2021自考《材料加工和成型工艺》习题集及答案

2021自考《材料加工和成型工艺》习题集及答案

一、选择题

1.为了防止铸件过程中浇不足以及冷隔等缺陷产生，可以采

用的工程措施有（）0

A.减弱铸型的冷却能力；B.增加铸型的直浇口高度；

C.提高合金的浇注温度；D.A、B和C;£5和0。

2.顺序凝固和同时凝固均有各自的优缺点。为保证铸件质

量，通常顺序凝固适合于（），而同时凝固适合于（）。

A.吸气倾向大的铸造合金；B.产生变形和裂纹倾向大的铸

造合金；

C.流动性差的铸造合金；D.产生缩孔倾向大的铸造合金。

3.铸造应力过大将导致铸件产生变形或裂纹。消除铸件中残

余应力的方法是（兀消除铸件中机械应力的方法是（）o

A.采用同时凝固原则；B.提高型、芯砂的退让性；

C.及时落砂；D.时效处理。

4.合金的铸造性能主要是指合金的（）和（）。

A.充型能力；B.流动性；G收缩；

D.缩孔倾向；E.应力大小；F.裂纹倾向。

6.如图2-2所示应力框铸件。浇注并冷却到室温后，各杆的

应力状态为（）。若用钢锯沿A-A线将。30杆锯断，此时断口间

除将（）。断口间隙变化的原因是各杆的应力（），导致。30杆（），

。10杆（）o

图2-2

A.增大；B.减小；C.消失；D.伸长；E.缩短;F.不变；

G.（D30杆受压，。10杆受拉；H.。30杆受拉，。10杆受压。

7.常温下落砂之前，在下图所示的套筒铸件中（）。常温下

落砂以后，在该铸件中（）o

A.不存在铸造应力；

B.只存在拉应力；

C.存在残余热应力；

D.只存在压应力；

E.存在机械应力；

F."E。

8.铸铁生产中，为了获得珠光体灰口铸铁，可以采用的方法

有（）o

A.孕育处理；B.适当降低碳、硅含量；

C.适当提高冷却速度；D.A、B和C;£5和0。

9.HTI00、KTH300-06.QT400-18的力学性能各不相同，主

要原因是它们的（）不同。

A.基体组织；B.碳的存在形式；C.石墨形态；D.铸造性能。

10.灰口铸铁（HT）、球墨铸铁（QT）、铸钢（ZG）三者铸造性能

的优劣顺序（）；塑性的高低顺序为（）o

A.ZG>QT>HT;B.HT>QT>ZG;

C.HT>ZG>QT;D.QT>ZG>HTO

（注：符号表示“优于”或“高于”；）

11.冷却速度对各种铸铁的组织、性能均有影响，其中，对（）

影响最小，所以它适于产生厚壁或壁厚不均匀的较大型铸件。

A.灰铸铁；B.孕育铸铁；C.可锻铸铁；D.球墨铸铁。

12.如图4-1所示的零件采用砂型铸造生产毛坯。与图中所

示的I、II、川、IV分型方案相适应的造型方法分别为（）、（）、

（）、（）o其中较合理的分型方案是（）0

A.整模造型；B.分模造型；C.活块造型；D.挖砂造型；E.三

箱造型。

图4-1

13.用化学成分相同的铸造合金浇注相同形状和尺寸的铸

件。设砂型铸造得到的铸件强度为。砂;金属型铸造的铸件强度

为。金;压力铸造的铸件强度为。压，贝比（）。

A.ct砂=。金=。压；B.o金〉ct砂〉a压；

C.。压金砂；D.。压砂金。

15.在铸造条件和铸件尺寸相同的条件下，铸钢件的最小壁

厚要大于灰口铸铁件的最小壁厚，主要原因是铸钢的（）。

A.收缩大；B.流动性差；C.浇注温度高；D.铸造应力大。

17.绘制铸造工艺图时，浇注位置选择的原则之一是将铸件

的大平面朝下，主要A.缩孔；B.浇不足；C.气孔;D.夹砂。

18.钢制的拖钩如图6-1所示，可以用多种方法制成。其中，

拖重能力最大的是（）o

图6-1

A.铸造的拖钩;B.锻造的拖钩；

C.切割钢板制成的拖钩。

19.有一批经过热变形的锻件，晶粒粗大，不符合质量要求,

主要原因是（）。

A.始锻温度过高；B.始锻温度过低；

C.终锻温度过高；D.终锻温度过低。

21.有一批连杆模锻件，经金相检验，发现其纤维不连续，

分布不合理。为了保证产品质量应将这批锻件（）。

A.进行再结晶退火；B.进行球化退火；

C.重新加热进行第二次锻造；D.报废。

22.经过热变形的锻件一般都具有纤维组织。通常应使锻件工作

时的最大正应力与纤维方向（）；最大切应力与纤维方向（）o

A.平行；B.垂直；C.呈45°角；D.呈任意角度均可。

23.碳的质量分数（含碳量）大于0.8%的高碳钢与低碳钢相

比，可锻性较差。在选择终锻温度时，高碳钢的终锻温度却低于

低碳钢的终锻温度;其主要原因是为了（）o

A.使高碳钢晶粒细化提高强度；B.使高碳钢获得优良的表

面质量；

C.打碎高碳钢内部的网状碳化物。

26.锻造圆柱齿轮坯100件，为提高生产率决定采用胎模锻。

应选用（）o

A.扣模；B.合模；C.筒模。

27.平锻机上模锻所使用的锻模由三部分组成，具有两个相

互垂直的分模面，因此平锻机最适于锻造（）。

A.连杆类锻件；B.无孔盘类锻件；C.带头部杆类锻件；D.A

和Co

28.拉深变形在没有压板的条件下，板料进入凹模前受（）。

在有压板的条件下，板料进入凹模前受（）。

A.两向拉应力，一■向压应力；B.一向拉应力，一向压应力；

C.两向压应力，一向拉应力；D.三向压应力。

30.大批量生产外径为。50mm,内径为25mm,厚为2mm的

零件。为保证孔与外圆的同轴度应选用（）。

A.简单模；B.连续模；C.复合模。

31.设计冲孔凸模时，其凸模刃口尺寸应该是（）。

A.冲孔件尺寸；B.冲孔件尺寸+2z（z为单侧间隙）；

C.冲孔件尺寸-2z;D.冲孔件尺寸-z。

32.熔化焊过程中必须采取保护措施。如果保护不好，空气

侵入到液态金属中，就会带来许多不利影响。例如，氧会使焊缝

金属（）、（）且产生（）；氮会使焊缝金属（），产生（）；而氢会

引起焊缝金属产生（）和（）。

A.气孔;B.冷裂纹;C.热裂纹;D.强度下降;E.塑性和韧性下

降。

33.下列几种牌号的焊条中，（）和（）只能采用直流电源进

行焊接。

A.结422;B.结502;C.结427;D.结506;E.结607；F.结423。

35.气体保护焊的焊接热影响区一般都比手工电弧焊的小，

原因是（）。

A.保护气体保护严密；B.焊接电流小；

C.保护气体对电弧有压缩作用；D.焊接电弧热量少。

36.氨弧焊的焊接质量比较高，但由于焊接成本高，所以（）

一般不用氨弧焊焊接。

A.铝合金一般结构；B.不锈钢结构;C.低碳钢重要结构；D.

耐热钢结构。

38.焊接梁结构，焊缝位置如图10-1所示，结构材料为16Mn

钢，单件生产。上、下翼板的拼接焊缝A应用（）方法和（）焊接

材料;翼板和腹板的四条长焊缝B宜采用（）方法焊接，使用的焊

接材料为（）;筋板焊缝C应采用（）方法焊接，焊接材料为（）。

A.埋弧自动焊；B.手工电弧焊；C.氢弧焊；D.电渣焊；E.

结507；

F.结422;G.结427;H.H08MnA和焊剂431;I.H08MnSiA;

J.H08A和焊剂130o

图10-1

39.下列塑料中属于热塑性塑料的有（F）,属于热固性塑料

的有（C）;属于通用塑料的有（F）,属于工程塑料的有（A）o

A.聚碳酸酯、聚甲醛、聚酰胺;B.聚氯乙烯、酚醛塑料、聚

酰胺、聚甲醛；

C.酚醛塑料、腺醛塑料；D.腺醛塑料、聚碳酸酯、聚酰胺、

聚甲醛；

E.聚乙烯、聚丙烯、聚氟乙烯；F.聚乙烯、聚丙烯、聚苯乙

烯、聚氟乙烯。

40.对于线型聚合物，在注射成形时应加热到（E）,在挤出

成形时应加热到（B）,在中空成形时应加热到（D）o

A.Tg温度附近；B.Tf温度附近；C.玻璃态；

D.高弹态；E.黏流态。

41.聚合物取向后性能要发生变化，其中线膨胀系数在取向

方向上与未取向方向上相比（B）o

A.大；B.小；C.不变。

42.聚合物中晶区与非晶区的折光率不相同，当聚合物晶相

密度比非晶密度大时，随结晶度增加时，透明度（B）。

A.增加；B.减少；C.不变。

二、填空：

2.根据加工过程物质流中物质形态变化情况的不同，可以将

材料成形过程及其工艺分为三种类型，分别为材料质量（）、材

料质量（）和材料质量（）o

3.铸造的浇注条件包括（）、（）和（）等因素。

6.单晶体的塑性变形有两种基本方式，即（）和（）。

8.金属的塑性成形性能反映了金属材料对塑性变形加工的

适应性，通常用金属的（）和（）这两个因素来衡量金属塑性加工

的成形性能。

9.焊接方法可以分三大类，分别是（）（）和（）。

10.焊接时一般都要对被焊区进行保护，以防空气的有害作

用。手工电弧焊采用（）保护;埋弧自动焊采用（）保护；氢弧焊的

保护措施是（）；而在钎焊过程中则利用（）来进行保护。

11.常用的特种铸造方法有（）、（）、（）、低压铸造、离心

铸造等。

12.下图浇注系统分别由1（）、2（）、3（）、4（）四部分组

成。

1

图4

13.冒口的主要作用是（），此外还有（）和（）的作用。

14.自由锻的工序可分为（）、（）、（）三大类。

15.钎焊按钎料熔点不同分为（）和（）o

16.粉末冶金过程中的三个基本工序是（）、（）和（）。

20.线型非晶态聚合物大分子链的热运动随温度变化而其状

态不同，随温度升高线型非晶态聚合物分别表现出（）（）（）（,

21.塑料的成形性能是指塑料在加工中表现出来的工艺性

能，主要包括（）、（）、（）、（）等。

三、判断题：

2.合金收缩经历三个阶段。其中，液态收缩和凝固收缩是铸

件产生缩孔、缩松的基本原因，而固态收缩是铸件产生内应力、

变形和裂纹的主要原因。（）

4.为了防止铸件产生裂纹，在零件设计时，力求壁厚均匀；

在合金成分上应严格限制钢和铸铁中的硫、磷含量;在工艺上应

提高型砂及型芯砂的退让性。（）

6.铸造合金在冷却过程中产生的收缩分为液态收缩、凝固收

缩和固态收缩。共晶成分合金由于在恒温下凝固，即开始凝固温

度等于凝固终止温度，结晶温度范围为零。因此，共晶成分合金

不产生凝固收缩，只产生液态收缩和固态收缩，具有很好的铸造

性能。（）

7.气孔是气体在铸件内形成的孔洞。气孔不仅降低了铸件的

力学性能，而且还降低了铸件的气密性。（）

8.用某成分铁水浇注的铸件为铁素体灰口铸铁件。如果对该

成分铁水进行孕育处理，可以获得珠光体灰口铸铁，从而提高铸

件的强度和硬度。（）

9.就HT100、HT150、HT200而言，随着牌号的提高，C、Si

和Mn含量逐渐增多，以减少片状石墨的数量，增加珠光体的数

量。（）

10.可锻铸铁的强度和塑性都高于灰口铸铁，所以适合于生

产厚壁的重要铸件。（）

11.孕育处理是生产孕育铸铁和球墨铸铁的必要工序，一般

采用硅的质量分数（含硅量）为75%的硅铁合金作孕育剂。孕育处

理的主要目的是促进石墨化，防止产生白口，并细化石墨。但由

于两种铸铁的石墨形态不同，致使孕育铸铁的强度和塑性均低于

球墨铸铁。（）

12.灰口铸铁由于组织中存在着大量片状石墨，因而抗拉强

度和塑性远低于铸钢。但是片状石墨的存在，对灰口铸铁的抗压

强度影响较小，所以灰口铸铁适合于生产承受压应力的铸件。

（）

13.芯头是砂芯的一个组成部分，它不仅能使砂芯定位、排

气，还能形成铸件内腔。（）

14.机器造型时，如零件图上的凸台或筋妨碍起模，则绘制

铸造工艺图时应用活块或外砂芯予以解决。（）

15.若砂芯安放不牢固或定位不准确，则产生偏芯；若砂芯排

气不畅，则易产生气孔;若砂芯阻碍铸件收缩，则减少铸件的机

械应力和热裂倾向。（）

16.分型面是为起模或取出铸件而设置的，砂型铸造、熔模

铸造和金属型铸造所用的铸型都有分型面。（）

18.熔模铸造一般在铸型焙烧后冷却至600〜700℃时进行

浇注，从而提高液态合金的充型能力。因此，对相同成分的铸造

合金而言，熔模铸件的最小壁厚可小于金属型和砂型铸件的最小

壁厚。（）

19.为避免缩孔、缩松或热应力、裂纹的产生，零件壁厚应

尽可能均匀。所以设计零件外壁和内壁，外壁和筋，其厚度均应

相等。（）

20.零件内腔设计尽量是开口式的，并且高度H与开口的直

径D之比（H/D）要大于1,这样造型时可以避免使用砂芯，内腔

靠自带砂芯来形成。（）

21.压力加工是利用金属产生塑性变形获得零件或毛坯的一

种方法。在塑性变形的过程中，理论上认为金属只产生形状的变

化而其体积是不变的。（）

22.把低碳钢加热到1200℃时进行锻造，冷却后锻件内部晶

粒将沿变形最大的方向被拉长并产生碎晶o如将该锻件进行再结

晶退火，便可获得细晶组织。（）

23.将化学成分和尺寸相同的三个金属坯料加热到同一温

度，分别在空气锤、水压机和高速锤上进行相同的变形，其变形

抗力大小应相同。（）

24.在外力作用下金属将产生变形。应力小时金属产生弹性

变形，应力超过。s时金属产生塑性变形。因此，塑性变形过程

中一定有弹性变形存在。（）

25.只有经过塑性变形的钢才会发生回复和再结晶。没有经

过塑性变形的钢，即使把它加热到回复或再结晶温度以上也不会

产生回复或再结晶。（）

26.塑性是金属可锻性中的一个指标。压力加工时，可以改变变

形条件;但不能改变金属的塑性。（）

27.冷变形不仅能改变金属的形状，而且还能强化金属，使

其强度、硬度升高。冷变形也可以使工件获得较高的精度和表面

质量。（）

28.某一批锻件经检查，发现由于纤维组织分布不合理而不

能应用。若对这批锻件进行适当的热处理，可以使锻件重新得到

应用。（）

30.自由锻是单件、小批量生产锻件最经济的方法，也是生

产重型、大型锻件的唯一方法。因此，自由锻在重型机械制造中

具有特别重要的作用。（）

33.如图8-1所示锻件，采用锤上模锻生产。从便于锻模制

造，锻件容易出模的角度考虑分模面应选在a-a。（）

34.锻模中预锻模膛的作用是减少终锻模膛的磨损，提高终

锻模膛的寿命。因此预锻模膛不设飞边槽，模膛容积稍大于终锻

模膛，模膛圆角也较大，而模膛斜度通常与终锻模膛相同。（）

35.板料冲压落料工序中的凸、凹模的间隙是影响冲压件剪

断面质量的关键。凸、凹模间隙越小，则冲压件毛刺越小，精度

越高。（）

36.板料弯曲时，弯曲后两边所夹的角图8-1

度越小，则弯曲部分的变形程度越大。（）

37.拉深过程中坯料的侧壁受拉应力。拉应力的大小与拉深

系数有关，拉深系数越大，则侧壁所受的拉应力越大。（）

38.受翻边系数的限制，一次翻边达不到零件凸缘高度要求

时，则可以进行多次翻边。（）

39.焊接电弧是熔化焊最常用的一种热源。它与气焊的氧乙

块火焰一样，都是气体燃烧现象，只是焊接电弧的温度更高，热

量更加集中。（）

40.焊接应力产生的原因是由于在焊接过程中被焊工件产生

了不均匀的变形，因此，防止焊接变形的工艺措施，均可减小焊

接应力。（）

41.焊接应力和焊接变形是同时产生的。若被焊结构刚度较

大或被焊金属塑性较差，则产生的焊接应力较大，而焊接变形较

小。（）

42.手工电弧焊过程中会产生大量烟雾，烟雾对焊工的身体

有害，因此，在制造焊条时，应尽量去除能产生烟雾的物质。（）

43.埋弧自动焊焊接低碳钢时，常用H08A焊丝和焊剂431。

当焊剂431无货时，可用焊剂230代替。（）

44.手工电弧焊、埋弧自动焊、氨弧焊、C02气体保护焊均

可焊接一定直径的环焊缝。（）

46.焊接中碳钢时，常采用预热工艺。预热对减小焊接应力

十分有效。同时，预热也可防止在接头上产生淬硬组织。（）

48.热塑性塑料是在一定温度范围内可反复加热软化、冷却

后硬化定形的塑料，如：聚乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯、酚醛塑料

等。（）

49.价格便宜，能承受一定的载荷，具有较高的强度和刚度

及尺寸稳定性的塑料，属于工程塑料。（）

51.聚合物在成形加工过程中，会有不同程度的分子取向。

分子取向后，沿拉伸方向的力学强度随取向程度提高而增大，垂

直于取向方向的力学强度显著降低。当制品冷却定形后，这些被

冻结的取向结构就会导致制品产生内应力。（）

52.聚合物的降解是指聚合物在成形、贮存或使用过程中，

由于外界因素的作用导致聚合物分子量降低、分子结构改变，并

因此削弱制品性能的现象。（）

53.在注塑成形过程中，塑料由高温熔融状态冷却固化后，

体积有很大收缩，为了防止由于收缩引起内部空洞及表面塌陷等

缺陷，必须有足够的保压压力和保压时间。（）

54.在塑料制品成形过程中，模具温度、制件厚度、注射压

力、充模时间等对大分子取向度的影响较为显著，其中制件厚度

越大、注射压力越大，制件中大分子的取向度越大。（）

56.橡胶成形加工中硫化是非常重要的环节，硫化过程是将

已经素炼的胶与添加剂均匀混合的过程。（）

四、简答：1.分别区分”通用塑料”和“工程塑料“，“热塑性

塑料”和“热固性塑料"，”简单组分高分子材料”和“复杂组

分高分子材料”，并请2~3例.

根据塑料的用途不同分为通用塑料和工程塑料

通用塑料是指产量大,价格低，应用范围广的塑料,主要包括

聚烯烧，聚氯乙烯，聚苯乙烯，酚醛塑料和氨基塑料五大品种.人

们日常生活中使用的许多制品都是由这些通用塑料制成.

工程塑料是只拉伸强度大于50MPa,冲击强度大于6kJ/m2,

长期耐热温度超过100℃的刚性好，蠕变小.自润滑，电绝缘，耐

腐蚀等，等可作为工程结构材料和代替金属制造机器零部件等的

塑料.例如聚酰胺，聚碳酸酯，聚甲醛,ABS树脂，聚四氟乙烯，聚

酯，聚碘,聚酰亚胺等.工程塑料具有密度小，化学稳定性高，机械

性能良好，电绝缘性优越,加工成型容易等特点，广泛应用于汽车,

电器，化工,机械，仪器，仪表等工业，也应用于宇宙航行，火箭，导

弹等方面.

根据受热后发生的形态变化，可将高分子化合物分为热塑性

塑料和热固性塑料两大类。

热塑性塑料在受热后会从固体状态逐步转变为流动状态。这

种转变理论上可重复无穷多次。或者说，热塑性高分子是可以再

生的。聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯、聚苯乙烯和涤纶树脂等均为

热塑性塑料。

热固性塑料在受热后先转变为流动状态，进一步加热则转变

为固体状态。这种转变是不可逆的。换言之，热固性高分子是不

可再生的。能通过加入固化剂使流体状转变为固体状的高分子，

也称为热固性高分子。典型的热固性塑料如：酚醛树脂、环氧

树脂、氨基树脂、不饱和聚酯、聚氨酯、硫化橡胶等。

由一种单体聚合而成的聚合物称为均聚物或简单组分高分

子材料。聚合物也可由两种或两种以上的单体共同聚合而成。如

PE,PP,PC等

由两种或两种以上单体聚合而成的聚合物称为共聚物或复

杂组分高分子材料。根据各种单体单元在分子链中的排列状况，

可将共聚物分为无规共聚物、交替共聚物、嵌段共聚物、接枝共

聚物等。通过普通的聚合方法，只能得到无规共聚物和交替共聚

物，嵌段共聚物和接枝共聚物必须通过特殊方法制备。共聚是

高分子化合物改性的重要方法之一。如ABS,PA6/滑石粉等.

2.什么是聚合物的结晶和取向？它们有何不同？研究结晶和

取向对高分子材料加工有何实际意义？

结晶聚合物结晶过程与小分子化合物相似，要经历晶核形

成和晶粒生长两过程。温度高于熔点Tm,高分子处于熔融状态，

晶核不易形成;低于Tg,高分子链运动困难，难以进行规整排列，

晶核也不能生成，晶粒难以生长。高分子形成结晶的能力要比大

分子弱得多。相当大的一部分高分子是不结晶或很难结晶的。能

结晶的称为结晶性高分子，不能结晶的称为非结晶性高分子。要

注意结晶性高分子与结晶高分子的区别，例如聚对苯二甲酸乙二

醇酯是结晶性高分子，但如果没有适当的结晶条件例如从熔体骤

冷，得到的是非晶态，此时不能称为结晶高分子。也就是说结晶

能力除了高分子的结构因素外还有温度等外界因素。结晶形态主

要有球晶、单晶、伸直链晶片、纤维状晶、串晶、树枝晶等。球

晶是其中最常见的一种形态。

取向p38高分子和它的链段本身具有较大的长度，因此在

空间上必然指向一定的方向。当高分子链段在空间随机取向时，

由概率论可知，此时分子或分子链段指向各个方向的几率是相同

的。在宏观上，高分子的这种取向方式使高分子聚合物在各个方

向上呈现相同的品质，即各向同性性质。高分子链段也可能沿某

些方向规整地周期性排列，从而形成高分子晶体。在一些条件下,

如外力，流动等，相当数量的高分子链段会平行指向同一方向，

由此形成的高分子聚集态结构被称作取向态结构。高分子链段平

行地向同一方向排列的现象叫做高分子聚合物的取向。

3.请说出晶态与非晶态聚合物的熔融加工温度范围，并讨论

两者作为材料的耐热性好坏.

玻璃态高分子不宜进行引起大变形的加工，表现为坚硬的固

体，但可通过车、铳、肖k刨等进行加工。在玻璃化温度Tg以

下的某一温度，材料受力容易发生断裂破坏，这一温度称为脆化

温度，它是材料使用的下限温度。

在Tg以上的高弹态，高分子的模量减少很多，形变能力显

著加大。在Tg-Tf温度区靠近Tf,由于高分子的粘性很大，可

进行某些材料的真空成型、压力成型、压延和弯曲成型等。把制

品温度迅速冷却到Tg以下温度是这类加工过程的关键。Tg是选

择合理应用材料的重要参数，同时也是大多数高分子加工的最低

温度。

在Tf以上，高分子化合物转变为粘流态，通常又将这种液

体状态的高分子称为熔体。材料在Tf以上不高的温度范围表现

出类橡胶流动行为。这一转变区域通常用来进行压延成型、某些

挤出成型和吹塑成型等。比Tf更高的温度使分子热运动大大激

化，材料模量降到最低值，这时高分子熔体形变的特点是不大的

外力就能引起宏观流动，这时形变中主要是不可逆的粘性变形，

冷却高分子就能将形变永久保持下来，这一温度范围常用来进行

熔融纺丝、注射、挤出、吹塑和贴合等加工。过高的温度将使高

分子的粘度大大降低，不适当的增大流动性容易引起溢料、形状

扭曲、毛丝断裂等现象。温度高到分解温度Td附近还会引起高

分子化合物的分解，以致降低产品物理机械性能或引起外观不

良。

高分子在加工过程中常受到挤压作用，可挤压性是指高分子

化合物通过挤压作用变形时获得形状和保持形状的能力。在挤压

过程中，高分子熔体主要受到剪切作用，故可挤压性主要取决于

熔体的剪切粘度和拉伸粘度。大多数高分子化合物熔体的粘度随

剪切力或剪切速率增大而降低。如果挤压过程材料的粘度很低，

虽然材料有良好的流动性，但保持形状的能力较差；相反，熔体

的剪切粘度很高时则会造成流动和成型的困难。材料的挤压性质

还与加工设备的结构有关。挤压过程高分子熔体的流动速率随压

力增大而增加，通过流动速率的测量可决定加工时所需要的压力

和设备的几何尺寸。材料的挤压性质与高分子的流变性，熔融指

数和流变速率密切有关。

4.什么是结晶度?结晶度的大小对聚合物性能有哪些影响？

聚合物即使结晶，也不是分子链的所有结构单元都参与结

晶，总有一部分高分子链或链的一部分处于非晶态，即在通常条

件下所获得的结晶性聚合物并不是100%的完全结晶的，即分子

链的结晶多少称为结晶度。

结晶性不同，性能也不一样，随结晶度提高，密度、熔点、

拉伸强度、硬度增强，但拉伸率、冲击韧性下降。

5.何谓聚合物的二次结晶和后结晶？

二次结晶：是指一次结晶后，在一下残留的非结晶区和结晶

不完整的部分区域内，继续结晶并逐步完善的过程。

后结晶：是指聚合物加工过程中一部分来不及结晶的区域，

在成型后继续结晶的过程。

6.聚合物在成型加工过程中为何么会发生取向？成型时的取向

产生的原因及形式有哪几种?取向对高分子材料制品的性能有何

影响？P38

主要受到剪切舆拉伸力的影聚合物成型中的取向

一、聚合物的取向机理

聚合物分子和某些纤维状填料，由于结构上悬殊的不对称

性，在成型过程中受到剪切流动或受力拉伸时不可避免地沿受力

方向作平行排列，称为取向作用。取向态与结晶态都与大分子的

有序性有关，但它们的有序程度不同，取向是一维或二维有序，

而结晶则是三维有序。取向有单轴取向和双轴取向之分。

聚合物大分子的取向（包括流动取向和拉伸取向）有链段取

向和分子链取向两种类型。链段取向可以通过单键的内旋转造成

的链段运动来完成，在高弹态就可进行；而整个大分子链的取向

需要大分子各链段的协同运动才能实现，只有在粘流态才能进

行。取向过程是链段运动的过程，必须克服聚合物内部的粘滞阻

力，链段与大分子链两种运动单元所受的阻力大小不同，因而取

向过程的速度也不同。在外力作用下最早发生的是链段的取向，

进一步才发展成为大分子链的取向。

取向过程是大分子链或链段的有序化过程，而热运动却是使

大分子趋向紊乱无序，即解取向过程。取向需靠外力场的作用才

得以实现，而解取向却是一个自发过程。取向态在热力学卜是一

种非平衡态，一旦除去外力，链段或分子链便自发解取向而恢复

原状。因此，欲获得取向材料，必须在取向后迅速降温到玻璃化

温度以下，将分子链或链段的运动冻结起来。当然，这种冻结属

于热力学非平衡态，只有相对的稳定性，时间拉长、特别是温度

升高或聚合物被溶剂溶胀时，仍然栗发生解取向。

对结晶聚合物来说，除了非晶区可能发生分子链或链段的取

向外的取向。

二、流动取向和拉伸取向

取向过程可分为两种，一是大分子链、链段和纤维填料在剪

切流动过程中沿流动方向的流动取向，另一种是分子链、链段、

晶片、晶带等结构单元在拉伸应力作用下沿受力方向的拉伸取

向。

1、流动取向

流动取向是伴随聚合物熔体或浓溶液的流动而产生的，无论

哪种成型方法，影响取向的外界因素以及因取向在制品中造成的

后果基本上是一致的。

图1-12所示的是注射模塑长方形制品采用双折射法实测的

取向分布规律;在矩形试样的纵向，取向程度从浇口起顺着料流

方向逐渐升高，达最大点（靠近浇口一边）后又逐渐减小;在矩形

试样的横向，取向程度由中心向四周递增，但取向最大处不是模

壁的表层而是介于中心与表层的次表层。

流动取向是与剪切应力有关的流动的速度梯度诱导而成的。

当外力消失或减弱时，分子的取向又会被分子热运动所摧毁，聚

合物大分子的取向在各点上的差异是这两种对立效应的净结果。

当塑料熔体由浇口压入模腔时，与模壁接触的一层，因模温较低

而冻结。从纵向看，由于导致塑料流动的压力在入模处最高，而

在料流的前锋最低，因而由压力梯度所决定的剪切应力势必将诱

导大分子的定向程度在模腔纵向呈递减分布。但定向最大处却不

在浇口四周，而在距浇门不远的位置上，因为塑料熔体注入模腔

后最先充满此处，有较长的冷却时间，冻结层形成后，分子在这

里受到的剪切应力也最大，所以取向程度也最高。从横向看，由

于剪切应力的横向分布规律是靠壁处最大，中心处最小.其取向

程度的分布本应在靠壁处最大，中心处最小，但由于取向程度低

的前锋料遇到模壁被迅速冷却而形成无取向或取向甚小的冻结

层，从而使得横向取向程度最大处不在表层而是次表层。

为了改善制品的性能，在聚合物中常加入一些纤维状或粉状

填料，由于这些填料几何形状的不对称性，在注射模塑或传递模

塑的流动过程中，纤维轴与流动方向总会形成一定夹角，其各部

位所处的剪切应力不同，直至填料的长袖方向与流动方向完全相

同为止而取向。关于纤维状填料的取向，以压制扇形儿状物为例

来说明，见图172。经测试表明，扇形试样在切向方向上的抗

拉强度总是大于径向方向上的，而在切向力向上的收缩率和后收

缩率又往往小于径向。基于实测和显微分析的结果，可推断出填

料在模压过程中的位置变更情况是按图1-12中的1至6的顺序

进行的：含有纤维状填料的流体的流线自浇口处沿半径方向散

开，在模腔的中心部分流速最大，当熔体前沿遇到阻断力（如模

壁）后，其流动方向改变为与阻断力垂直，最后填料形成同心环

似的排列。

图1-12注射成型时聚合物熔体中纤维状填料在扇形制件中的流动取向

过程

2、拉伸取向

聚合物在拉伸应力作用下的普弹形变是由其分子的键角扭

变和分子链的伸长所造成在应力消除后形变马上消失，是一种形

变值较小的可逆形变.在拉伸取向时可忽略高弹拉伸发生在玻璃

化温度附近及拉伸应力小于屈服应力的情况下，拉伸时的取向主

要是链段的形变和位移，这种链段取向程度低（见图1-13）,取

向结构不稳定。

去取向链或8t同大分子取向

图1-13非晶态聚合物的取向

当拉伸应力大于屈服应力时，塑性拉伸在玻璃化温度附近即

可发生，此时，拉伸应力部分用于克服屈服应力，剩余应力是引

起塑性拉伸的有效应力，它迫使高弹态下大分子作为独立结构单

元发生解缠和滑移，使材料由弹性形变发展为塑性形变，从而得

到高而稳定的取向结构。在工程技术，塑性拉伸多在玻璃化温度

到熔融温度之间，随着温度的升高，材料的模量和屈服应力均降

低，所以在较高的温度下可降低拉伸应力和增大拉伸率。温度足

够高时，材料的屈服强度几乎不显，在较小的外力下即可得到均

匀而稳定的取向结构，粘性拉伸发生在tf（或tm）以上，此时很

小的应力就能引起大分子链的解缠和滑移；由于在高温下解取向

发展很快的缘故，有效取向程度低。粘性拉伸与剪切流功引起的

取向作用有相似性.但两者的应力与速度梯度的方向迥然不同：

剪切应力作用时，速度梯度在垂直于流线方向上;拉应力作用时,

速度梯度在拉伸方向上。

拉伸过程中，材料变细，沿拉应力方向上的拉伸速度是递增

的，聚合物的三种拉伸示意图1-14中。

粘流拉伸海弹救仲塑性拉伸

图1-14聚合物的三种拉伸示意图

结晶聚合物拉伸取向通常在适当的温度下进行。由于结晶聚

合物成型时要生长球晶，所以结晶聚合物的拉伸过程实际上是球

晶的形变过程。在受力初期弹性形变阶段，球晶形变而为椭球形。

继续拉伸则为不可逆形变阶段，此时球晶变为带状，拉应力一方

面使晶片之间产生滑移。倾斜并使部分片晶转而取向；另一方面

将链状分子从片晶中拉出（球晶对形变的稳定性与片晶中链的方

向和拉应力之间形成的夹角有关，当晶轴与拉应力方向相平行

时，即链方向与拉应力方向垂直时，最不稳定），使这部分结晶

熔化，并部分重排和重结晶，与已经取向的小晶片一起形成非常

稳定的纤维结构。

由于结晶结构模型存在着争议，所以对结晶聚合物的取向过

程首先发生在晶区还是在非晶区仍未取得一致意见。但是，从实

验研究得出的一致看法是：晶区的取向比非晶区发展快，而且拉

伸时所需的应力晶区比非晶区大。

7.分别定义“高分子材料”和“塑料”。

高分子材料以高分子化合物为基础的材料。

塑料塑料根据加热后的情况又可分为热塑性塑料和热固

性塑料。

加热后软化，形成高分子熔体的塑料成为热塑性塑料。主要

的热塑性塑料有聚乙烯(PE)、聚丙烯(PP)、聚苯乙烯(PS)、聚

甲基丙烯酸甲酯(PMMA,俗称有机玻璃)、聚氯乙烯(PVC)、尼龙

(Nylon)、聚碳酸酯(PC)、聚氨酯(PU)、聚四氯乙烯(特富龙，

PTFE)、聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET,PETE)。加热后固化，形

成交联的不熔结构的塑料称为热固性塑料。常见的有环氧树脂，

酚醛塑料，聚酰亚胺,三聚氯氨甲醛树脂等。塑料的加工方法包

括注射，挤出，膜压，热压，吹塑等等。

8.高分子材料成型加工的定义与实质.

研究聚合物加工成型的原理与工艺.材料是科学与工业技

术发展的基础。

加工过程中高分子表现出形状、结构、和性质等方面的变化。

形状转变往往是为满足使用的最起码要求而进行的；材料的结构

转变包括高分子的组成、组成方式、材料宏观与微观结构的变化

等；高分子结晶和取向也引起材料聚集态变化，这种转变主要是

为了满足对成品内在质量的要求而进行的，一般通过配方设计、

材料的混合、采用不同加工方法和成型条件来实现。加工过程中

材料结构的转变有些是材料本身