高分子材料加工成型原理考試複習資料
可擠壓性是指聚合物通過擠壓作用是獲得形狀和保持形狀的能力。
可擠壓性主要取決於熔體的剪下粘度和拉伸粘度。
熔融指數是評價熱塑性聚合物特別是聚烯烴的擠壓性的一種簡單而實用的方法，它是在熔融指數儀中測定的。
可模塑性是指材料在溫度和壓力作用下形變和在模具中模製成型的能力。可模塑性主要取決於材料的流變性，熱性質和其它物理力學性質。
聚合物的可延性取決於材料產生塑性形變的能力和應變硬化能力作用。
由於鬆弛過程的存在，材料的形變必然落後於應力的變化，聚合物對外力響應的這種滯後現象稱為滯後效應或彈性滯後。
聚合物熔體的流變行為按作用力可分為剪下流動、拉伸流動。
均相成核又稱散現成核，是純淨的聚合物中由於熱起伏而自發的生成晶核的過程，過程中晶核的密度能連續上公升。異相成核又稱瞬時成核是不純淨的聚合物中某些物質起晶核作用成為結晶中心，引起晶體生長過程，過程中晶核密度不發生變化。
在tg~tm溫度範圍內，常對製品進行熱處理以加速聚合物的二次結晶或後結晶的過程，熱處理為一鬆弛過程，通過適當的加熱能促使分子鏈段加速重排以提高結晶度和使晶體結構趨於完善。
通常熱處理的溫度控制在聚合物最大結晶速度的溫度tmax。
塑料成型加工一般包括原料的配製和準備、成型及製品後加工等幾個過程。
混合過程一般是靠擴散、對流、剪下三種作用來完成。
衡量其混合效果需從物料的分散程度和組成的均勻程度兩方面來考慮。
最常見的螺桿直徑為45~150公釐。長徑比l/d一般為18~25。
壓縮比是螺桿加料段最初乙個螺槽容積於均化段最後乙個螺槽容積之比，表示塑料通過螺桿全長範圍時被壓縮的倍數，壓縮比愈大塑料受到的擠壓作用愈大。
根據物料的變化特徵可將螺桿分為加料段、壓縮段和均化段。
鎖模機構在啟閉模具的各階段的速度都不一樣的，閉合時應先快後慢，開啟時則應先慢後快再轉慢。
利用本身特定形狀，使塑料或聚合物成型為具有一定形狀和尺寸的製品的工具稱模具。
澆注系統是指塑料熔體從噴嘴進入型腔前的流道部分，包括主流道、分流道、澆口等。
完成一次注射成型所需的時間稱注射週期或稱總週期。
壓制成型的加料方法可以分為重量法、容量法、計數法。
分離力與輥筒的半徑、長度和速度成正比，而和輥間距稱反比。
通常可將輥筒設計和加工成略帶腰鼓型，或調整兩輥筒的軸，使其交叉一定角度或加預應力，就能在一定程度上克服或減輕分離力的有害作用，提高壓延製品厚度的均勻性。
在壓延過程中，熱塑性塑料由於受到很大的剪下應力的作用，因此大分子會順著薄膜前進方向發生定向作用，使生成的薄膜在物理機械效能上出現各向異性，這種現像稱為壓延效應。壓延效應的大小，受壓延溫度、轉速、供料厚度和物料效能等的影響，公升溫或增加壓延時間，均可減輕壓延效應。
壓延機的二輥用於橡膠或pvc的塑煉，三輥用於橡膠，四輥塑料；固定倒數第二輥。
人造革就是以布或紙為基體，在其上覆以聚氯乙烯糊的一種複合材料。
在一定條件下將片、板、棒等塑料型材通過再次加工成型為製品的方法，稱為二次成型法。二次成型包括：中空吹塑成型、熱成型、取向薄膜的拉伸等。
中空吹塑成型是將擠出或注射成型的塑料管坯或型坯趁熱於半熔融的類橡膠狀時，置於各種形狀的模具中，並即時在管坯中通入壓縮空氣將其吹脹，使其緊貼於模腔壁上成型，經冷卻脫模後即得中空製品。
拉幅薄膜熱定型的目的：（1）消除內應力（2）降低收縮率（3）改善效能。
1、簡述離模膨脹的含義、原因及主要影響因素。
答：定義：被擠出的聚合物熔體斷面積遠比口模斷面積大的現象。
離模膨脹比定義為充分鬆弛的擠出物直徑d與口模直徑d之比。圓形口模的離模膨
脹比為：b = d/d 或 b』 = d2/d2＝b2
原因：a、取向效應b、彈性變形效應c、正應力效應
影響因素：
1)長徑比一定，b隨剪下速率增加而增大。在熔體破裂臨界剪下速率之前有最大值bmax，而後下降；
2)低於τc之下，b隨τ增加而增大。高於τc時，b值則下降；
3)在低於臨界c的一定的剪下速率下，b隨溫度公升高而降低；
4)剪下速率恆定，b隨長徑比l/d的增大而降低。l/d超過某一數值時，b為常數。
5)離模膨脹比隨熔體在口模內停留時間呈指數關係地減少。
6)離模膨脹比隨聚合物的品種和結構不同而異。線性、柔性聚合物位阻低，鬆弛時間短，b值小；粘度大，分子量高，分布窄，非牛頓性強，鬆弛緩慢，b值大。
2、為什麼要對一些成型物料進行（乾燥）預處理？舉例說明，並列出工藝條件。
答：水分以及其它低分子物的存在， 一方面因其在塑料的成型溫度下會揮發成氣體，從而造成製品表面缺乏光澤和出現氣泡與銀絲等外觀缺陷； 另一方面有可能促使聚合物大分子在高溫下發生降解或交聯反應，其結果不僅會使塑料熔體的粘度改變，給成型工藝控制帶來困難，而且對製品的力學效能和電效能等也會產生不利的影響。
各種熱塑性塑料成型時的允許含水量很不相同。一般來說，成型溫度較高而且在高溫下較容易發生水解的塑料，其允許含水量就比較低；反之，允許含水量就比較高。例如，pc的成型溫度高達300℃，因大分子鏈中有酯鍵，高溫下的水解穩定性差，粒料的含水量大於0.
02％就很難成型，而且隨含水量的增加，其製品外觀和衝擊強度明顯下降；而ps由於成型溫度不超過200℃，且大分子鏈中無易水解基團，故在其粒料含水量高達0.5％時仍可順利成型。
pc乾燥的工藝條件:迴圈鼓風乾燥,溫度110℃，時間:12h，料層厚度25～50mm。
3、在生產硬聚氯乙烯管材時，物料經擠出塑化後，由機頭擠出後，緊接著進行什麼工序，說明此工序的作用，該工序是如何影響管材質量的？
答：緊接著進行冷卻定型工序， 它的作用是將從口模擠出的物料的形狀和尺寸進行精整，並將它們固定下來，從而得到具有更為精確的截面形狀、表面光亮的製品；
影響：定型裝置的內表面的粗糙度直接影響管材的外觀質量，定型裝置內徑尺寸決定了管材外徑尺寸精度。真空度太小，吸管不緊影響尺寸和表面，真空度太大，牽引困難，不能正常生產。
4、為什麼說物料的初始溫度過高，對加料段的固體輸送能力不利？
答：物料的初始溫度過高，易形成架橋，進料不暢，嚴重時不能進料。
另外，高聚物與金屬的摩擦因數是溫度的函式，過高降低了物料與料筒的摩擦因數，降低了固體輸送能力。
5、為什麼在一種裝置上螺桿轉速（n）不能過高？並且靠增加轉速來提高生產率也是有限度的？
答： 隨著轉速的增加，物料所受到的剪下作用加大，即剪下速率增大，因為大多數聚合物都是假塑性流體，因此，隨γ↑，η↓，則漏流↑，逆流↑，所以，當轉速高到一定程度時，漏流和逆流對產量的影響就不能忽略了。
在實際生產中，也不能靠提高螺桿的轉速無限制的增加生產能力，隨n不斷提高，剪下速率達到一定範圍後，就會出現熔體破裂現象。也就是說，對n的提高，限制性的因素就是是否出現了熔體破裂。經以上討論，可知，隨n的提高，可以提高生產率，但n的提高是有限制的。
6、在模壓成型過程中，為什麼要採取預熱操作？預熱有哪些裝置？
答：模壓前對塑料進行加熱具有預熱和乾燥兩個作用，前者為了提高料溫，後者為了去除水分和其他揮發物。
作用：① 能加快塑料成型時的固化速度，縮短成型時間；
② 提高塑料流動性，增進固化的均勻性，提高製品質量，降低廢品率；
③ 可降低模壓壓力，可成型流動性差的塑料或較大的製品。
（預熱：15～20 mpa，未預熱：30 ±5 mpa）
預熱裝置：①電熱板加熱；②烘箱加熱；③紅外線加熱；④高頻加熱等。
7、在模壓成型過程中，為什麼要採取預壓操作？預壓有那些裝置？
預壓就是在室溫下將鬆散的粉狀或纖維狀的熱固性模塑料壓成重量一定，形狀規則的型坯的工序。
預壓作用：
① 加料快、準確、無粉塵；
② 降低壓縮率，可減少模具裝料室和模具高度；
③ 預壓料緊密，空氣含量少，傳熱快，又可提高預熱溫度，從而縮短了預熱和固化的時間，製品也不易出現氣泡；
④ 便於成型較大或帶有精細嵌件的製品。
預壓的裝置是預壓機和壓模。
8、壓延效應產生的原因及減小的方法是什麼？
答：產生的原因：
在壓延過程中，熱塑性塑料由於受到很大的剪下應力和拉伸應力作用，因此高聚物大分子會沿著壓延方向作定向排列，以至製品在物理機械效能上出現各向異性，即壓延效應。
減小的方法：
物料溫度適當提高，可以提高其塑性，加強大分子的運動，破壞其定向排列，可降低壓延效應；降低輥筒轉速，則壓延時間增加，壓延效應降低；輥筒存料量少，壓延效應也降低；增加製品的厚度，可減小壓延效應；盡量不使用各向異性的配合劑，壓延後緩慢冷卻，有利於取向分子鬆弛，也可降低壓延效應。
9、什麼是人造革，簡述其用壓延法生產的工藝流程，並用示意圖表示。
答：人造革是以布、紙或玻璃布為基材，在其上覆以粘流態塑料（如pvc、pu）的一種複合材料。
以壓延法生產人造革時，基材應先經預熱，同時粘流態塑料可先經擠壓塑化或輥壓塑化再喂於壓延機的進料輥上，通過輥筒的擠壓和加熱作用，使塑料與基材緊密結合，再經壓花、冷卻、切邊和捲取而得製品。
下圖為四輥壓延機生產人造革示意圖（擦膠法）。
五、論述題
1、論述注射成型的工藝過程。
答：按其先後順序主要包括：
1) 成型前的準備。
1 原料效能的了解，主要指熱效能、流變性能、壓縮率、吸濕性、細度、均勻度等；
2 原料的預處理，主要指原料的乾燥、著色等；
3 料筒的清洗，在更換原料、調換顏色或發現正在加工中的塑料有一定降解現象出現時，就需要對料筒進行清洗；
4 嵌件預熱；
5 脫模劑的選擇，ⅰ. 硬脂酸鋅：不適用於pa。
ⅱ. 白油（液體石蠟）：對pa效果好，還可防止空隙。
ⅲ. 矽油：雖效果好，但**高，使用麻煩（需配甲苯溶液）。
2) 注射過程。
具體過程為：
① 加料塑化
塑料粒子加入到料筒中，通過加熱逐漸變成熔體（柱塞式），或沿螺桿槽向前移動，通過料筒外的加熱及螺桿轉動時塑料產生的摩擦熱逐漸轉變為熔體。
② 充模（注射）
柱塞或移動螺桿把塑料均勻的熔體推向料筒前端，經過噴嘴及模具澆注系統注入並充滿模具的型腔。
③ 保壓
充滿之後，柱塞或移動螺桿仍保持施壓狀態，使噴嘴的熔體不斷充實型腔，以確保不缺料。另可使大分子進一步鬆弛（因有滯後）。
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深圳大學課程教學大綱 課程編號 22201222 課程名稱 高分子材料成型加工 開課院系 材料學院 制訂 修訂 人 左建東 審核人批准人 2010 年 10月 8 日製 修 訂 課程名稱 高分子材料成型加工 英文名稱 polymer material processing 總學時 54 學分 3 先...