高分子成型加工原理

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1、1高分子材料成型加工原理复习课提纲天大材料系的 100 题整合版第一部分：高分子材料及加工理论基础1 在工业上获得成功应用的“高分子材料”在概念上要具有哪些方面的特点或要求？特点： 有一定的力学性能； 兼或同时具有一定的功能特性； 具有一定的可加工性； 市场价值（经济价值）； 环保、节能、安全特征（社会价值）。要求：可满足生产或生活中的某种需要，并能够参与社会经济发展的循环过程。2 什么是软物质？为什么聚合物流体通常被认为是软物质或复杂流体？软物质：即复杂流体，主要特征是易形变，弱力引起大形变。聚合物流体同软物质都是多层次多尺度，小刺激产生大变化。3 如何理解“流动”？流动：运动单元在外场作用

2、下相对运动并损耗能量。4 为什么高分子材料往往需要在加工成型过程中对其流动性进行必要的调控？甚至有些高分子材料流动性的调控非常困难以至难以规模化工业生产？高分子材料通常不具有所需要的流动性，因此需要对其进行调控以实现材料的工业化生产。而高分子材料不具有所需要的流动的原因有：1 时间尺度不匹配：基于聚合物流体在不同空间结构尺度上的相对运动而形成的聚合物流体流动往往超出高分子材料成型加工生产实际所需要的时间尺度要求，太慢或者太快。22 分子链间的相互作用的影响：影响分子链间的相对运动，影响凝聚态结构及超分子结构的稳定性（破坏或重建）及其不同运动单元的相对运动。3 分子链间相互作用形式：分子链间的相

3、互作用是形成高聚物多姿多彩的凝聚状态的内在原因，是指大分子间存在的形式多样的次价键作用力分子间作用力，它们具有不同的强度、方向性及对距离和角度的依赖性，是材料结构自组织形成并发生演变的基础；包括：范德瓦尔斯力、氢键及分子间配键作用。5 为满足成型和加工的需要，通常如何获得或调控某些特定的高分子材料的流动性？ 调整温度压力等外在工艺技术条件：包括： 范德瓦尔斯力、氢键及分子间配键作用； 对分子结构进行化学改性，或将化学结构控制和工艺技术条件控制相结合：如对一些天然高分子材料。 优选并引入增塑剂等低分子物或超临界流体等介质：如对淀粉、PVC 等聚合物材料。6 聚合物材料的可加工性通常包含哪些方面？

4、1. 可模塑性 2. 可挤压性 3. 可纺性 4. 可延性7 熔融指数？熔融指数在实际的成型加工过程中有什么样的应用？其局限性？熔融指数，是在一定温度和压力作用下，10min 内从特定毛细管中流出聚合物熔体的克数。应用：用 MFI 确定 HDPE 用途 ；利用 MFI 确定 PP 用途描述的是特定温度、流场条件下聚合物流体的流动性，并以此确定聚合物的牌号。其对聚合物流体流动性的表征具有局限性，熔融指数概念更多局限于 PE、PP 。8 什么是可挤压性？可模塑性？3可挤压性：聚合物通过挤压作用产生形变并由此获得形状和保持形状的能力。可模塑性：材料在一定温度和压力作用下产生形变并在模具中获得特定的形

5、状、保持该形状的能力。9 什么是流变？什么是流变学？ 流变：流动和变形，在本质上是材料某尺度上的运动单元在外场作用下产生相对运动，同时伴随因材料结构变化引起材料形变响应的现象或过程。流变学：研究流变的科学，即研究材料呈流体状态时流变现象或过程的科学。研究材料呈流体状态时流变现象或过程的科学。10 流变学分支领域的划分？请阐述当代流变学和经典流变学在对流体处理上的差异。1) 研究内容的划分：结构流变学、加工流变学 尺度水平的划分：宏观流变学、微观流变学 研究对象的处理划分：经典流变学、当代流变学2) 经典流变学：聚合物流体为简单流体，作为理想化均匀材料，研究其流动和变形。当代流变学：聚合物流体为

6、复杂流体，研究其内在结构在加工流场中的热力学和动力学问题。11 什么是静态流变学？什么是动态流变学？各侧重于哪些应用？静态流变学：研究单一方向稳态剪切作用下聚合物流体的流动和变形。 蠕变、应力松弛动态流变学：周期性动态作用下聚合物流体的流动和形变。 滞后效应12 什么是剪切速率？剪切速率：单位时间内，流体在剪切作用下流体产生的剪切应变。=d(dx/dy)/dt13 什么是牛顿流体？其在结构上有什么特点？4牛顿流体：满足牛顿定律（=）的流体。特点：黏度不随剪切条件的改变而改变；剪切应力和剪切速率始终呈正比关系；流体内部结构不随剪切条件改变而变化。14 什么是牛顿粘度？牛顿粘度：服从牛顿内摩擦定律

7、的流体称为牛顿流体 牛顿流体的粘度，=/15 什么是表观粘度？不满足牛顿定律的流体为非牛顿流体，其粘度定义为表观粘度。是在一定速度梯度下，用流速梯度除以相应的切力所得的商。16 什么是假塑性流体？什么是涨塑性流体？什么是宾汉流体？分别具有什么样的结构特点？幂律定义为 =Kn，n1 微涨塑性流体，n1 微涨塑性流体，n100 时可忽略，不适于粘弹性特性很强的流体测定。113 落球黏度计：主要用于测定流体的零切粘度，所得到的结果与分子结构及测定温度有关，得不到通常所言的流动曲线关系。4 转矩流变仪：研究材料的流动、塑化、热、剪切稳定性的理想设备，该流变仪提供了更接近于实际加工的动态测量方法，可以在

8、类似实际加工的情况下，连续、准确可靠地对材料的流动性能进行测定。其两个转速不同、转向相反形成复杂的转子，在物料混合过程中能进行转矩大小的测定，映物料混合情况及其能耗。42 毛细管流变仪和旋转流变仪在用途上为什么分别适用于分别为聚合物流体的加工和聚合物流体的结构研究服务？毛细管流变仪在流体结构研究上有何不足？旋转流变仪为何不适用于为加工成型提供工艺条件上的依据？1. 因为液体粘度对剪切速率和剪应力有依赖性2. 毛细管存在压力降、热效应、溶体压缩性影响3. 条件假设稳态、等温、无末端效应，条件限制大43 乌氏粘度计在用于测试聚合物的相对分子质量大小时需要注意什么哪些方面？为什么？1 浓度要在稀溶液

9、范围内；2 时间不可以太短，因为间导出剪切速率，要求需在零剪切条件下，以减小误差；3 要很好的清洗，因为易出现吸附作用而使毛细管内径相对减小，使测量不准确。44 落球粘度计一般适用什么样的流体？为什么？牛顿流体不易得到剪应力和剪切速率等流变数据，且 值不均匀，数据处理困难。45 在使用旋转流变仪进行测试的时候，使用椎板和使用平行板存在什么不同？椎推板：使用椎板时剪切速率在样品各位置等同；12平行板：剪切速率在板中位置为线性关系。46 在高分子材料成型与加工过程中，通常涉及的物理和化学变化有哪些？聚合物的加热、冷却、交联、结晶。（取向、降解）加热为了让聚合物产生流动性，冷却为了使产品定型。结晶聚

10、合物的形态结构不仅与聚合物本身的分子结构有关，还与其结晶形成的过程密切相关。聚合物分子链断裂导致相对分子质量降低的现象或过程，称为降解线型或轻度支化型的高分子之间通过化学键合的形式，形成体型结构高分子材料热固性和热塑性塑料顺着流动的方向作平行的排列。47 在聚合物成型加工过程中有哪些加热方式？（1）外加热方式蒸汽加热：效率较低但不易过热；电加热：效率高、易控制、清洁，但易过热焦化；微波加热：清洁、高效、对反应有促进，但对设备依赖性大(微波焊接) ；其它外加热方式：煤火加热(用于回收)。（2）内摩擦热：基于聚合物流体剪切变稀特性，由粘度反馈控制的结果使体系不易过热焦化，但容易引起部分聚合物的降解

11、或交联。48 什么是内摩擦热？其特点？内摩擦热:运动流体分子间产生的摩擦，应变能转化为热能基于聚合物流体剪切变稀特性,由粘度反馈控制的结果使体系不易过热焦化, 但容易引起部分13聚合物的降解或交联。49 环氧树脂常作为电子器件的封装材料，使用过程中的相应电子产品的寿命通常取决于封装材料的应力开裂，分析原因，并提出解决措施？主要原因：1.环氧树脂固化物内部的缺陷2.应力在材料内部缺陷和裂纹处集中3.浇筑成型过程中产生并累积应力4.外部作用如碰撞，挤压，震动等使材料内应力加大。解决方法：1.降低反应体系中官能团的浓度2.加入高分子增韧剂3.加入无机粉状填料4.改进固化工艺5.利用易膨胀单体共聚50

12、 聚合物结晶度的测定方法有哪些？测定结晶动力学的方法有哪些？1，结晶度的测定方法：量热法、射线衍射法、密度法、红外光谱法、核磁共振波谱法。2，结晶动力学测定方法：用膨胀计测量聚合物在结晶过程中的体积变化51 请分别列出你所知道的结晶聚合物和无定形聚合物品种？1，结晶聚合物：聚乙烯、等规聚丙烯、聚甲醛2，无定形聚合物：聚苯乙烯、聚氯乙烯、聚碳酸酯、有机玻璃52 什么是二次结晶？什么是后结晶？什么是后收缩？14二次结晶：在成型加工过程中，结晶聚合物材料在一次结晶完成后，其中的非晶部分或结晶不完整的区域再次缓慢结晶的过程，通常很慢，可达几年甚至几十年。后结晶：成型加工过程完成后，制品中来不及结晶的部

13、分继续结晶的过程。后收缩：制品脱模后室温下放置 1 小时后所发生的收缩。如 PP 注射件后收缩约 1-2%。后收缩的 90%部分一般发生在脱模后的 6 小时以内，余下的 10%约在 10 天之内完成，在脱模 24 小时后一般认为制品基本定型。53 聚丙烯材料的尺寸稳定性一般较差，热收缩较大，不适合精密器件的加工制造，其原因是什么？如何改进？结晶，分子链运动填充改性： 硅酸钙填充聚丙烯，降低成本，提高刚性、耐热性，尺寸稳定性54 聚丙烯通常容易在成型加工过程中出现真空泡，形成原因是什么？如何才能避免？原因：原料受热后蒸汽过大，充注料量不足或注射压力低，急速冷却体积损失方案：1.提高注射压力、速度

14、，增加料量2. 提高原料温度3. 通过烘干等手段降低样品湿度55 什么是取向？是指在某种外力作用下，分子链或其他结构单元沿着外力作用方向择优排列的结构。56 在聚合物加工和成型过程中，聚合物流体一般存在两种流动形式，剪切流动和拉伸流动，两种流动形式可分别引起剪切取向和拉伸取向，请简单分析两种取向产生的温度条件？两种取向过程的主要特点分别是什么？给定拉伸比和定温下，温度越低越好（不低于玻璃化温度）；给定拉伸比和定温下，拉伸速度越快所得分子定向程度越高；给定拉伸比和定温下，拉伸比越大，定向程度越高；不15管拉伸情况如何，通常对温敏的聚合物材料而言，其冷却速率越大，能保持定向程度越高。57 聚合物产

15、生降解的机理有哪几种？请分别举例说明？(1)热氧降解作用 聚丙烯酰胺在水中(2)力化学降解作用 PVC 振磨作用(3)光化学降解作用 苯胺 水中催化剂(4)发生水解、酸解等逆化学反应 尼龙 6(5)催化降解作用（催化剂残留等） 染料 ZnO(6)生物降解作用等 聚乳酸58 一般避免聚合物降解的措施要从哪些方面考虑？聚合物制品产生降解的表现或后果有哪些？判断聚合物制品中的聚合物组分是否发生降解的依据或方法有哪些？主要措施：(1)原料控制：聚合物工业合成或改性过程中引入的催化剂、引发剂、酸、碱等杂质的控制；聚合物分子链结构中双键、支链结构等的控制。(2)使用之前严格干燥：特别是对于聚酯、聚醚、聚酰

16、胺等经缩合反应得到的聚合物。(3)确定合理的加工工艺技术和条件。(4)改善加工设备和模具结构：主要消除死角、缝隙、减少过长的流道、提高温度控制精度和冷却系统的工作效率。(5)适当引入稳定剂等加工助剂：提高聚合物分子量结构的稳定性（如 PP），或改善聚合物流体流动性（如 PVC）降解现象的主要后果：16(1)聚合物制品的外观变坏，如颜色变黄(2)聚合物制品内在质量下降，如力学强度或依存于聚合物分子链的功能性特征减弱(3)聚合物制品的使用寿命缩短判断聚合物制品中的聚合物组分是否发生降解的依据或方法涉及聚合物材料的老化行为演变特征，与其降解的机理相对应，需要提供相应的技术条件进行老化处理，然后采用阿累尼乌斯方程进行预测。59 什么是聚合物的交联？地板采暖用交联聚乙烯管材用的聚乙烯交联方式有哪些？交联反应：在聚合物材料的成型加工过程中，由于力学或化学等作用，使线型或轻度支化型的高分子之间通过自带的反应基团的作用或自带反应活点与交联剂的作用而以化学