(完整版)课后习题

第2 章

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Tg~Tm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。

5.什么是结晶度，结晶度的大小对聚合物有什么影响

结晶度用来表示聚合物中结晶区域所占的比例。

1）力学性能结晶使塑料变脆（耐冲击强度下降），韧性较强，延展性较差。

2）光学性能结晶使塑料不透明，因为晶区与非晶区的界面会发生光散射。减小球晶尺寸到一定程式度，不仅提高了塑料的强度（减小了晶间缺陷）而且提高了透明度，（当球晶尺寸小于光波长时不会产生散射）。3）热性能结晶性塑料在温度升高时不出现高弹态，温度升高至熔融温度TM 时，呈现粘流态。因此结晶性塑料的使用温度从Tg （玻璃化温度）提高到TM（熔融温度）。

4）耐溶剂性，渗透性等得到提高，因为结晶分排列更加紧密。

第3章

1.高分子材料中加入添加剂的目的是什么？添加剂可分为哪些主要类型

目的:满足成型加工上的要求，满足制品性能上的要求，满足制品功能上的要求，满足制品经济上的要求。主要类型：工艺性添加剂、功能性添加剂

7.增塑剂的作用机理？

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。按作用机理不同，有外增塑和内增塑之分。

（1）起外增塑作用的是低相对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。以PVC为例，增塑剂分子上的极性基团与PVC上的氯原子相互吸引，减少了PVC分子间的相互作用，即减少了物理交联点。此外，增塑剂的分子比PVC要小得多，活动较容易，增加了PVC分子链段活动的空间，从而使PVC 的Tg下降，塑性增加。这类增塑剂生产较简单，性能较全面，其增塑作用可在较大范围内依加入增塑剂的品种和数量进行调节。其缺点是耐久性较差，易挥发、迁

移和抽出。

（2）起内增塑作用的通常为共聚树脂，即在均聚物Tg较高的单体中引入均聚物Tg 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。此外，在高分子化合物分子链上引入支链或取代基也是一种常见的方法，如氯化聚乙烯。它们的优点是耐久性好，不挥发、难抽出，缺点是必须在聚合过程中引入，工艺较复杂，成本高，使用温度范围较窄，应用较少。

第4章

3.在生产宽1200mm,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，硬脂酸钡1.2，硬脂酸铅0.8，邻苯二甲酸二辛酯30，癸二酸二辛酯10，环氧大豆油，氯化石蜡5，硬脂酸0.8，碳酸钙8，钛菁蓝0.5

问：配方中各组分的作用？

答：聚氯乙烯树脂为基体树脂；三盐基硫酸铅、硬酯酸钡和硬酯酸铅为热稳定剂；邻苯二甲酸二辛酯和癸二酸二辛酯为增塑剂；环氧大豆油有增塑和热稳定的作用；氯化石蜡有增塑、润滑和阻燃的作用；硬酯酸为润滑剂；碳酸钙为无机填充剂；钛菁兰为颜料（即着色剂）。

4.高分子材料进行配方设计的一般原则和依据各是什么？

(1)依据：充分发挥其物理机械性能，改善成型加工性能，降低制品成本，提高经济效益。（2）原则：制品的性能要求、成型加工性能的要求、选用的原料材料来源容易、质量稳定可靠，价格合理。

第5章

6.聚合物的分子量及其分布与聚合物熔体粘度的关系

聚合物的粘性流动是分子链重心沿流动方向发生位移和链间相互滑移的结果.分子量越大,一个分子链包含的链段数目就越多,为了实现重心的迁移,需要完成的链段协同作用的次数就越多,所以聚合物熔体的剪切粘度随分子量的增加而增加,分子量大的流动性就差,表观粘度就高,而且分子量的缓慢增加会引起表观粘度的急剧增高.这主要可以用链缠结理论解释,分子量大,分子链缠结越严重,使流动阻力变大,粘度升高。

第6章

10.3.什么叫塑料的混合和塑化，其主要区别在哪里

塑料的混合：物料的初混合，在低于流动温度和较为缓和的剪切速率下进行，混合后，物料各组分的物理性质和化学性质无变化，只增加各组分颗粒的无规则排列程度，不改变颗粒大小

塑料的塑化：再混合，在高于流动温度和较强烈的剪切速率下进行，混合后，物料各组分物化性质有所改变。

第7章

2.简述热固性塑料模压成型的工艺步骤。

（1）计量：重量法和容量法，按制品的要求计量物料的质量或体积。（2）预压：在室温下将松散的粉状或纤维状的热固性塑料压成形状规则的型坯。也可以在低温下（50～90℃）预压，预压的密度一般达到制品密度的80％。（3）预热：模压前对塑料进行加热具有预热和干燥两个作用，前者是为了提高料温，便于成型，后者是为了去除水分和其它挥发物。（4）嵌件安放：在加料前嵌件必须放入模具，嵌件安放要求平稳准确，以免造成废品或损伤模具。（5）加料：把已计量的模塑料放入模具中，要求堆放合理，避免局部缺料。（6）闭模：加料完毕后闭合模具，应先快后慢，避免物料被空气吹出，造成缺料。（7）排气：排气不仅能缩短硬化时间，而且可以避免制品内部出现分层和气泡现象。排气时卸压使模具松开少许时间，次数和时间根据具体情况而定。（8）保压固化：排气后以慢速升高压力，在一定的模压压力和温度下保持一段时间，使缩聚反应完全。一般在模内的保压固化时间为数分钟。（9）脱模冷却：热固性塑料固化完毕后即可趁热脱模，脱模通常靠顶出杆完成，形状复杂的制品应加压冷却，防止翘曲。（10）制品后处理：脱模后需对制品进行修整和热处理。修整主要是去掉溢料产生的毛边，热处理将制品在一定温度下加热一段时间，缓慢冷却至室温，使固化完全。

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。

15.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？

第8章

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。

12.挤出管材的工艺过程是什么，基础管材如何定径？

过程是原料烘干、加料、加热熔融、挤出、冷却、切割、包装。

外定径：内压法，抽真空；内定径：直角式，偏移式机头

第9章

6.试分析注射成型中物料温度和注射压力之间的关系，并控制成型区域示意图。

答：注射过程中注射压力与塑料温度是相互制约的。在一定的料温和注射压力范围内，料温高时注射压力可适当减小；反之，料温低时，所需的注射压力加大。

物料温度和注射压力之间的关系图如图所示：料温一般在粘流温度以上和分解温度以下，在料温非常低的

情况下，即在表面不良线以下的料温时，无论多高的注射压力，都成型困难；而物料温度太高时则会分解。在较低的注射压力和较低的料温下，即在缺料线以下的区域，由于物料黏度太低，流动性太差，会出现缺料现象；当升高温度或者增大注射压力，即可越过缺料线进入成型区域，此时可顺利成型制品。当注射压力过大或者料温较高时，由于物料黏度太低，流动性太好，在较大的注射压力下，则会出现溢料现象，进入溢料线以上区域。

10.试述注射成型制品易产生内应力原因以及解决办法

制品大多数是形状复杂或壁厚不均匀的，注射成型时，压力和速度都很高，塑料熔体流动行为复杂，制品有不同程度的结晶和取向。制品各部分冷却速度极难一至，所有这些都有可能造成制品存在内部应力集中，制品在贮存和使用过程中产生变形和裂纹，将影响制品的使用寿命和使用性能。

退火处理：使制品在塑料的玻璃化温度和软化温度之间某一温度附近加热一段时间，加热介质可以使用热水、热油或热空气。处理过程中，能加速大分子松弛过程，消除或降低成型时造成的内应力。

第10章

4.何谓压延效应？产生的原因及减小的方法是什么？

压延成型过程中，黏流态塑料在通过压延辊筒间隙时，线形大分子沿着压延方向作定向排列。出现制品的各向异性，制品的纵向和横向的物理机械性能不同，这种现象在压延成型中称为压延效应。

↑温度；↓速度及速比；辊距↑；尽量不使用各向异性的配合剂、改变喂料方向和提高物料的塑性，压延后缓慢冷却，可降低压延效应。

第11章

3.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：PP此类含有晶相的聚合物在拉伸过程中不容易使其定向程度提高，因此要保证其是无定形的，工艺上为达到这一要求，对PP结晶性聚合物采取方法是挤出后的熔融态厚片实行急冷，控制其结晶度在5%以下。预热作用是将急冷的厚片重新拉伸到所需温度，以便二次成型。

8.纤维拉伸中聚合物结构发生什么变化，对纤维性能产生什么影响？

第12章

3，简述气发泡沫塑料成型原理

气体的产生；气孔的产生；气孔的增大；气孔的稳定

大多数高分子泡沫材料的生产都是在树脂和生胶中加入化学发泡剂或物理发泡剂，在生产工艺条件下，让发泡剂分解货汽化产生气体并在高分子材料中形成气孔。