聚合物成型加工习题答案

高分子材料加工工艺

第一章 绪论

1. 材料的四要素是什么？相互关系如何？

答：材料的四要素是：材料的制备(加工) 、材料的结构、材料的性能和材料的使用性能。 这四个要素是相互关联、相互制约的，可以认为：

1) 材料的性质与现象是新材料创造、发展及生产过程中，人们最关注的中心问题。

2) 材料的结构与成分决定了它的性质和使用性能，也影响着它的加工性能。而为了实现某种性质和使用性能，又提出了材料结构与成分的可设计性。

3) 材料的结构与成分受材料合成和加工所制约。

4) 为完成某一特定的使用目的制造的材料(制品) ，必须是最经济的，且符合社会的规范和具有可持续发展件。

在材料的制备(加工) 方法上，在材料的结构与性能关系的研究上，在材料的使用上，各种材料都是相互借鉴、相互渗透、相互补充的。

2. 什么是工程塑料？区分“通用塑料”和“工程塑料”，“热塑性塑料”和“热固性塑料”。 答：按用途和性能分，又可将塑料分为通用塑料和工程塑料。工程塑料是指拉伸强度大于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、耐腐蚀性优良等的、可替代金属用作结构件的塑料。但这种分类并不十分严格，随着通用塑料工程化(亦称优质化) 技术的进展，通过改性或合金化的通用塑料，已可在某些应用领域替代工程塑料。

热塑性塑料一般是线型高分子，在溶剂可溶，受热软化、熔融、可塑制成一定形状，冷却后固化定型；当再次受热，仍可软化、熔融，反复多次加工。例如：PE 、PP 、PVC 、ABS 、PMMA 、PA 、PC 、POM 、PET 、PBT 。

热固性塑料一般由线型分子变为体型分子，在溶剂中不能溶解，未成型前受热软化、熔融，可塑制成一定形状，在热或固化剂作用下，一次硬化成型；一当成型后，再次受热不熔融，达到一定温度分解破坏，不能反复加工。如PF （酚醛树脂）、UF （脲醛树脂）、MF （三聚氰胺甲醛树脂）、EP （环氧树脂）、UP （不饱和树脂）等。

3. 与其它材料相比，高分子材料具有那些特征（以塑料为例）？

答：与其他材料相比，高分子材料有以下特性(以塑料为例) 。

(1)质轻。通常密度在900-2300kg/m3之间。当制成泡沫塑料时，其密度更低，在10-50kg/m3之间。

(2)拉伸强度和拉伸模量较低，韧性较优良。而塑料，尤其是纤维增强的比强度（强度与密度之比）接近或超过金属材料。

(3)传热系数小(约为金属的1/100-1/1000)，可用作优良的绝热材料。泡沫塑料的绝热性能更为优良，被广泛用于冷藏、建筑、节能及其他绝热工程上。

(4)电气绝缘性优良。体积电阻率在1013~1018 Ω∙cm ，介电常数一般小于2，介电损

耗小于l0-4，常用作电气绝缘材料。缺点是易产生并积累静电。

(5)成型加工性优良。适应各种成型方法，多数情况下可以一次成型，毋须经过车、铣、刨等加工工序。必要时也可进行二次加工，但难于制得高精度的制品，且成型条件对制品物理性能的影响较大。

(6)减震、消音性能良好。可作减震、消音材料。

(7)某些塑料具有优良的减磨、耐磨和自润滑性能。但由于其导热性较差、线膨胀系数大，采取有效的散热措施，防止摩擦过程中热量积聚十分必要。

(8)耐腐蚀性能优良。有较好的化学稳定性，对酸、碱、盐溶液、蒸汽、水、有机溶剂等的稳定性能也较好(因品种而异) ，优于金属材料。

(9)透光性良好可作透明或半透明材料。

(10)着色性良好。可制成色彩鲜艳的制品。

(11)可赋予各种特殊的功能如透气性、难燃性、粘结性、离子交换性、生物降解性以及光、热、电、磁等各种特殊性能。

(12)使用过程中易产生蠕变、疲劳、冷流、结晶等现象，长期使用性能较差。

(13)热膨胀系数大。一般为10-4/K；而金属和玻璃、陶瓷分别为10-5/K和10-6/K。当与金属、陶瓷等复合时，必须充分考成两者热膨胀系数的差异。

(14)耐热性（熔点、玻璃化转变温度）较低，使用温度不高。

(15)易燃烧。燃烧时会产生大量黑烟和有毒气体。

4. 获取高分子的手段有那些？

答：高分子化合物的制造：获取高分子化合物的方法大致可分为三种；聚合反应、利用高分子反向和复合化。

a) 聚合反应。利用聚合反应是制造高分子化合物的主要手段。迄今为止，聚合技术已进入成熟期，今后主要的任务是催化剂的改进(如茂金属催化剂等) 和更节约成本的聚合方法(如本体聚合、气相聚合等) 的进一步推广。

b) 高分子反应。利用高分子化合物的化学反应性使之改性亦是一种获取预期性能高分子化合物的方法，今后的工作是功能性高分子的开发。

c) 复合化。复合化是制造高分子化合物的又一种方法。近年来有了显著的发展，特别是采用接枝反应、相容剂等制备的高分子合金，可以获得均聚物无法具备的性能，并能赋予功能性；高分子化合物/无机物填充中偶联剂的使用改善了两组分间界面的亲和能力，提高了材料的力学性能。此两种技术正处于成长期，对于后者，如何使填充剂聚集体分散成初级粒子，并均匀分散在聚合物中是—个重要的课题。而超细颗粒的填充将有可能带来材料性能突破性的发现，引发材料革命，其关键是分散问题。

5. 高分子成型加工的定义。

答：通常是使固体状态(粉状或粒状) 、糊状或溶液状态的高分子化合物熔融或变形，经过模具形成所需的形状，并保持其已经取得的形状，最终得到制品的工艺过程。

6. 简单阐述高分子材料热-机械特征及成型加工的关系。

答：三种物理状态：玻璃态：Tf (Tm )

在T g 以下，高分子材料处于普弹性状态(亦称玻璃态) ，为坚硬的固体。受外力作用形变(普弹形变) 很小，一旦外力消失，形变可以立即恢复。

在T g 以上，高分子材料处于高弹态(亦称橡胶态) ，与普弹态相比，只要较小的外力就可使其发生较大的形变(高弹形变) 。但这种形变是可逆的。

当达到T f (Tm ) 时，高分子材料处于粘流态(亦称流动态) ，此时，只要不太大的外力就可使其发生形变，而且这种形变是不可逆的，外力除去后，仍将继续保持，无法自发恢复。

达到T d ，则高分子材料开始分解。

7. 了解高分子材料的研究设计方法。

答：----高分子材料制备（配料、混合、粒化、粉化） ----成型工艺（塑化，一次，二次成型）

----制品（定型，后加工）

8. 高分子成型加工过程中可能发生那些物理和化学变化。

答：

第二章 高分子材料学

1、高分子链结构中有利于结晶的因素有那些？

答：高分子化合物的链结构指链的对称性，取代基类型、数量与对称性，链的规整性，柔韧性，分子间作用力等。有利于结晶性的因素有：

1) 链结构简单。重复结构单元较小，相对分子质量适中；

2) 主链上不带或只带极少的支链；

3) 主链化学对称性好，取代基不大且对称；

4) 规整性好；

5) 高分子链的刚柔性及分子间作用力适中。

2、为什么聚合物的结晶温度范围是T g ~T m ？

答：当温度低于T g 时，大分子链段运动被冻结，不能发生分子重排和形成结晶结构；而当温度高于T m 时，由于大分子的热运动自由能大于内能，难以形成有序结构，因此，聚合物的结晶温度范围为T g ~T m 。

3、影响结晶的主要成型条件是什么，影响如何？

答：(1)熔融温度和熔融时间：熔体中残存的晶核数量和大小与成型温度有关，也影响结晶速度。成型温度越高，即熔融温度高，如熔融时间长，则残存的晶核少，熔体冷却时主要以均相成核形成晶核，故结晶速度慢，结晶尺寸较大；反之，如熔融温度低，熔融时间短，则残存晶核，熔体冷却时会起到异相成核作用，结晶速度快，结晶尺寸小而均匀，有利于提高机械性能和热变形温度。

所以：T t 长（短）结晶速度慢（快）

(2)成型压力。成型压力增加，应力和应变增加，结晶度随之增加，晶体结构、形态、结晶大小等也发生变化。

应力有利于成核：

应力 大分子取向 诱发成核

低压：生成大而完整的球晶； 高压：生成小而形状不很完整的球晶

(3)冷却速度。成型时的冷却速度(从T m 降低到了T g 以下温度的速度，主要看冷却介质的T c ) 影响制品能否结晶、结晶速度、结晶度、结晶形态和大小等。

T c =Tmax ，缓冷，结晶度提高，球晶大；

T c

T c >Tg ，中速冷，有利晶核生成和晶体张大，性能好。

冷却速度越快，结晶度越小。通常，采用中等的冷却速度，冷却温度选择在T g 一最大结晶速度的温度T max 之间。

因此，应按所需制品的特性，选择合适的成型工艺，控制不同的结晶度。

4、何谓聚合物的二次结晶和后结晶？

答：二次结晶：是指一次结晶后，在残留的非晶区和结晶不完整的部分区域内晶并逐步完善的过程。这个过程相当缓慢，有时可达几年，甚至几十年。

后结晶：是指一部分来不及结晶的区域，在成型后继续结晶的过程，存这一过程中，不形成新的结晶区域，而在球晶界面上使晶体进一步长大，是初结晶的继续。

两者均对性能不利，可通过热处理，加速这两个过程的解决，但不彻底。

5、聚合物在成型过程中为什么会发生取向？成型时的取向产生的原因及形式有哪几种？

答：在成型加工时，受到剪切和拉伸力的影响，高分子化合物的分子链将发生取向，依受力情况，取向作用可分为两类。

流动取向系指在熔融成型或浓溶液成型中，高分子化合物的分子链、链段或其他添加剂，沿剪切流动的运动方向排列。

拉伸取向系指高分子化合物的分子链、链段或微晶等受拉伸力的作用沿受力方向排列。仅受一个方向作用力引起的拉伸取向为单轴拉仲取向(单向拉伸) ；同时受两个相互垂直方向的作用力引起的拉伸作用称双轴拉伸取向(双向拉伸) 。

6、要使聚合物在加工中通过拉伸获得取向结构，应在该聚合物的什么温度下拉伸？ 答：粘流拉伸：条件是T>Tf , 因为温度很高，解取向很快，所以有效取向度低；又因为温度高，粘度低，易造成液流中断。所以，此范围内，拉伸要恒定，不停顿。此种拉伸主要存在于纺丝。

塑性拉伸：条件是T g

高弹拉伸：条件是T g

7、分析并讨论影响热塑性塑料成型加工中熔体粘度的内部和外部因素。

答：聚合物内在因素对熔体粘度的影响：

链结构、极性：分子间力大，极性大，含有支链结构，粘度大。

分子量：分布宽，粘度小。

组成：加入添加剂，分子间作用力降低，粘度降低。

影响熔体粘度的外界因素有以下几个：

(1)温度。温度升高，可使高分子链热运动和分子间的间距增加，从而使熔体粘度下降。

(2)压力。高分子化合物成型时的压力一般在10~300MPa ，熔体粘度对压力也有敏感性。采用提高成型压力提高熔体流量的办法，效果是有限的。压力提高，高分子化合物自由体积减少，分子链间的距离缩小，分子间作用力增大，熔体粘度增高，有时可增大10倍以上。

(3)剪切速率。高分子化合物熔体属假塑性流体，因此，随剪切应力或剪切速率增加熔体粘度下降，即所谓剪切变稀。

8、什么是高分子合金，合金化对性能有何改善？常用的合金化技术有那些？

答：高分子合金是指塑料与塑料或橡胶经物理共混合化学改性后，形成的宏观上均相、微观上分相的一类材料。两种材料进行共混时，可以形成宏观上分相型高分子共混物(其分散相的粒径>1μm) 、微观分相型高分子共混物(其分散相的粒径在0.1~1μm 之间) 和完全相容型高分子共混物。高分子合金即指后两者。

经过合金化，原来单一高分子化合物性能上的某些欠缺可以相互弥补，表现出均衡的综合性能，或可以使某些性能，如物理机械性能，尤其是冲击韧性、加工件能等得到较大的改善，也可赋予材料某些特殊的功能性。

常用的合金化技术有以下几种。

1) 简单共混技术。对完全相容型体系有效；对不相容体系得不到理想的性能，效果很差。

2) 接枝共聚技术。HIPS 、ABS 即属于此类。超韧性尼龙中顺酐化EPDM 与尼龙的端氨基反应生成的起相容剂作用的接技物，也属此类。

3) 多层乳液技术。乳液聚合中，通过聚合条件、单体加料程序的控制，可形成核、壳结构不同的多层乳胶微粒，如用于PVC 改性的MBS 、ACR 等即属此类。

4) 相容剂技术。用此法制得具有稳定做观分相型结构、性能优良的高分子合金。已较广泛的应用。

5) 互穿聚合物网络技术(IPN)。是指形成部分聚合物网络交织、缠结，部分形成微相分离状态的互穿聚合物网络的制备技术。有两个聚合物网络同时形成；先形成一个聚合物网络，再加入单体、交联剂等对其渗透、溶胀，然后引发交联形成第二个聚合物网络；可以是一个热塑性聚合物，一个交联的聚合物网络互相穿插、缠结；也可以是两个热塑性聚合物相互物理缠结而成。

6) 反应挤出技术。是指在挤出机中实现的单体聚合反应或在高分子化合物熔融共混同时实现功能化、接技、交联(硫化) 等化学反应，制备高分子合金的技术。通常采用双螺杆挤出机。因此亦应考虑螺杆转向、长径比、模块形式及排列方式、排气孔位臵及配臵等的影响。PA/EPDM超韧尼龙、PP/EPDM热塑性弹性体等均可列入此类。

7) 分子复合技术。系将少量刚性链高分子化合物均匀分散在柔性链或半刚性链的高分子化合物基体中，形成分子水平的复合，改善材料强度、模量和耐热性等的技术。

8) 力化学技术。利用高剪切力作用下，高分子链的断裂或交联而形成接枝、镊段或交联高分子化合物制造高分子合金的方法。

第三章 高分子用添加剂----作业及答案

1、 高分子材料中添加助剂的目的是什么？

答：满足性能上的要求；满足成型上的要求；满足经济上的要求。

2、什么是热稳定剂？哪一类聚合物在成型加工中须使用热稳定剂？

答：高分子材料在加工和应用的过程中，在外界因素热的作用下，会发生老化过程，发生表面状态、物理机械性能和结构的变化，甚至失去使用价值。为了防止或抑制由老化引起的破坏作用，可采用添加稳定剂使高分子材料稳定化，此法使用最普遍。

热稳定剂主要用于PVC 塑料中，是生产PVC 塑料最重要的添加剂。众所周知，PVC 是热不稳定性的塑料，其加工温度与分解温度相当接近，只有加入热稳定剂才能实现在高温下的加工成型，制得性能优良的制品。

3、抗氧剂的作用和分类是什么，一般在高分子材料中的用量为多少？

答：抗氧剂是指可抑制或延缓高分子材料自动氧化速度，延长其使用寿命的物质。在橡胶工

业中抗氧剂也被称为防老剂。

抗氧剂可被分为两大类：

(1)链终止型抗氧剂。可与自由基R 〃和ROO 〃反应，中断了自动氧化的链增长，ROO 〃的消除抑制了ROOH 的生成和分解，可以认为ROO 〃自由基的消除是阻止降解的关键。所以这类抗氧剂又称主抗氧剂。常见的有受阻酚类、仲芳胺类。

(2)预防型抗氧剂。可除去自由基的来源，抑制或减缓引发反应。故这类抗氧剂又称辅助抗氧剂。这类抗氧剂又可分为两类。

1) 过氧化物分解剂：指能与过氧化物反应并使之转变成稳定的非自由基的物质，常见的有有机亚磷酸酯、硫代二丙酸酯、二硫代氨基甲酸金属盐类等。

2) 金属离子钝化剂(铜抑制剂) ：指能钝化金属离子，减缓氢过氧化物分解作用的物质，主要为酞胺类及酞肪类。

在塑料中抗氧剂的用量为0.1%~1%，而在橡胶中的用量一般为l ~5份。

4、增塑剂的定义，按作用方式分类，增塑剂对高分子材料性能的影响？并请区分“主增塑剂”、“副增塑剂”和“增塑剂相容性”等三个概念。

答：增塑剂是指用以使高分子材料制品塑性增加，改进其柔软性、延伸性和加工性的物质。增塑剂主要用于PVC 树脂中。

按作用方式，有外增塑作用和内增塑作用之分。起外增塑作用的是低分子质量的化合物或聚合物，通常为高沸点的较难挥发的液体或低熔点的固体，且绝大多数为酯类有机化合物。起内增塑作用的通常为共聚树脂，即在均聚物T g 较高的单体中引入均聚物T g 较低的第二单体，进行共聚，降低高分子化合物的有序程度(即结晶度) ，增加分子的柔软性，氯乙烯—醋酸乙烯共聚树脂即为典型的一种。

主增塑剂：在通常的温度范围内，能使高分子化合物迅速凝胶化，并不会从被增塑材料中渗出。常见的为苯二甲酸酯类和磷酸酯类，如邻苯二甲酸二丁酯 (DBP)，邻苯二甲酸二辛酯(DOP)。特点是：与PVC 之比可达到150：100而没有渗出现象。

辅助增塑剂：凝胶化能力低，与高分子化合物之间的相容性有限，一般与主增塑剂并用。一般为脂肪族二元酸酯类和聚酯类增塑剂。

相容性：一般要求溶解度参数相近，为了稳定性要求分子量大些。在实际使用中，以能混进去、不析出来为准则，而不管溶解度参数和分子量，效果好就可以了。

5、内润滑与外润滑的作用机理有何差异。

答：润滑剂是降低熔体与加工机械(如筒体、螺杆) 之间和熔体内部相互同的摩擦和粘附，改善流动性，促进加工成型，提高生产能力和制品外观质量及光洁度等的一类添加剂。

按作用机理可将润滑剂分为两大类。

(1)内润滑剂。利用其与高分子化合物之间一定的相容性，少量可以进入高分子化合物的分子链之间，削弱分子链间的相互作用力，引起滑动和旋转，同时又不过分降低高分子化合物的T g 。

(2)外润滑剂。与高分子化合物相容性极差，只能附着在熔体或加工机械、模具的表面，降低熔体与加工机械之间的摩擦力。

6、橡胶制品为何要使用配合剂？配合剂共分哪几类？

答：高分子材料的交联系过程需要一定条件：主要是加入交联体系，并经过一定的温度、压力和时间。

利用交联反应使线型或轻度支化型的高分子材料转变为体型结构的高分子材料，是制备具有实用价值、较高性能制品的常用手段，橡胶的硫化等等均属于此类。必须指出，由于历史的原因，橡胶的交联过程习惯称为硫化。

橡胶制品的配合剂包括：交联剂、促进剂、活化剂及防焦剂。

7、何谓硫化剂？分哪几类？各自适用的橡胶类型是什么？

答：硫化剂是使聚合物交联起来的配合剂。分为：硫磺（最古老的硫化剂，橡胶工业用得最多，用于含有双键的不饱和橡胶）、含硫化合物（在硫化过程中可以分解出活性硫的物质，作用与硫磺基本等同）、过氧化物（用于饱和橡胶的硫化）、金属氧化物（主要用于含有卤元素的橡胶）等。

8、硫化促进剂的作用及类型？

答：硫化促进剂：硫化促进剂可以缩短胶料硫化时间，提高硫化速度，减少硫磺用量，改善硫化胶物性的一类物质。

促进剂多为有机促进剂。

按化学结构分：噻唑类、秋兰姆类、胍类、次磺酰胺类、硫脲类等。

按与硫化氢的反应性质分：酸性、碱性、中性。

按促进能力分：超促进剂、强促进剂、中促进剂和弱促进剂。

9、活性剂有什么作用？什么是防焦剂？常用品种是什么？

答：硫化活性剂(亦称活化剂、促进助剂) ：用以增加胶料中有机促进剂的活性，充分发挥其效能，以减少促进剂用量或缩短硫化时间的一类物质。常见的是ZnO 和硬脂酸。

防焦剂(亦称硫化延缓剂) ：焦烧是指胶料在硫化前的加工及贮存过程中发生的早期轻度硫化现象。显然，发生焦烧时间(即诱导期) 愈长，胶料的操作安全性愈好。防焦剂足指少量加入即可防止或延迟胶料发生焦烧的物质。主要的品种有：(1)亚硝基化合物类，为目前广泛使用的防焦剂；(2)有机酸类；(3)硫氮类(又称SN 类) 。

10、什么是填充剂和补强剂？它们的区别在哪里？

答：按其所起的作用通常将填充剂分为两大类：一类称增量填充剂(亦称增量剂) ，其主要作用为增加制品的体积，降低成本。以粉状、球状填充剂为主。随着超细颗粒和纳米材料的出现以及各种表面改性技术的发展，尤其是有机／无机复合材料的出现，单纯增量的功能日益减弱；一类是补强性填充剂(亦称补强剂、增强剂) ，其作用主要为提高制品的力学性能，以纤维状、晶须、织物状填料为主。实际上，这两类之间并无严格的界线。

四章 高分子材料的配方设计

1．试分析下列配方，要求：

（1）指出各成分在配方中的作用；

（2）判断制品基本性能，并说出相应的理由。

① PVC 树脂（XS-4）100，邻苯二甲酸二辛酯 10，邻苯二甲酸二丁酯 8，环氧脂肪酸辛酯 3，液体钡-镉 2，硬脂酸钡 0.5，硬脂酸镉 0.3，硬脂酸 0.3，二氧化钛 3

PVC ：基体材料；邻苯二甲酸二辛酯 10，邻苯二甲酸二丁酯 8：增塑剂；

环氧脂肪酸辛酯：适用于 PVC 加工过程中的增塑剂和稳定剂，具优异的耐寒性，与PVC 的相溶性好，该品的分子内环氧基团可吸收PVC 分解出的HCl ，从而起到耐热性和耐光稳定的作用。

液体钡-镉：液体稳定剂；并可减少加工时的粉尘污染；硬脂酸钡 0.5：热稳定剂兼润滑剂； 硬脂酸镉 0.3：用作聚氯乙烯树脂加工中的耐热光透明稳定剂；硬脂酸：润滑剂； 二氧化钛：颜料。

材料的基本性能：具有一定柔韧性的增塑后的塑料。

② 丁腈橡胶 100，硫磺1.5，促进剂M 1.5，促进剂TMTD 0.2， ZnO 5，硬脂酸 1，防老剂4010NA 1，半补强碳黑 60，陶土 30，沥青 5，石蜡1.5

丁腈橡胶：基体材料；硫磺：交联剂；促进剂M ：2-硫醇基苯并噻唑，通用型促进剂； 促进剂TMTD ：二硫化四甲基秋兰姆，超促进剂；ZnO 5，硬脂酸 1：活化剂； 防老剂4010NA ：橡胶防老剂；半补强碳黑 60：补强作用；

陶土 30：填充剂；沥青 5，石蜡1.5：橡胶软化剂。

基本性能：一种补强的硫化橡胶，在室温下处于高弹态度。

2．在生产宽1200：mm ，厚0.5mm 的聚氯乙烯软膜时，采用以下配方：

聚氯乙烯树脂100，三盐基硫酸铅2，硬酯酸钡1.2，硬酯酸铅0.8，邻苯二甲酸二辛酯30，癸二酸二辛酯 10，环氧大豆油5，氯化石蜡5，硬酯酸0.8，碳酸钙8，钛箐兰0.5

问：配方中各组分的作用？配方中树脂、稳定剂、增塑剂、填充剂、润滑剂、颜料各是什么？ 聚氯乙烯树脂：基体材料；三盐基硫酸铅：又名三碱式硫酸铅，3PbO·PbSO4·H2O ，热稳定剂；硬酯酸钡：金属皂类稳定剂，兼有润滑剂作用，相容性差，有多容易喷霜； 硬酯酸铅：稳定剂兼润滑剂作用；

邻苯二甲酸二辛酯30，癸二酸二辛酯 10，环氧大豆油5，氯化石蜡5：增塑剂； 碳酸钙：填充剂；钛箐兰：颜料。

3．高分子材料进行配方设计的一般原则和步骤各是什么？

答：配方设门必须满足以下基本原则：

1) 制品的性能要求；

2) 成型加工性能的要求；

3) 选用的原材料来源容易，产地较近，质量稳定可靠，价格合理；

4) 配方成本应在满足上述三条的前提下，尽量选用质量稳定可靠、价格低的原材料；必要时采用不同品种和价格的原材料复配；适当加入填充剂，降低成本。

配方设计的一般步骤为：

1) 在确定制品性能和用途的基础上，收集高分子化食物和添加剂等各种原材料的资料，初定产外形状、尺寸及各部件的作用及成型加工方法。如能利用已经建成的数据库，则资料将更充整，且获取时也更便捷。

2) 初选材料，并进行配方设计及试验，先可设计若干个配方，进行小样压片试验过性能测试初定合格的配方，再进行扩大试验，确定加工性能。

3) 依获得的材料性能数据或凭经验，进行结构设计(壁厚及其他尺寸) 。

4) 制成实物模型，进行实样试验或模拟试验。

5) 再设计与再试验。如性能不合格，需再筛选配方。

6) 依模型试验相制品成本，进行最终选材和配方设计。

7) 材料规范化(原材料规格、牌号、产地、验收标淮、监测项目和监测方法等) 。

4．配方有哪几种表示方法？各有何作用？

答：配方的表示方法：

常用以下两种方法表示配方。

1、以高分子化合物为100份的配方表示法：

即以高分子化合物质量为100份，其他组分则以相对于高分子化合物的质量份数表示，此法计量容易，应用广泛，适于工业生产，也是大多数科研论文和报告巾的配方表示方法。

2、以混合料为100份的配方表示法

即以高分子化合物及各种添加剂的混合料总质量为100份，各组分以质量分数表示。 除此之外，还有：

1) 以混合料体积为100份表示的配方。 当己知各种组分密度时，可以高分子化合物为l00份的配方很方便地换算出来，然后归一即可。此法常用于按体积计算成本时。

2) 生产配方。即按设备的生产能力，计算出各组分每次的投料质量数。此法便于直接计量，符合生产实际。

第五章 高分子材料的混合与制备

1．物料的混合有哪三种基本运动形式？聚合物成型时熔融物料的混合以哪一种运动形式为主？为什么？

答：混合涉及到三种扩散的基本运动形式，即分子扩散、涡流扩散和体积扩散。

体积扩散，即对流混合。是指流体质点、液滴或固体粒子由系统的一个空间位臵向另一空间位臵的运动，两种或多种组分在相互占有的空间内发生运动，以期达到各组分的均匀分布。在聚合物加工中，这种混合占支配地位。

2．什么是“非分散混合”，什么是“分散混合”， 两者各主要通过何种物料运动和混合操作来实现？

答：非分散混合。在混合中仅增加粒子在混合物中分布均匀性而不减小粒子初始尺寸的过程称为非分散混合或简单混合。

这种混合的运动基本形式是通过对流来实现的，可通过包括塞形流动和不需要物料连续变形的简单体积排列和臵换来达到。

分散混合。是指在混合过程中发生粒子尺寸减小到极限值，同时增加相界面和提高混合物组分均匀性的混合过程。分散混合的目的是把少数组分的固体颗粒和液满分散开来，成为最终粒子或允许的更小颗粒或液滴，并均匀地分布到多组分中，这就涉及少组分在变形粘性

流体中的破裂问题，这是靠强迫混合物通过窄间隙而形成的高剪切区来完成的。

3．混合设备按操作方式、混合过程特征及混合物强度大小，如何分类？

答：混合设备根据其操作方式，一般可分为间歇式和连续式两大类；根据混合过程特征，可分为分布式和分散式两类；根据混合物强度大小，又可分为高强度、中强度和低强度混合设备。

4. 生胶塑炼的目的和机理？机械混炼中机械力、氧和温度的作用各是什么？

答：塑炼的目的：主要是为了获得适合各种加工工艺要求的可塑性，即降低生胶的弹性，增加可塑性，获得适当的流动性，使橡胶与配合剂在混炼过程中易于混合分散均勾；同时也有利于胶料进行各种成型操作。此外，还要使生胶的可塑性均匀一致，从而使制得的胶料质量也均匀一致。

塑炼机理：橡胶经塑炼以增加其可塑性，其实质是橡胶分子链断裂，相对分子质量降低，从而橡胶的弹性下降。

机械力作用：非晶态橡胶分子的构象是卷曲的，分子之间以范德华力相互作用着。在塑炼时，由于受到机械的剧烈摩擦、挤压和剪切的反复作用，使卷曲缠结的大分子链互相牵扯，容易使机械应力局部集中，当应力大于分子链上某一个键的断裂能时，则造成大分子链断裂，相对分子质量降低，因而可获得可塑性。

氧的作用：在实际塑炼过程中，橡胶都与周围空气中的氧接触，氧既可以直接与橡胶大分子发生氧化反应，使大分子氧化裂解，又可以作为活性自由基的稳定剂使自由基转变为稳定的分子，即氧是起着极为重要的双重作用。

温度的作用：温度对橡胶的塑炼效果有很大影响，高温机械塑炼的机理与低温机械塑炼机理是不同的，由于温度较高，橡胶分子和氧都活泼，橡胶大分子主要以氧的直接氧化引发作用导致自催化氧化连锁反应。

高温塑炼时，因为氧化对相对分于质量最大和最小部分同样起作用，所以并不发生相对分子质量分布变窄的情况。

5．天然橡胶的低温机械塑炼的目的及其原理与聚氯乙烯塑料中添加邻苯二甲酸二丁酯的目的及其原理有何异同？

答：天然橡胶的低温机械塑炼的目的是提高天然橡胶的可塑性，便于配合剂在基体中的均匀分布，也有利于后续的成型加工；原理是在主要在机械力的作用下，使大分子链发生断链。

聚氯乙烯塑料中添加邻苯二甲酸二丁酯的目的是为了降低大分子链之间的作用下，提高链段的运动能力，使得玻璃化温度降低，最终制品的韧性增强，柔性增大。

6．何谓橡胶的混炼？用开炼机混炼时三阶段及配合剂的加入次序？

答：混炼就是将各种配合剂与可塑度合乎要求的生胶或塑炼胶在机械作用下混合均匀，制成混炼胶的过程。

开炼机混炼经历包辊、吃粉、翻捣三个阶段。

配合剂加入顺序是混炼主要的工艺条件，为了能在较短的混炼时间里得到质量良好的混炼胶，应根据配合剂的作用、用量及其混炼特性来合理安排加入顺序。一般原则是；难分散的、量少的先加；易分散的、量多的后加；硫化剂和促进剂分开加，以免混在一起加入时因

局部温度过高而使胶料焦烧；硫黄最后加。所以通常配合剂加入顺序为：

生胶一固体软化剂—促进剂、活性剂、防老剂一补强剂、填充剂一液体软化剂—硫黄及超促进剂。

7．何谓胶料混炼过程中产生的结合橡胶？

答：生胶在塑炼时橡胶大分子断链生成自由基，这种情况在混炼时同样会发生。在混炼过程中，橡胶分子断链生成大分子自由基可以与炭黑粒子表面的活性部位结合，也可以与发黑聚集体在混炼时被搓开所产生的具有较高活性的新生面结合，或者已与炭黑结合的橡胶又通过缠结或交联结合更多的橡胶，形成一种不溶于橡胶溶剂的产物--结合橡胶。

8．什么叫塑料的混合和塑化，其主要区别在哪里？

答：这是物料的初混合，是一种简单混合，是在树脂的流动温度以下和较低剪切作用下进行的，在这一混合过程中，只是增加各组分微粒空间的无规则排列程度，而不减小粒子的尺寸。一般是一个间歇操作过程。

塑化物料在初混合基础上的再混合过程，是在高于树脂流动温度和较强剪切作用下进行的。塑化的目的是使物料在温度和剪切力的作用下熔融，获得剪切混合的作用，驱出其中的水分和挥发物，使各组分的分散更趋均匀，得到具有一定可塑性的均匀物料。

9．哪些机械通常用于塑料的初混合？哪些机械用于塑炼？

答：初混合：在大批量生产时，较多使用高速混合机，其适用于固态混合和固液混合。S 型和Z 型捏合机主要适用于固态和液态混合，对物料有较强的撕捏作用，另外还有转鼓式混合机和螺带式混合机。

塑化常用的设备主要是开放式塑炼机、密炼机和挤出机。

10、何谓塑料溶液和溶胶塑料？

答：塑料溶液的主要组成是作为溶质的合成树脂及各种配合剂和作为溶剂的有机溶剂。溶剂的作用是为了分散溶解树脂，使得到的塑料溶液获得流动性。溶剂对制品是没有作用的，只是为了加工而加入的一种助剂，在成型过程中必须予以排出。

溶胶塑料又称糊塑料，是固体树脂稳定地悬浮在非水液体介质中形成的分散体(悬浮体) 。在溶胶塑料中氯乙烯聚合物或共聚物应用最广，通常称聚氯乙烯糊。

溶胶塑料中的非水液体主要是在室温下对树脂溶剂化作用很小而在高温下又很易增塑树脂的增塑剂或溶剂，是分散剂。有时还可加入非溶剂性的稀释剂，甚至有些加入热因性树脂或其单体。除此之外，溶胶塑料还因不同的要求加入胶凝剂、填充剂、表面活性剂、稳定剂、着色剂等各种配合剂，因此，溶液塑料的组成是比较复杂的，其在室温下是非牛顿液体，具有一定流动性。

第六章压制成型

1．何谓热固性塑料的固化速度？固化速率太慢或太快对制品有何影响？

答：这是热固性塑料成型时特有的也是最重要的工艺性能，它是衡量热固性塑料成型时化学反应的速度。它是以热固性塑料在一定的温度和压力下，压制标难试样时，使制品的物理机械性能达到最佳值所需的时间与试件的厚度的比值(s/mm厚度) 来表示，此值愈小，固化速率

愈大。

固化速率应当适中，过小则生产周期长，生产效率低，但过大则流动性下降，会发止塑料尚未充满模具型腔就已固化的现象，就不能适于成型薄壁和形状复杂的制品。

2．简述热固性塑料模压成型的工艺流程中的各步骤。

答：热固性塑料模压成型工艺过程通常由成型物料的准备、成型和制品后处理三个阶段组成，工艺过程见图所示。

1、计量；2、预压；3、预热；4、嵌件安放；5、加料；6、闭模；7、排气；8．保压固化；9、脱模冷却；10、制品后处理；

3．试分析模压温度的高低对模压成型工艺的影响。

答：模压温度是指成型时所规定的模具温度，对塑料的熔触、流动和树脂的交联反应速度有决定性的影响。

在一定的温度范围内，模温升高、物料流动性提高，充模顺利，交联固化速度增加，模压周期缩短，生产效率高。但过高的模压温度会使塑料的交联反应过早开始和固化速度太快而使塑料的熔融粘度增加，流动性下降，造成充模不全。另外一方面，由于塑料是热的不良导体，模温高，固化速度快，会造成模腔内物料内外层固化不一，表层先行硬化，内层固化时交联反应产生的低分子物难以向外挥发，会使制品发生肿胀、开裂和翘曲变形，而且内层固化完成时，制品表面可能已过热，引起树脂和有机填料等分解，会降低制品的机械性能。因此模压形状复杂、壁薄、深度大的制品，不宜选用高模温，但经过预热的塑料进行模压时，由于内外层温度较均匀，流动性好，可选用较高模温。

模压温度过低时，不仅物料流动性差，而且固化速度慢，交联反应难以充分进行，会造成制品强度低，无光泽，甚至制品表面出现肿胀，这是由于低温下固化不完全的表层承受不住内部低分子物挥发而产生的压力的缘故。

4．试述橡胶硫化后的物理机械性能的变化，并解释之。

答：橡胶制品的物理机械性能是分子结构形态和分散在内部的配合剂相互作用的反映，在硫化过程中，分子结构在发生变化，橡胶的物理机械性能也发生变化。当然不同结构的橡胶，在硫化过程中物理机械性能的变化趋势有所不同，但大部分性能的变化基本一致。例如：天然橡胶在硫化过程中，随着线型大分子逐渐变为网状结构，可塑性减小，拉伸强度、定伸强度、硬度、弹性增加，而伸长率、永久变形、疲劳生热等相应减小，但若继续硫化，则出现拉伸强度、弹性逐渐下降，伸长率、永久变形反而会上升的现象。

5．生胶和硫化胶在分子结构及性能上有何不同？

答：在硫化前，橡胶分子是呈卷曲状的线型结构，其分子链具有运动的独立性，大分子之间是以范德华力相互作用的，当受外力作用时，大分子链段易发生位移，在性能上表现出较大的变形，可塑性大，强度不大，具有可溶性。硫化后，橡胶大分子被交联成网状结构，大分子链之间有主价键力的作用，使大分子链的相对运动受到一定的限制，在外力作用下，不易发生较大的位移，变形减小，强度增大，失去可溶性，只能有限溶胀。

(1)物理机械性能的变化。(2)物理性质的变化。(3)化学稳定性的变化。

6．橡胶的硫化历程分为几个阶段？各阶段的实质和意义是什么？

答：橡胶在硫化过程中，其各种性能随硫化时间增加而变化。将与橡胶交联程度成正比的某一些性能(如定伸强度) 的变化与对应的硫化时间作曲线图，可得到硫化历程图。橡胶的硫化历程可分为四个阶段：焦烧阶段、预硫阶段、正硫化阶段和过硫阶段。

焦烧阶段。又称硫化诱导期，是指橡胶在硫化开始前的延迟作用时间，在此阶段胶料尚未开始交联，胶料在模型内有良好的流动性。对于模型硫化制品，胶料的流动、充模必须在此阶段完成，否则就发生焦烧，出现制品花纹不清，缺胶等缺陷。

预硫阶段。焦烧期以后橡胶开始交联的阶段。在此阶段，随着交联反应的进行，橡胶的交联程度逐渐增加，并形成网状结构，橡胶的物理机械性能逐渐上升，但尚未达到预期的水平，但有些性能如抗撕裂性、耐磨性等却优于正硫化阶段时的胶料。预硫阶段的长短反映了橡胶硫化反应速度的快慢，主要取决于胶料的配方。

正硫化阶段。橡胶的交联反应达到一定的程度，此时的各项物理机械性能均达到或接近最佳值，其综合性能最佳。此时交联键发生重排、裂解等反应，胶料的物理机械性能在这个阶段基本上保持恒定或变化很少．所以该阶段也称为平坦硫化阶段。

过硫阶段。正硫化以后继续硫化便进入过硫阶段。交联反应和氧化及热断链反应贯穿于橡胶硫化过程的始终，只是在不同的阶段，这两种反应所占的地位不同，在过硫阶段中往往氧化及热断链反应占主导地位，因此胶料出现物理机械性能下降的现象。

7．何谓返原性胶料和非返原性胶料？

答：在过硫阶段中不同的橡胶出现的情况是不同的。天然橡胶、丁苯橡胶等主链为线型大分子结构，在过硫阶段断链多于交联而出现硫化返原现象；而对于大部分合成橡胶，如丁苯、丁腈橡胶，在过硫阶段中易产生氧化支化反应和环化结构，胶料的物理机械性能变化很小，甚至保持恒定，这种胶料称硫化非返原性胶料。

8．何谓硫化三要素？对硫化三要素控制不当会造成什么后果？

答：硫化温度、硫化压力和硫化时间。

硫化温度是促进硫化反应的主要因素，提高硫化温度可以加快硫化速度，缩短硫化时间，提高生产效率。

硫化压力的选取主要根据胶料的性质、产品结构和其他工艺条件等决定的。对流动性较差的，产品形状结构复杂的，或者产品较厚、层数多的宜选用较大的硫化压力。硫化温度提高，硫化压力也应高一些。但过高压力对橡胶的性能也不利，高压会对橡胶分子链的热降解有加速作用；对于含纤维织物的胶料，高压会使织物材料的结构被破坏，导致耐屈挠性能下降。

橡胶在硫化过程中，性能在不断变化，所以选取恰当的硫化时间对保证制品质量十分重要。在一定的硫化温度和压力下，橡胶有一最宜的硫化时间，时间太长则过硫，时间太短则欠硫，对产品性能都不利。

9．何谓正硫化和正硫化时间？正硫化时间的测定方法有哪几种？各有何特点？

答：正硫化是一个阶段，在正硫化阶段中，胶料的各项物理机械性能保持最高值，但橡胶的各项性能指标往往不会在同一时间达到最佳值。

橡胶处在正硫化时，其物理机械性能或综合性能达到最佳值，预硫或过硫阶段胶料性能均不好。达到正硫化所需的时间为正硫化时间。

测定正硫化点的方法很多，主要有物理机械性能法、化学法和专用仪器法。

(1)物理机械性能法。此法的缺点是麻烦，不经济。

(2)化学法。测定橡胶在硫化过程中游离硫的含量，以及用溶胀法测定硫化胶的网状结构的变化来确定正硫化点。此法误差较大，适应性不广，有一定限制。

(3)专用仪器法。这是用专门的测试仪器来测定橡胶硫化特性并确定正硫化点的方法。目前主要有门尼粘度计和各类硫化仪，其中转子旋转振荡式硫化仪用得最为广泛。

10．某一胶料的硫化温度系数为2，当硫化温度为137℃时，测出其硫化时间为80min ，若将硫化温度提高到143℃，求该胶料达正硫化所需要的时间？上述胶料的硫化温度时间缩短到60min 时，求所选取的硫化温度是多少？ t 答：1=K t 2

80=2t 2143-13710T 2-T 110 t 2=52min

80=260T 2-13710 1.249=0.3010(T2-137) T 2=141.2℃

11．绘出增强热固性塑料层压板成型定义及工艺流程。

答：层压成型是指在压力和温度的作用下将多层相同或不同材料的片状物通过树脂的粘结和熔合，压制成层压塑料的成型方法。对于热塑性塑料可将压延成型所得的片材通过层压成型工艺制成板材。但层压成型较多的是制造增强热固性塑料制品的重要方法。

1、浸渍上胶

浸渍上胶工艺是制造层压制品的关键工艺。主要包括树脂溶液的配制、浸渍和干燥等工序。

2、压制

3、后加工和热处理

后加工是修整去除压制好的制品的毛边及进行机械加工制得各种形状的层压制品。热处理是将制品在120~130℃温度下处理48~72h ，使树脂固化完全，以提高热性能和电性能。

第七章 挤出成型

1． 挤出成型的定义、工艺特点及基本原理是什么？

答：挤出成型是高分子材料加工领域中变化众多、生产率高、适应性强、用途广泛、所占比重最大的成型加工方法。挤出成型是使高聚物的熔体(或粘性流体) 在挤出机的螺杆或柱塞的挤压作用下通过一定形状的口模而连续成型，所得的制品为具有恒定断向形状的连续型材。

挤出成型工艺特点：

连续成型，产量大，生产效率高。

制品外形简单，是断面形状不变的连续型材。

制品质量均匀密实，尺寸准确较好。

适应性很强：

几乎适合除了PTFE 外所有的热塑性塑料。

只要改变机头口模，就可改变制品形状。

可用来塑化、造粒、染色、共混改性，也可同其它方法混合成型。此外，还可作压延成型的供料。

挤出成型的基本原理：

1、塑化：在挤出机内将固体塑料加热并依靠塑料之间的内摩擦热使其成为粘流态物料。

2、成型：在挤出机螺杆的旋转推挤作用下，通过具有一定形状的口模，使粘流态物料成为连续的型材。

3、定型：用适当的方法，使挤出的连续型材冷却定型为制品。

2．挤出螺杆一般分为哪几段？每段各有什么作用？对于晶态塑料的挤出成型，应选择何种螺杆？

答：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：加料段的作用是对料斗送来的塑料进行加热，同时输送到压缩段。塑料在该段螺槽始终保持固体状态。

压缩段：又叫相迁移段，其作用是对加料段送来的料起挤压和剪切作用，同时使物料继续受热，由固体逐渐转变为熔融体，赶走塑料中的空气及其他挥发成分，增大塑料的密度，塑料通过压缩段后，应该成为完全塑化的粘流状态。

均化段：又叫计量段，其作用是将塑化均匀的物料在均化段螺槽和机头回压作用下进一步搅拌塑化均匀，并定量定压地通过机头口模挤出成型。

对于晶态塑料的挤出成型：挤出结晶型热塑性塑料的加料段要求较长，使塑料有足够的停留时间，慢慢软化，该段约占螺杆全长的60%~65%；结晶型塑料，熔融温度范围较窄，压缩段较短，为3~5Ds ；为了稳定料流，均化段应有足够的长度，通常是螺杆全长的20%~25%。

3．什么叫压缩比？挤出机螺杆设计中的压缩比根据什么来确定？

答：螺杆的压缩比A ：指螺杆加料段第一个螺槽的容积与均化段最后一个螺槽的容积之它表示塑料通过螺杆的全过程被压缩的程度。

A 愈大，塑料受到挤压的作用也就愈大，排除物料中所含空气的能力就大。但A 太大，螺杆本身的机械强度下降。压缩比一般在2~5之间。

压缩比的大小取决于挤出塑料的种类和形态，粉状塑料的相对密度小，夹带空气多，其压缩比应大于粒状塑料。另外挤出薄壁状制品时，压缩比应比挤出厚壁制品大。

压缩比的获得主要采用等距变深螺槽、等深度变距螺槽和变深变距螺槽等方法，其中等距变深螺槽是最常用的方法。

4．什么是挤出机螺杆的长径比？长径比的大小对塑料挤出成型有什么影响？长径比太大又

会造成什么后果？

答：螺杆的长径比L/Ds：指螺杆工作部分的有效长度L 与直径Ds 之比，此值通常为15 25，但近年来发展的挤出机有达40的，甚至更大。

L/Ds大，能改善塑料的温度分布，混合更均匀，并可减少挤出时的逆流和漏流，提高挤出机的生产能力。L/Ds过小，对塑料的混合和塑化都不利。因此，对于硬塑料、粉状塑料或结晶型塑料要求塑化时间长，应选较大的L/Ds。L/Ds大的螺杆适应性强，可用于多种塑料的挤出。

但L/Ds大大，对热敏性塑料会因受热时间大长而易分解，同时螺杆的自重增加，制造和安装都困难，也增大了挤出机的功率消耗。目前，L/Ds以25居多。

5．渐变型和突变型螺杆有何区别？它们各适合哪类塑料的挤出？为什么？

答：等距变深螺杆按其螺槽深度变化的快慢(即压缩段的长短) 又可分为等距渐变形螺杆和等距突变形螺杆。非晶型塑料宜选用渐变形螺杆，结晶型塑料宜选用突变形螺杆。

6．提高挤出机加料段固体输送能力，应对设备采取什么措施？指出其理论依据。

答：固体塞的移动情况是旋转运动还是轴向运动占优势，主要决定于螺杆表面和料筒表面与物料之间的摩擦力的大小。只有物料与螺杆之间的摩擦力小于物料与料筒之间的摩擦力时，物料才沿轴向前进；否则物料将与螺杆一起转动，因此只要能正确控制物料与螺杆及物料与料筒之间的静摩擦因数，即可提高固体输送能力。

为了提高固体输送速率，应降低物料与螺杆的静摩擦因数，提高物料与料筒的径向静摩擦因数。要求螺杆表面有很高的光洁度，在螺杆中心通入冷却水，适当降低螺杆的表面温度，因为固体物料对金属的静摩擦因数是随温度的降低而减小的。

7．塑料在挤出机中的熔化长度的意义是什么？

答：挤出过程中，在加料段内是充满未熔融的固体粒子，在均化段内则充满着已熔化的物料，而在螺杆中间的压缩段内固体粒子与熔融物共存，物料的熔化过程就是在此区段内进行的，故压缩段又称为熔化区。在熔化区，物料的熔融过程是逐渐进行的，自熔化区始点A 开始，固体床的宽度将逐渐减小，熔池的宽度逐渐增加，直到熔化区终点B ，固体床的宽度下降到零，进入均化段，固体床消失，螺槽全部充满熔体。从熔化开始到固体床的宽度降到零为止的总长度，称为熔化长度。

8．塑料熔体在挤出机螺槽内有几种流动形式？造成这几种流动的主要原因是什么？

答：从压缩段送入均化段的物料是具有恒定密度的粘流态物料，在该段物料的流动已成为粘性流体的流动，物料不仅受到旋转螺杆的挤压作用，同时受到由于机头口模的阻力所造成的反压作用，物料的流动情况很复杂。

通常把物料在螺槽中的流动看成由下面四种类型的流动所组成：

(1)正流：是物料沿螺槽方向向机头的流动，这是均化段熔体的主流，是由于螺杆旋转时螺棱的推挤作用所引起的，从理论分析上来说，这种流动是由物料在深槽中受机筒摩擦拖曳作用而产生的，故也称为拖曳流动，它起挤出物料的作用。

(2)逆流：沿螺槽与正流方向相反的流动，它是由机头口模、过滤网等对料流的阻碍所引起的反压流动，故又称压力流动，它将引起挤出生产能力的损失。

(3)横流：物料沿x 轴和y 轴两方向在螺槽内往复流动，也是螺杆旋转时螺棱的推挤作用和阻挡作用所造成的，仅限于在每个螺槽内的环流，对总的挤出生产率影响不大，但对于物料的热交换、混合和进一步的均匀塑化影响很大。

(4)漏流：物料在螺杆和料筒的间隙沿着螺杆的轴向往料斗方向的流动，它也是由于机头和口模等对物料的阻力所产生的反压流功。

9．吹塑薄膜生产工艺的工艺流程是什么？简要分析各步作用。

答：(1)机头和口模。吹塑薄膜的主要设备为单螺杆挤出机，其机头口模的类型主要有转向式的直角型和水平向的直通型两大类，结构与挤出管材的差不多，作用是挤出管状坯料

(2)吹胀与牵引。在机头处有通入压缩空气的气道，通入气体使管坯吹胀成膜管，调行压缩空气的通入里可以控制膜管的膨胀程度。

由于吹塑和牵仲的同时作用，使挤出的管坯在纵横两个方向都发生取向，使吹塑薄膜具有一定的机械强度。因此，为了得到纵横向强度均等的薄膜，其吹胀比和牵伸比最好是相等的。不过在实际生产中往往都是用同一环形间隙口模，靠调节不同的牵引速度来控制薄膜的厚度，故吹塑薄膜纵横向机械强度并不相同，一般都是纵向强度大干横向强度。

(3)薄膜的冷却。吹塑薄膜是连续成型过程，管还挤出吹胀成膜管后必须不断冷却固化定型为薄膜制品，以保证薄膜的质量和提高严量，因此，膜管在吹胀成型后要马上得到良好的冷却。目前最常用的方法是在挤出机头之后，在管膜外面设冷却风环。

在吹塑聚乙烯薄膜时，接近机头处的膜管是透明的，但在高于机头约20cm 处的膜管就显得较浑浊。膜管在机头上方开始变得浑浊的距离称为冷凝线距离(或称冷却线距离) 。膜管浑浊的原因为大分子的结晶和取向。

(4)薄膜的卷绕。膜管经冷却定型后，先经人字导向板夹平，再通过牵引夹辊，而后由卷绕辊卷绕成薄膜制品；人宇板的作用是稳定已冷却的膜管，不让它晃动，并将它压平。牵引夹辊是由一个橡胶辊和一个金属辊组成，其作用是牵引和拉伸薄膜。牵引辊到口模的距离对成型过程和管膜性能有一定影响，其决定了膜管在压叠成双折前的冷却时间，这一时间与塑料的热性能有关。

10．管材挤出的工艺过程是什么？挤出管材如何定径？

答：管材挤出的基本工艺是：由挤出机均化段出来的塑化均匀的塑料，经过过滤网、粗滤器而达分流器，并为分流器文架分为若干支流，离开分流器文架后再重新汇合起来，进入管芯口模间的环形通道，最后通过口模到挤出机外而成管子，接着经过定径套定径和初步冷却，再进入冷却水槽或具有喷淋装臵的冷却水箱，进一步冷却成为具有一定口径的管材，最后经由牵引装臵引出并根据规定的长度要求而切割得到所需的制品。

管材挤出装臵由挤出机、机头口模、定型装臵、冷却水槽、牵引及切割装臵等组成，其中挤出机的机头口模和定型装臵是管材挤出的关键部件。

管材挤出后，温度仍然很高，为了得到准确的尺寸和几何形状以及表面光洁的管子，应立即进行定径和冷却，以使其定型。

外径定型是使挤出的管子的外壁与定径套的内壁相接触而起定型作用的，为此，可用向管内通入压缩空气的内压法或在管子外壁抽真空法来实现外径定型。

内压法进行外径定型的定径套如图所示。定型时，可通过分料筋的孔道通入一定压力的压缩空气(一般为0.05--0.3MPa 表压) 。并在挤出的管端或管内封塞。定径套的外壁为夹套，内通冷却水以冷却管子，经定径后的管子离开定径套时不再变形。

第八章 注射成型

1. 什么是注射成型；注射成型具有什么特点；请表示出一个完整的注射成型过程。

答：塑料的注射成型又称注射模塑，或简称注塑，是塑料制品成型的重要方法。目前注射制品约占塑料制品总量的30%。在工程塑料中有80%是采用注射成型。

注射成型是间歇生产过程，除了很大的管、棒、板等型材不能用此法生产外，其他各种形状、尺寸的塑料制品都可以用这种方法生产。它不但常用于树脂的直接注射，也可用于复合材料、增强塑料及泡沫塑料的成型，也可同其他工艺结合起来，如与吹胀相互配合而组成注射—吹塑成型。

塑料的注射成型是将粒状成粉状塑料加入到注射机的料筒，经加热熔化呈流动状态，然后在注射机的柱塞或移动螺杆快速而又连续的压力下，从料简前端的喷嘴中以很高的压力和很快的速度注入到闭合的模具内。充满模腔的熔体在受压的情况下，经冷却（热塑性塑料）或加热(热固性塑料) 固化后，开模得到与摸具型腔相应的制品。

2. 注射机按结构、外形和加工能力的差异，各分为那些类别？

答：注射机的结构不同，塑料在料筒中的塑化方式也不同的分类方法进行划分：(1)柱塞式注射机；(2)双阶柱塞式注射机；(3)螺杆预塑化柱塞式注射机；(4)移动螺杆式注射机。 按注射机外形特征分类：(1)立式注射机；(2)卧式注射机；(3)角式注射机。

按注射机的加工能力分类：反映注射机加工能力的主要参数是注射量和锁模力。

3. 注射机由哪几部分构成；注射系统又由那些部分构成？

答：柱塞式注射机和移动螺杆式注射机的作用原理大致相同，所不同的是前者用柱塞施加压力，而后者则用螺杆，二者结构特点基本相同，都是由注射系统、锁模系统、液压系统及注射模具等几部分组成。

注射系统主要的加料装臵、料筒、螺杆(或柱塞及分流梭) 、喷嘴等部件所组成。

4. 请从加热效率出发，分析柱塞式注射机上必须使用分流梭的原因 。

答：分流梭装在料筒前的中心部分，是两端锥形的金属圆锥体，形如鱼雷，因此也叫鱼雷头。

分流梭的作用是将料筒内流经该处的料成为薄层，使塑料流体产生分流和收敛流动，以缩短传热导程。既加快了热传导，也有利于减少或避免塑料过热而引起的热分解现象。同时，塑料熔体分流后，在分流梭与料简间隙中流速增加，剪切速度增大，

从而产生较大的摩擦热，

料温升高，粘度下降，使塑料得到进一步的混合塑化，有效提高柱塞式注射机的生产率及制品质量。

柱塞式注射机必须采用分流梭，移动螺杆式注射机的塑化效果好，不采用分流梭。

5. 注射机的喷嘴有哪几种类型？各适合何种聚合物材料的注射成型？

答：在料筒的前部，是连接料筒和塑模的通道，其作用是引导塑化料从料筒进入棋具，并使有一定的射程。喷嘴的内径一般都是自进口逐渐向出口收敛，以便与模具紧密接触，由于喷嘴的内径不大，当塑料通过时，流速增大，剪切速度增加，能使塑料进一步塑化。

热塑性塑料的注射喷嘴类型很多，结构各异，使用最普遍的有如下三种形式：

1) 通用式喷嘴：是最普遍的形式，制造方便，无加热装臵，注射压力损失小，常用于聚乙烯、聚苯乙烯、聚氯乙烯及纤维素等的注射成型。

2) 延伸式喷嘴：是通用式喷嘴的改进型，制造方便，有加热装臵，注射压力降较小，适用于有机玻璃、聚甲醛、聚砜、聚碳酸酯等高粘度树脂。

3) 弹簧针阀式喷嘴：是一种自锁式喷嘴，结构较复杂，制造困难，流程较短，注射压力降较大，较适用于尼龙、涤纶等熔体粘度较低的塑料注射。

6. 塑料挤出机的螺杆与移动螺杆式注射机的螺杆在结构特点和各自的成型作用上有何异同？

答：注射螺杆与挤出螺杆在结构上有如下区别：

1) 注射螺杆的长径比较小，在10~15之间。

2) 注射螺杆压缩比较小，在2~2.5之间。

3) 注射螺杆均化段长度较短，但螺槽深度较深，以提高生产率。为了提高塑化量，加料段较长，约为螺杆长度的一半。

4) 注射螺杆的头部呈尖头型，与喷嘴能很好的吻合。

注射螺杆起预塑化和注射作用，是间歇操作过程，它对物料的塑化能力、稳定以及操作连续性等要求没有挤出螺杆那么严格。

注射机的螺杆功能为加料、输送、塑化和注射；而挤出机的螺杆功能则是加料、输送、塑化和挤出。

注射机螺杆的运动方式为：旋转、轴向运动；而挤出机的螺杆运动方式为旋转。 注射机的螺杆头部为尖头；而挤出机的螺杆头部为圆头、平头。

7. 塑料熔体进入模腔内的流动情况可分那四个阶段，压力与时间的关系曲线是什么。

答：塑料熔体进入模腔内的流动情况可分为充模、保压、倒流和浇口冻结后的冷却四个阶段。

8. 保压在热塑性塑料注射成型过程中的作用是什么？

答：保压阶段。是熔体充满模腔时起至柱塞或螺杆撤回时为止的一段时间。在这段时间内，塑料熔体会因受到冷却而发生收缩，柱塞或螺杆需保持对塑料的压力，使模腔中的塑料进一步得到压实，同时料筒内的熔体会向模腔中继续流入以补足因塑料冷却收缩而留出的空隙。随模腔内料温下降，模内压力也因塑料冷却收缩而开始下降。

9. 常见的塑料制品后处理包括那些？各具有什么作用？

答：注射成型的制品，常常要进行适当的后处理，以提高其使用性能。注射制品需后处理的原因是多方面的。

(1)热处理(退火处理) 。使制品在塑料的玻璃化温度和软化温度之间的某一温度附近加热一段时间，让制品“退火”，加热介质可以用热水、热油或热空气。

(2)调湿处理。

(3)整修。

10. 试述晶态聚合物注射成型时模温对其结晶性能和力学性能的影响。

答：模具温度不但影响塑料充模时的流动行为，而且影响制品的物理机械性能和表观质量。实际上冷却速度的大小取决于塑料熔体温度(Tm ) 与冷却介质温度(Tc ) 的温差；当T c ＜T g 为骤冷，Tc ≈T g 为中速冷，T c ＞T g 为缓冷。

结晶型塑料注射入模具后，将发生相转变，冷却速率将影响塑料的结晶速率。缓冷，即模温高，结晶速率大，有利结晶，能提高制品的密度和结品度，制品成型收缩性较大，刚度大，大多数力学性能较高，但伸长率和冲击强度下降；反过来，骤冷所得制品的结晶度下降，韧性较好。但骤冷不利于大分子的松弛过程，分子取向作用和内应力较大。中速冷塑料的结晶和取向较适中，是用得最多的条件。实际生产中用何种冷却速度，还应按具体的塑料性质利制品的使用性能要求来决定。例如对于结晶速率较小的聚对苯二甲酸乙二酯塑料，要求提高其结晶度就应选用较高模温。

第九章 压延成型

1．压延成型工艺能生产哪些塑料和橡胶制品？以软质PVC 薄膜的生产过程为例，画出生产工艺流程。

答：橡胶的压延是橡胶制品生产的基本工艺过程之一，是制成胶片或与骨架材料制成胶布半成品的工艺过程，它包括压片、压型、贴胶和擦胶等作业。

塑料的压延成型主要适用于热塑性塑料，其中以非晶型的聚氯乙烯及其共聚物最多，其次是ABS ，乙烯-醋酸乙烯共聚物以及改性聚苯乙烯等塑料，近年来也有压延聚丙烯、聚乙烯等结晶型塑料。

压延成型产品除了薄膜和片材外，还有人造革和其他涂层制品。塑料压延成型一般适用于生产厚度为0.05~0.5mm 的软质PVC 薄膜和厚度为0.3~1.00mm 的硬质PVC 片材。

压延软质塑料薄膜时，如果以布、纸或玻璃布作为增强材料，将其随同塑料通过压延机的最后一对辊简，把粘流态的塑料薄膜紧覆在增强材料之上，所得的制品即为人造革或涂层布(纸) ，这种方法通称为压延涂层法。根据同样的原理，压延法也可用于塑料与其他材料(如

铝箔、涤纶或尼龙薄膜等) 贴合制造复合薄膜。

2．压延时，压延机的辊筒为什么会产生挠度，对压延质量有何影响？说明对挠度有何补偿方法？

答：物料在辊简的间隙受压延时，对辊筒有横向压力，这种企图将辊筒分开的作用—力称为分离力，将使两端支撑在轴承上的辊简产生弹性弯曲，这样就有可能造成压延制品的厚度不均，其横向断面呈现中间部分厚两端部分薄的现象。

通常采用以下三种方法来补偿辊筒弹性变形对薄膜横向厚度分布均匀性的影响。

(1)中高度法，亦称凹凸系数法，即把辊筒的工作表面加工成中部直径大，两端直径小的腰鼓型，沿辊筒的长度方向有一定的弧度。

(2)轴交叉法。如果将压延机相邻的两个平行辊筒中的一个辊筒绕其轴线的中点的连线旋转一个微小角度，使两轴线成交叉状态，在两个辊筒之间的中心间隙不变的情况下将增大两端的间隙。

(3)预应力法。在辊筒工作负荷作用前，在辊筒轴承的两端的轴颈上预先施加额外的负荷，其作用方向正好与工作负荷相反，使辊简产生的变形与分离力引起的变形方向正好反，这样，在压延过程中辊筒所产生的两种变形便可以互相抵消，从而达到补偿的目的。

3．用四辊压延机压延塑料薄膜时各辊的温度和转速应如何控制？为什么？

答：辊筒具有足够的热量是使物料熔融塑化、延展的必要条件。压延中热量主要来源于两部分：一部分由压延辊筒的加热装臵供给；另一部分来自物料通过辊隙时产生的物料与辊筒之间的摩擦热及物料自身的剪切摩擦热。

压延机辊筒最适宜的转速主要由压延的物料和制品厚度要求来决定的，一般软质制品压延时的转速要高于硬质制品的压延。

压延机相邻两辊筒线速度之比称为辊筒的速比，压延辊筒具有速比的目的在于：使压延物料依次粘辊，使物料受到剪切，能更好地塑化，还可以便压延物取得一定的延伸和定向作用。

辊筒速比根据薄膜的厚度和辊速来调节，速比过大会出现包辊现象，而速比过小则薄膜吸辊性差，空气极易夹入使产品出现气泡，对硬质制品来说，会出现“脱壳”现象，塑化不良，质量下降。

4．橡胶中的压延工艺包括那些？

答：胶片压延(压片) ：压片是将预热好的胶料用辊速相同的压延机压制成具有一定厚度和宽度的胶片；压型：压型是指将热炼后的胶料压制成具有一定断面形状或表面具有某种花纹的胶片的工艺；纺织物挂胶：纺织物的挂胶是用压延机在纺织物上挂上一层薄胶，制成的挂胶帘布或挂胶帆布作为橡胶制品的骨架层，如轮胎外胎的尼龙挂胶帘布。

5．何谓纺织物的贴胶和擦胶？比较其有缺点。

答：贴胶：将两层(或一层) 薄胶片通过两个等速相对旋转的辊筒间隙，在辊简的压力作用下，压贴在帘布两面(或一面) 的为贴胶，常用四辊压延机进行一次两面贴胶和三辊压延机进行一次单面贴胶。

擦胶：利用压延机辊筒速比不同所产生的剪切力和辊简的压力将胶料撩人纺织物布纹组织的缝隙中，以提高胶料与纺织物的附着力。

在橡胶制品中，贴胶和擦胶法都普遍采用，有些纺织物采用一面贴胶和一面擦胶。贴胶和擦胶各有优缺点。贴胶法由于两辊筒间摩擦力小，对纺织物损伤较小，而且压延速度快，效率高，但胶料对纺织物的渗透性差，会影响胶料与纺织物的附着力，因此，贴胶法较多用于薄的纺织物或经纬线密度稀的纺织物(如帘布) ，特别适用于已浸胶的纺织物。擦胶法胶料浸透程度大，胶料与纺织物的附着力较高，但易擦坏纺织物，故较适用于密度大的纺织物，如帆布等。

6. 何谓压延效应？产生的原因及减小的方法是什么？

答：由于物料在压延过程中，在通过压延辊简间隙时受到很大的剪切力和一些拉伸应力，因此高聚物大分子会沿着压延方向作定向排列，以致制品在物理力学性能上出现各向异性，这种现象在压延成型中称为压延效应。

压延效应引起制品的性能发生变化，使压延薄膜(片) 的纵向(沿压延方向) 拉伸强度大于横向拉伸强度，横向断裂伸长率大于纵向，在制品使用温度有较大变化时，各向尺寸会发生不同的变化，纵向出现收缩，甚至出现纵向破裂，而横向与厚度则出现膨胀，即表现出各向异性，制品质量不均。对于要求各向同性的压延制品来说，压延效应应尽可能地予以消除或控制到适宜的程度；如果压延制品需要这种定向效应，例如要求薄膜具有较高的单向强度，则在生产中注意压延的方向，促进这种效应，尽量发挥它的作用。

压延效应的大小受到压延温度、辊筒转速与速比、辊隙存料量、制品厚度以及物料的性质等因素的影响。

物料温度适当提高，可以提高其塑性，加强大分子的热运动，破坏其定向排列，压延效应可以降低；辊简的转速与速比增加，压延效应提高，若转速下降，则压延的时间增加，压延效应可降低；辊隙存料量多，压延效应也上升：制品的厚度小，物料所受的剪切作用增加，则压延效应也增加，所以压延制品越薄，质量难以保证，这也是为何薄膜厚度小于0.05mm 很少用压延法生产，而多采用挤出吹塑法的原因；物料中采用针状或片状配合剂，易带来较大的压延效应，物料的表观粘度大，压延效应也大，要消除这些因素产生的压延效应，应尽量不使用各向异性的配合剂并提高物料的塑性，压延后缓慢冷却，有利于取向分子松弛，也可降低压延效应。此外引离辊、冷却辊和卷取辊等之间的速比，也对压延效应有影响。

第十章 二次成型

1．二次成型的定义，二次成型与一次成型的主要区别是什么？

答：二次成型是指在一定条件下将高分子材料一次成型所得的型材通过再次成型加工，以获得制品的最终型样的技术。

二次成型技术与一次成型技术相比，除成型对象不同外，二者的主要区别在于：一次成型是通过材料的流动或塑性形变而成型，成型过程中伴随着聚合物的状态或相态转变，而二次成型是在低于聚合物流动温度或熔融温度的“半熔融”类橡胶态下进行的，一般是通过粘弹形变来实现材料型村或坯件的再成型。

在高分子材料中，橡胶和热固性塑料经一次成型以后，发生了交联反应，其分子结构变成网状或体型结构，遇热不再熔融，也不溶于溶剂。如果加热温度过高，只能炭化。因此，橡胶和热固性塑料是不适于二次成型的。

热塑性塑料在一定温度下可以软化、熔融流动，冷却后获得一定的形状，其分子结构设有变化，再加热理论上又可再软化乃至熔融流动，所以二次成型仅适用于热塑性塑料。

2．简述二次成型的粘弹性原理。

答：聚合物在不同的温度下分别表现为玻璃态(或结晶态) 、高弹态和粘流态三种物理状态。

根据经典的粘弹性理论，聚合物在加工过程中的总形变是由普弹形变、推迟高弹形变和粘性形变三部分组成的。对于玻璃化温度T g 比室温高得多的无定形聚合物，其二次成型加工是在T g 以上，粘流温度T f 以下，受热软化，并受外力作用而产生形变，此时聚合物的普弹形变很小，通常可以忽略，又因其粘性很大，粘(塑) 性形变几乎可以忽略，因此在二次加工过程中聚合物的形变省去了普弹形变和粘性(塑性) 形变。

对于T g 比室温高得多的无定形聚合物，二次成型的过程是：先将聚合物材料在T g T f 温度范围内加热，使之产生形变并成型为一定形状，然后将其臵于接近室温下冷却，使其形变冻结并固定其形状。

对于部分结晶的聚合物形变过程则是在接近熔点T m 的温度下进行，此时粘度很大，成型形变情况与上述无定形聚合物一样，但其后的冷却定型与无定形聚合物有本质的区别。结晶聚合物在冷却定型过程中会产生结晶，分子链本身因成为结晶结构的一部分或与结晶区域相联系而被固定，不可能产生弹性回复，从而达到定型的目的。

3．根据型坯生产特征，中空吹塑成型可分为哪两大类型？

答：中空吹塑(Blowing Molding)是制造空心塑料制品的成型方法，是借助气体压力使闭合在模具型腔中的处于类橡胶态的型坯吹胀成为中空制品的二次成型技术。

吹塑工艺按型坯制造方法的不同，可分为注坯吹塑和挤坯吹塑两种。

4．用平挤逐次双向拉伸法成型PP 薄膜时，挤出的厚片为何要急冷？冷却后的厚片在拉伸前为什么又要预热？

答：先纵拉后横拉成型聚丙烯双轴取向膜时，挤出机经平缝机头将塑料熔体挤成厚片，厚片立即被送至冷却辊急冷（用于双向拉伸的厚片应是无定形的，工艺上为达到这一要求，对聚丙烯、聚酯等结晶性聚合物所采取的方法是将离开口模的熔融态厚片实行急冷。）。

冷却定型后的厚片经预热辊加热到拉伸温度后，进入到粘弹态的二次加工温度范围内，

被引入具有不同转速的一组拉伸辊进行纵向拉伸，达到预定纵向拉伸比后，膜片经过冷却；即可直接送至拉幅机(横向拉伸机) 。在拉幅机内经过预热、横拉伸、热定型和冷却作用后离开拉幅机，再经切边和卷统即得到双向拉伸膜。

5．塑料片材热成型的工艺原理是什么？列出五种具体方法，说明其成型过程。

答：热成型是利用热塑性塑料的片材作为原料来制造塑料制品的一种方法，是塑料的二次成型。首先将裁成一定尺寸和形状的片材夹在模具的框架上，格其加热到T g T f 间的适宜温度，片材一边受热，一边延伸，然后凭借施加的压力，使其紧贴模具的型面，从而取得与型面相仿的型样，经冷却定型和修整后即得制品。

热成型时，施加的压力主要是靠抽真空和引进压缩空气在片材的两面所形成的压力差，但也有借助于机械压力和液压力的。

差压成型：差压成型是热成型中最简单的一种，也是最简单的真空成型。用夹持框格片材夹紧在模具上，并用加热器进行加热，当片材加热至足够的温度时，移开加热器并采用适当措施使片材两面具有不同的气压。

覆盖成型：覆盖成型多用于制造厚壁和深度大的制品。

柱塞助压成型：差压成型的凹形制品底部偏薄，而覆盖成型的凹形制品侧壁偏薄，为了克服这些缺陷，产生了柱塞助压成型的方法。

回吸成型：回吸成型有真空回吸成型、气胀真空回吸成型和推气真空回吸成型等。 对模成型：采用两个彼此配对的单模来成型。

双片热成型：将两片相隔—定距离的塑料片加热至一定温度，故入上下模具的模框上并将其夹紧，一根吹针插入两片材之间，将压缩空气从吹针引入两片材之间的中空区，同时在两闭合模具壁中抽真空，使片材贴合于两闭合模的内腔，经冷却、脱模、修整而得中空制品。