炼机规格的表示方法是在辊筒直径数字前冠以汉语拼音符号，表示机台的用途， 如XK－450，其中X 表示橡胶用，K 表示开炼机，450表示辊筒工作部分直径为450mm 3、混炼的作用是什么？
为提高橡胶制品的使用性能，改进工艺性能和降低产品成本，通常需要在橡胶中加入各种配合剂。

混炼的基本任务就是把橡胶与配合剂加以混合，制造性能符合要求的混炼胶，保证成品具有良好的物理机械性能和良好的工艺性能。

4、混炼过程三个阶段？
第一阶段：湿润和吃粉阶段 第二阶段：分散阶段 第三阶段：塑化阶段
五．挤出机 1.挤出机螺杆
1）加料段：固体输送理论 2）压缩段（塑化段）：熔体输送理论 3）计量段（挤出段、均化段）：熔融理论
2.成型工艺：塑化，挤出成型，冷却定型，塑件的牵引，卷曲切割。