高分子材料成型加工唐颂超第三版课后习题答案仅供参考-33页.pdf

高 分 子 材料 成 型 加工 Chapt er 2- 10 课后 习 题 答案 （ 仅 供参 考 ）Chapter2 高分子材料学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”，并请各举 2、3 例答：通用塑料： 一般指产量大、 用途广、 成型性好、 价廉的塑料 通用塑料有PE 、PP、PVC 、PS 等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，刚性好、蠕变小、自润滑、电绝缘、耐腐蚀等可代替金属用作结构件的塑料工程塑料有 PA 、PET 、PBT 、POM 等热塑性塑料：加热时变软以至流动，冷却变硬这种过程是可逆的、可以反复进行如聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯、聚苯乙烯、聚甲醛、聚砜、聚苯醚好和氯化聚醚等都是热塑性塑料热固性塑料：第一次加热时可以软化流动，加热到一定温度，产生化学反应一交链固化而变硬， 这种变化是不可逆的此后，再次加热时， 已不能再变软流动了正是借助这种特性进行成型加工，利用第一次加热时的塑化流动在压力下充满型腔，进而固化成为确定形状和尺寸的制品这种材料称为热固性塑料酚醛、脲醛、三聚氰胺甲醛、不饱和聚酯、有机硅等塑料都是热固性塑料。

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聚合物的结晶：高聚物发生的分子链在三维空间形成局部区域的、高度有序的排列的过程聚合物的取向：高聚物的分子链沿某特定方向作优势的平行排列的过程包括分子链、链段和结晶高聚物的晶片、晶带沿特定方向择优排列不同之处：（1）高分子的结晶属于高分子的一个物理特性，不是所有的高聚物都会结晶，而所有的高聚物都可以在合适的条件下发生取向2）结晶是某些局部区域内分子链在三维空间的规整排列，而取向一般是在一定程度上的一维或二维有序，是在外力作用下整个分子链沿特定方向发生较为规整排列 3）结晶是在分子链内部和分子链之间的相互作用下发生的，外部作用也可以对结晶产生一定的影响；取向一般是在外力作用和环境中发生的，没有外力的作用，取向一般不会内部产生4）结晶主要发生在TgTm范围内，而取向可以发生在Tg 或 Tm以上的任何温度（热拉伸或流动取向），也可以在室温下进行冷拉伸获得5）结晶单元为高分子链和链段，而取向单元还可以是微晶(晶粒 ) 结晶是结晶性高聚物加工成型过程中必然经历的过程，结晶直接影响到聚合物的成型加工和制品的性能结晶温度越低，聚合物加工熔点越低且熔限越宽，结晶温度越高，熔点较高且熔限越窄。

化学结构相似而结晶度较大的聚合物成型加工温度较高结晶过程中结晶速度的快慢直接决定了制品的成型加工周期，结晶越快，冷却时间越短，而结晶越慢，加工成型周期变长聚合物结晶颗粒的尺寸对制品的透明性、表观形态和机械性能也有非常大的影响因此结晶在聚合物的成型加工过程中占有举足轻重的低位取向是聚合物在加工过程中或者加工后处理阶段形成的，结晶聚合物和非晶聚合物均可以产生取向非晶态高聚物的取向，包括链段的取向和大分子链的取向，而结晶态高分子的取向包括晶区的取向和非晶区的取向，晶区的取向发展很快，非晶区取向较慢取向能提高拉伸制品的力学强度，还可使分子链有序性提高，这有利于结晶度的提高，从而提高其耐热性在纤维和薄膜的生产中取向状况的控制显得特别重要但对其他成型制品，如果流动过程中取向得以保存，则制品的力学强度会降低并易变型，严重时会造成内力不均而易开裂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的好坏晶态聚合物：（1）若聚合物的分子量较小，TmTf，则聚合物达到熔点时已进入粘流态，则熔融加工温度范围即为Tm Td（热分解温度）；若聚合物的分子量较大，分子链相互作用力较大，当晶区熔融时，分子链还需要吸收更多能量克服分子间作用力，才能产生运动，因此聚合物的TmTm分子热运动自由能大于内能，难以形成有序结构T交联倾向，一般经过预热的物料可使用较低的模压压力。

6在高分子材料成型加工中，哪些地方要求交联交联能赋予高聚物制品哪些性能答： 未硫化的橡胶Tg 在室温以下， 常温下发黏， 强度很低，基本无使用价值通过硫化 ( 交联 )，才能使用酚醛树脂、氨基树脂、环氧树脂、不饱和聚酯等是具有活性官能团的低分子量的齐聚物，也只有通过交联，才能充分发挥它们的特性在聚乙烯、聚氯乙烯、聚氨酯等泡沫塑料生产中，交联也是极为重要的工艺技术，交联有助于提高泡孔壁的强度交联后的性能取决于交联密度交联密度高，相邻交联点之间相对分子质量小，链段活动性受到限制， Tg 随之增高交联改善了高分子材料的力学性能、耐热性能、化学稳定性能和使用性能7试述天然橡胶以硫磺硫化后的制品大分子结构特征答：硫化后，橡胶大分子结构中各部位已程度不同地形成了网状结构，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8试述橡胶硫化后的物理性能的变化，并解释之答：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。

这些现象都是线形大分子转变为网状结构的特征9生胶和硫化胶在分子结构及性能上有何不同答：硫化前：结构：线性大分子，分子与分子之间无价键力；性能：可塑性大，伸长率高，具可溶性硫化后：结构： 1）化学键； 2）交联键的位置； 3）交联程度；4）交联性能： 1）力学性能（定伸强度、硬度、拉伸强度、伸长率、弹性）； 2）物理性能； 3）化学稳定性10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： （1）焦烧期硫化起步阶段，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，缺胶等缺陷意义：焦烧期的长短决定了胶料的焦烧性及操作安全性这一阶段的长短取决于配合剂的种类和数量2）欠硫期预硫阶段，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意义：预硫时间的长短反映了硫化反应速度的快慢（，主要取决于配方） 3）正硫期正硫化阶段，正硫化是胶料的各项性能在一个阶段基本上保持恒定或变化很少，也称硫化平坦期。

意义：这个阶段橡胶的综合性能最好，是选取正硫化时间的范围硫化平坦期的宽窄取决于：配方、温度等）（4）过硫期过硫阶段，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、裂解等反应意义：过硫阶段的性能变化情况反映了硫化平坦期的长短，不仅表明了胶料热稳定性的高低，而且对硫化工艺的安全性及制品硫化质量有直接影响11橡胶制品生产过程中，残余焦烧时间的长短与橡胶制品的类型有什么关系答：不同的硫化方法和制品，对焦烧时间的长短亦有不同要求在硫化模压制品时，总是希望有较长的焦烧期，使胶料有充分时间在模型内进行流动，而不致使制品出现花纹不清晰或缺胶等缺陷在非模型硫化中，则应要求硫化起步应尽可能早一些，因为胶料起步快而迅速变硬，有利于防止制品因受热变软而发生变形不过在大多数情况下，仍希望有较长的焦烧时间以保证操作的安全性12何谓返原性胶料和非返原性胶料答：天然橡胶等主链为线形大分子结构，在过硫阶段中断链多于交联，机械性能下降，这种胶料称为返原性胶料；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，这种胶料称为非返原性胶料。

13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：硫化三要素是指硫化的压力、温度和时间模型硫化时必须施以压力压力过低，胶料流动性差，不能充满模腔，制品容易产生泡，胶料不够致密，机械性能下降；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硫化温度是橡胶发生成化反应的基本条件，它直接影响硫化速度和产品质量硫化温度太高，硫化速度太快，胶料刚受热即交联而流动性下降，得不到所需要的产品，且高温易引起橡胶分子链裂解，乃至发生硫化返原现象，结果导致强伸性能下降；反之，硫化温度低，硫化速度慢，生产效率低，直至不硫化在一定的硫化温度和压力下，橡胶有一最适宜的硫化时间，时间太长则过硫，时间太短则欠硫，对产品性能都不利14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：正硫化是胶料的各项性能在一个阶段基本上保持恒定或变化很少，也称硫化平坦期理论正硫化：从硫化反应动力学原理来说，正硫化应是胶料达到最大交联密度时的硫化状态， 正硫化时间应由胶料达到最大交联密度所需的时间来确定比较合理工艺正硫化：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，而正硫化是一个阶段在实际应用中是根据某些主要性能指标(与交联密度成正比)来选择最佳点，确定正硫化时间1）物理机械法麻烦，不经济；（2）化学法简单、方便，但误差较大，适应性不广，有一定限制，不适于非硫黄硫化的胶料；（3）专用仪器法不仅具有方便、精确、经济、快速和重现性好等优点，并且能够连续测定与加工性能和硫化性能等有关的参数而且只需进行一次试验即可得到完整的硫化曲线Chapter8 挤出成型1挤出机螺杆在结构上为何分段分段的根据是什么答：根据物料在螺杆中的温度、压力、黏度等的变化特征， 可将螺杆分为加料段、压缩段、均化段三段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，应选择何种螺杆其L2 的长度有何特征，为什么答：加料段 - 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始终保持固体状态压缩段 - 对加料段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黏流状态均化段 - 使熔融物料在均化段螺杆和机头回压作用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。

结晶型聚合物，熔化温度范围很窄，因而压缩段很短，应选择突变型螺杆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：螺杆的压缩比是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比，它表示塑料通过螺杆的全过程被压缩的程度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制品时，压缩比应比厚壁制品的大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：挤出机螺杆的长径比是指螺杆工作部分的有效长度L 与直径 Ds 之比L/Ds 大，能发送塑料的温度分布，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L/Ds 太大，对热敏性塑料会因受热时间太长而易分解，同时螺杆的自重增加，自由端挠曲下垂，容易引起料筒和螺杆擦伤，制造和安装都困难，也增大了挤出机的功率消耗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：渐变型螺杆的压缩段较长，为螺杆全长的55%65% ，PVC 挤出成型用螺杆压缩段甚至达到 100% 渐变型螺杆适合无定型塑料的生产，因为无定型塑料的熔融温度范围宽。

突变型螺杆的压缩段较短，为35Ds，PA 的挤出成型用螺杆压缩段甚至仅为一个螺距的长度突变型螺杆适合结晶型塑料的生产，因为结晶型塑料的熔融温度范围很窄 所谓渐变型。