高分子材料加工基础思考题答案

1、复习思考题一、高分子的基本概念、高分子的结构名词解释链段：从高分子链中划分出来能够独立运动的最小单元。柔顺性：大部分高分子链具有卷曲成不规则的无规线团状的倾向。高分子链能够通过内旋转作用改变其构 象的性能。高分子链能形成的构象数越多，柔顺性越大。.单键的内旋转是使高分子链具有柔顺性的根本原 因。均聚物：由一种单体聚合而成的高聚物。如聚乙烯、聚氯乙烯、聚苯乙烯等。共聚物：由两种或两种以上单体聚合而成的高聚物。如丁苯橡胶、酚醛树脂、乙丙橡胶等。近程结构:高分子链的化学组成,单体单元的键接方式，高分子的构型,高分子链的键合形状远程结构：高分子链的远程结构主要是指单个高分子的大小及高分子在空间所存在的

2、各种形态。分为高分子的大小（分子量及分子量分布）和高分子链的柔顺性取向：在外力场作用下，分子链或链段沿外力作用方向做有序排列的现象。取向态结构：由于大分子链的取向而形成的聚集态结构。聚集态结构：高分子链之间的排列和堆砌结构，也称为超分子结构。构象：分子链中由单键内旋转所形成的原子（或基团）在空间的几何排列图像。构型：分子中由化学键所固定的原子或基团在空间的几何排列。这种排列是稳定的，要改变构型必须经过 化学键的断裂和重组。问答题高分子有何特征？分子量很高或分子链很长一一这是高分子化合物最根本的特点；高分子是由很大数目的结构单元通过共价 键相连接而成的；（均聚物、共聚物）高分子的结构具有不均一性

3、（多分散性）；大多数高分子的分子链 具有一定的柔顺性。试分析线型、支链型、交联型高分子的结构和性能特点？线型:整条高分子犹如一条又细又长的线，大分子既可卷曲成团，也可舒展成直线，这取决于高分子链本身 的柔性及所处的外部条件。通常各种橡胶、大多数的纤维、塑料等都属线形大分子。特点：既可溶解又可 熔融，易于加工成型。支链型:链分子在二维空间键合增长所形成的高聚物。其主链上带有长短不一的支链， 支链的形状有星型、梳型、无规支链型等几种。特点：与线形大分子相比，带短支链的高聚物更易溶解和 熔融，且机械强度低。此外，支链型高聚物大分子上有叔碳原子，其反应活性高，所以热稳定性差，易老 化变硬变脆。交联型:

4、高分子链之间通过支链或某种化学键相键接，形成的三维网状大分子。热固性塑料、 硫化橡胶都属于网状大分子。.特点：若分子间形成网状结构，则整个高聚物可看成一个大分子，既不溶 解也不熔融，只能熔胀。随着分子间交联程度的增加，材料的弹性降低，但机械强度和硬度都增加。以丁二烯和苯乙烯共聚物为例，说明单体共聚方式对高聚物性能的影响。1）75%的丁二烯和25%的苯乙烯无规共聚，共聚物具有良好的弹性，是丁苯橡胶；2）20%的丁二烯和80%的苯乙烯接枝共聚，共聚物是韧性很好的耐冲击PS塑料；3）若苯乙烯与丁二烯进行嵌段共聚生成S-B-S三嵌段共聚物，其分子链中段是聚丁二烯，两端是聚 苯乙烯链段，则为热塑性弹性体

5、。说明下列各组高分子链柔顺性的差别并说明原因.1） PEPPPS 按取代基体积2） PP PVC PAN 按取代积极性大3）氯丁橡胶PPPVC4） BR SBR NR主链含非共轭双键什么叫结晶度?结晶度的大小对高聚物性能有哪些影响？结晶度：一聚合物中结晶部分所占的质量分数或体积分数。影响：力学性能：模量f；硬度f；伸长率I； 冲击强度I；拉伸强度一（非晶区处于高弹态）f；.力学性能也与结晶形态有关球晶尺度f：伸长率I ；冲击强度I;模量I;.其它性能：耐热性能f ；耐溶剂性f ；溶解性能I ；抗气透性f ；密度f ；光学透明性I取向方式有哪些?对材料的力学性能各产生哪些影响？方式：无定形高聚物

6、，结晶高聚物。影响：性能变化：取向前-各向同性；取向后-各向异性一般情况下，材料的力学性能（拉伸强度、弯曲强度等）在取向方向上显著增强，而在垂直于取向方向 上则有所下降；结晶聚合物，取向后材料的密度和结晶度都会增大，使材料的使用温度得到提高；由于折射率在取向方向和垂直方向上有差别，取向后的材料还会出现双折射现象。二、高聚物的分子运动和热转变一.名词解释松弛时间：松弛时间t :形变量恢复到原长度的1/e时所需的时间； 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，形变立即恢复的特性。所产生的形变称为普弹形变。高弹性:小应力作用下由于高分子链段运动而产生很大的

7、可逆形变的性质。所产生的形变称为高弹形变。强迫高弹性：强迫高弹形变是指Tb-Tg时的高聚物的形变这时为玻璃态高聚物，其在大外力作用下发 生形变。玻璃化转变温度：指非晶态高聚物从玻璃态到高弹态的转变。转变区对应的温度称为玻璃化温度，通常以Tg表示。粘流温度：指非晶态高聚物从高弹态到粘流态的转变，转变区对应的温度成为粘流温度。二.问答题高分子热运动的特点？分子运动的多样性，分子运动具有时间依赖性，分子运动具有温度依赖性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JTHtate/曲线特征分析*/一y2009-3-233.画出结晶性高聚物的温度-形变曲

8、线，玻璃恋玻牌化转变区高弹态帖流转登区帖流态运动单元温庄 健长、键角、 啊基、链节链段开始解冻大分子链开始协同运动大分子链力学性能普弹性、形交圣小且可逆、模星高、强迫 高弹性形变、模呈、及其他物性都发生突变高弹性、形 变景大且可 逆、模置 高、松弛特性形变、模量 突变很大 且不可逆、 模宣很低材料用途塑料玻璃化温度橡胶帖流温度粘合剂、涂 料并画图表示曲线形状与结晶度高低、分子量大小的关系。2.2结晶聚合物的力学状态低结晶度高聚物的-T曲线结晶度低于40%,材料中非结晶部分占比例较大，所表 现的力学特征与非晶态高聚物相近.曲线形状与高聚 物的分子量大小 有关，mlTg）可能出现的应力-应变曲线并

9、简要分析其 力学性能特征。3试解释材料的力学性能特点随外力作用速率的变化规律，并画图表示。在一定温度下，测定材料的断裂 应力和屈服应力随应变速率的变化，作断裂应力和屈服应力与应变速率的关系曲线。应变速率越高，材料 的屈服强度和断裂强度都增加，但屈服强度对应变速率更敏感。五、高聚物的流变性一名词解释流变性：物质在外力作用下的变形和流动性质，主要指加工过程中应力形变形变速率和粘度之间的联系。剪切变稀流体：橡胶、大多数热塑性塑料和高聚物溶液等挤出胀大：挤出机挤出的高聚物熔体直径比挤出模孔直径大的现象。切力增稠流体：常发生于各种分散体系中，如高聚物悬浮液、胶乳和高聚物填料体系等。熔融指数：全称熔液流动

10、指数，或熔体流动指数，是一种表示塑胶材料加工时的流动性的数值。门尼粘度：橡胶工业常用门尼粘度的大小来衡量胶料流动性的好坏。测定：在一定温度（100C ）和一定的 转子转速（2N/min）条件下，测定未硫化橡胶对转子的转动阻力。门尼粘度越小，胶料流动性越好。可塑度：在橡胶加工厂常用威氏可塑度来表示胶料的流动性，从而快速确定胶料的塑炼程度及评价胶料加 工性能的好坏。是指被测试样在一定外力作用下产生压缩形变的大小和除去外力后保持形变的能力。一般 是可塑度越高，流动性越好。二问答题1.与低分子相比，高聚物的粘性流动有何特点？粘度大，流动性差高分子流动是通过链段的位移运动来 完成的熔体流动时伴随高弹形变

11、2液体流动曲线有几种类型？大多数高聚物流体属于哪种类型？牛顿流体 宾汉（姆）流体假塑性流体膨 胀性流体。大多数高聚物流体属于假塑性流体3高聚物流动性的表征方法有哪些？熔体流动速率（MFR）门尼粘度可塑度拉伸粘度4何为挤出胀大？产生原因是什么？如何预防？挤出机挤出的高聚物熔体直径比挤出模孔直径大的现象。 引起聚合物弹性形变储能剧烈变化区域为：模孔入口处，毛细管壁和模孔出口处。预防：分子量减小，分 子量分布宽度减小。温度增加，剪切速率降低。流道的几何尺寸，流线型增加，长径比增加。六、橡胶和塑料原材料1橡胶、塑料材料的结构特征有哪些？大分子链具有足够的柔顺性，Tg远低于室温；在使用条件下不结晶或结晶

12、度很小；分子具有适当的化学反应活性；具有较高的分子量及较宽的分子量分 布。2 了解橡胶和塑料的主要分类方法。按来源分类天然橡胶：从自然界植物中得到的橡胶。合成橡胶：由低分 子物质经过各种化学反应制成的高分子弹性体物质。按用途分类通用橡胶：大多数物理机械性能和加工性能良 好，能广泛用于轮胎及其他大多数橡胶制品的橡胶。特种橡胶：只有某一项或几项物理机械性能特别优越，专门 用于具有某些特殊性能要求的制品的橡胶。按形态分类 固体橡胶（块状、片状、粒状）液体橡胶 粉末橡胶 3常用橡胶、塑料原材料的结构及主要性能特点？（由于过多请看课件）七、配合剂1橡胶制品为什么要使用配合剂？共分哪几大类？各自的作用是什

13、么？（1）改善或提高制品的物理机械 性能及使用性能；改善材料的工艺加工性能；节约聚合物原材料或降低制品成本。（2）硫化体系、补强填 充体系、防护体系、增塑体系和其它专用配合剂。（3）硫化体系：促使橡胶大分子发生硫化（或交联反应） 的配合体系。补强填充体系：在胶料中主要能显著提高硫化胶的物理机械性能，如拉伸强度、耐撕裂强度 和耐磨耗强度等，即起到补强作用的配合剂。在胶料中主要起增加胶料的容积的作用，以节约生胶和降低 成本的配合剂。防护体系：为了防止橡胶老化变质，延长制品的使用性能，常用的防护方法是在橡胶中加 入某些配合剂，来抑制或延缓橡胶的老化过程，这些配合剂统称为防老剂。增塑体系：能够降低橡胶

14、分子 链间的作用力，改善加工工艺性能，并能提高胶料的物理机械性能，降低成本的一类低分子量化合物。2 了解各种塑料添加剂的作用？为改善塑料的使用性能和加工性能而添加的物质，也称 为助剂。（详见课件）八、塑炼、混炼工艺什么叫塑炼？塑炼的目的及其实质是什么？答：塑炼：通过机械应力、热、氧或加入某些化学试剂等方 式，使橡胶由强韧的高弹性状态转变为柔软而富有可塑性状态的工艺过程。塑炼的目的减小弹性，提高可 塑性；降低粘度，改善流动性；提高胶料溶解性和成型粘着性。塑炼的本质粘度的降低，可塑性的提高 是通过分子量的降低来实现的。开炼机塑炼和密炼机塑炼的原理是什么？各有什么优缺点？原理：开炼机：开炼机在炼胶过

15、程中主要是 依靠两个相对回转的辊筒对胶料产生挤压、剪切作用，经过多次捏炼，以及捏炼过程中伴随的化学作用， 将橡胶内部的大分子链打断，使胶料内部的各种成分掺和均匀，而最后达到炼胶的目的。优缺点：优点： 结构简单、加工适应性强、胶种变换方便。缺点：劳动条件差，劳动强度大，胶料易氧化等密炼机：密炼 机，全称密闭式炼胶机，是在开炼机基础上发展起来的一种高强度间歇混合设备。优点：密封性好，污染 轻，配合剂飞扬损失少，改善了工作环境；降低了劳动强度；缩短了生产周期，提高了生产效率；自动化 程度高。缺点：密炼机塑炼温度高，操作不慎易发生过炼、可塑度不均匀等现象；加上排胶不规则，需要 配备专用设备进行补充塑炼

16、和压片，设备造价高。 混炼的作用是什么？什么是结合橡胶？起什么作用？答：作用：（1）使配合剂均匀分散到生胶中去，并 达到一定的分散度；（2）使补强剂与生胶产生一定数量的结合橡胶，达到良好的补强效果；（3）使胶料 具有适当且均匀的可塑度；（4）在保证炼胶质量的前提下，力求缩短混炼时间、减少动力消耗。结合橡胶: 在混炼过程中，橡胶分子与活性填料（主要是炭黑、白炭黑）粒子结合生成一种不溶于橡胶良溶剂的产物， 称为炭黑结合橡胶或称为炭黑凝胶起什么作用：提高硫化胶的性能；在混炼初期生成适量的结合橡胶， 有利于炭黑附集体发生破碎和分散均匀；溶剂化隔离作用，防止了炭黑分散颗粒的再附聚，对混炼质量起 到了稳定

17、的作用。混炼胶停放的目的？ 1、主要是有利配合剂在胶料中的继续扩散，提高分散的均匀性，使橡胶和碳黑 间进一步相互作用，生成更多的结合橡胶，提高补强效果；2、分子链重新松弛，有更好的塑性硫化度；3、溢散胶料中的空气，避免硫化胶气泡的产生等。九、压延工艺1.什么是压延工艺？能够完成的作业形式有哪些？答：压延：压延工艺是利用压延机辊筒之间的挤压力作 用，使物料发生塑性流动变形，最终制成具有一定断面尺寸规格和规定断面几何形状的片状聚合物材料或 薄膜状材料；或者将聚合物材料覆盖并附着于纺织物和纸张等基材的表面，制成具有一定断面厚度和断面 几何形状要求的复合材料，如胶布、塑料革或人造革和某些塑料涂层制品。

18、作业形式：橡胶作业形式：压片-胶料挂胶、擦胶-帘布贴合、贴胶-胶片压型-胶胚塑料作业形式PVC薄膜人造革 装饰纸 地板树脂片材无纺布辊筒挠度的产生原因、影响及其补偿措施？挠度的产生：压延时，辐筒在胶料的横压力作用下会产生轴 向的弹性弯曲变形，其程度大小以辐筒轴线中央部位偏离原来水平位置的距离表示，称为辐筒的挠度。挠 度的影响：压延产品中间厚度大，两边厚度小。辐筒挠度的补偿措施：辐筒中高度法，辐筒轴线交叉法，） 辐筒预弯曲法什么是压延后的收缩变形和压延效应？产生原因及预防措施？收缩变形：压延制品产生纵向收缩变形，即长度减小，断面厚度增加的现象。u产生原因：压延时大分子链产生的弹性变形没有完全回复

19、。压延效应： 压延后的胶片还会出现性能上的各向异性现象。 产生原因：压延时大分子链被拉伸变形和取向；几何形 状不对称的配合剂粒子沿压延流动方向取向排列。预防措施适当提高压延机辐筒表面的温度和压延半成品的停放温度；减慢压延速度；适当提高胶料的可塑度；将热炼后的胶卷调转90向压延机供胶，或将胶片调转90 装入硫化模型进行硫化；尽量不用粒子几何形状不对称的配合剂。压延产品横向上出现厚度不均匀的影响因素有哪些？如何预防？ “三高两低”现象，即制品断面中间和 两端厚而近中区两边薄。原因：滚筒变形和温度分布不均。预防：辐筒中高度法辐筒轴线交叉法 辐筒 预弯曲法了解各种压延工艺的基本操作方法及其优缺点？（见

20、课件）十、挤出成型工艺什么是挤出成型？包括那几个过程？ 挤出成型是使物料在挤出机机筒及转动着的螺杆的相互作用 下，在外加热及内摩擦剪切作用下逐渐升温塑化或熔融成为粘流态流体，并在一定的压力和温度下连续均 匀的通过机头口型成型出各种具有复杂断面形状的制品的成型方法。按作用不同螺杆可分为那几段？各段的（结构、作用）区别有哪些？根据物料在螺杆中的温度、压力、 粘度等的变化特征，可将螺杆分为加料段、压缩段和均化段三段。加料段塑化并定量，定压输送货物。压 缩段压实并塑化物料，排气。均化段加热并前移物料。物料顺利进入挤出机料筒的条件？加料口形状位置要合适，胶料与挤出机螺杆之间的摩擦系数要小， 而与机筒间摩

21、擦系数要大机头的作用及其选取原则？机头和口模的作用： 使物料由螺旋运动变为直线运动； 产生必要的成型压力，确保产品密实； 使物料通过机头进一步塑化； 成型为半成品。选取原则：机头内流道应 呈流线型，不能急剧扩大和缩小，避免物料流动时存在死角和滞留，保证横截面流动速度相等； 机头内 壁应是光滑的，减少流动阻力；机头成型部分应有足够的长度，保证有必要的定型时间，防止物料离模收缩；机头要有一定的压缩比，使制品均匀密实，无熔接痕迹；机头应有足够的刚度，以免在工作压力下使流道变形。如何提高挤出机的固体输送率？（结构设计上和工艺上）从结构设计上：1）增加螺杆的直径；2）增加螺槽的深度，但受到螺杆强度的限制

22、；3）提高螺杆的光洁度，降低物料与 螺杆的摩擦系数；4）增加料筒内壁的粗糙度，如在料筒内开设沟槽，增加物料与料筒间的 摩擦系数；5）采用最佳（螺杆外径处的）螺旋角。从工艺上：1）提高螺杆转速；2）提高料筒的温度；3）降低螺杆的温度。了解几种主要的挤出成型工艺过程（挤出吹塑薄膜、管材、片材及线缆的挤出成型）（见课件）十一、注射成型1.什么是注射成型？其优点有哪些？注射成型也叫注塑成型，是将物料加入注射机料筒，在热和机械剪切 力的作用下塑化成具有良好流动性的熔体，随后在柱塞或螺杆的推动作用下迅速注入模具，依靠冷却固化 或加热硫化，然后从模具中取出成型好的制品，完成一个注射周期的加工过程。特点1.成

23、型周期短，能一 次成型外形复杂、或带有嵌件的模型制品，尺寸精确，产品质量高；2.生产效率高，自动化程度高；3. 可加工的物料种类多，大部分的热塑性塑料、热固性塑料和橡胶都能用这种方法加工制品。：喷嘴的类型及其应用？ 喷嘴的作用：使料筒内的物料能保持较高的注射压力；同时使物料受到较大的剪切作用而进一步塑化。 种类：直通式喷嘴；自锁式喷嘴。注射成型过程可分为哪几个阶段？塑料注射成型工艺过程包括：成型前的准备注射成型过程制件的后处理注射成型制件的后处理工艺有哪些？目的是什么？退火处理的目的-消除内应力。调湿处理 目的 防 止聚酰胺类塑料制品在高温下与空气接触时发生氧化变色，以及防止制品吸收水分而变形

24、。了解注射机的主要基本参数及其作用。最大注射量注射压力注射速度注射时间塑化能力注 射功率、合模力、合模装置的基本尺寸及开、合模速度等。最大注射量：它反映了注射机的加工能力，标 志着机器所能生产的制品的最大质量，是注射机的一个重要参数。注射压力的作用是克服已塑化好的熔料 从料筒中注入模腔所遇到的一切阻力，并使制品具有一定的密度。塑化能力应保证在最高生产率的情况下 对塑化物料的供应，它受注射量和注射机生产率的限制。注射速度是指注射时螺杆或柱塞的轴向移动速 度；而注射速率则是指注射机单位时间内的最大注射量，即螺杆或柱塞的横截面积与其前进速度的乘积。 锁模力是指注射机合模机构对模具所能施加的最大夹紧力。橡胶注射成型对原料的要求？十二、硫