高分子材料加工成型原理题库
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填空：
1．聚合物具有一些特有的加工性质，如有良好的__可模塑性__，__可挤压性__，__可纺性__和__可延性__。正是这些加工性质为聚合物材料提供了适于多种多样加工技术的可能性。
2．__熔融指数__是评价聚合物材料的__可挤压性__这一加工性质的一种简单而又实用的方法，而__螺旋流动试验__是评价聚合物材料的__可模塑性__这一加工性质的一种简单而又实用的方法。
3．在通常的加工条件下，聚合物形变主要由__高弹形变__和__粘性形变__所组成。从形变性质来看包括__可逆形变__和__不可逆形变__两种成分，只是由于加工条件不同而存在着两种成分的相对差异。
4．聚苯乙烯（PS）、聚丙烯（PP）、聚氯乙烯（PVC）、聚碳酸酯（PC）、高密度聚乙烯（HDPE）、聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）和聚酰胺（PA）的缩写。
5．聚合物的粘弹性行为与加工温度T有密切关系，当T>Tf时，主要发生__粘性形变__，也有弹性效应，当Tg 6．按照经典的粘弹性理论，加工过程线型聚合物的总形变可以看成是__普弹形变__、__推迟高弹形变__和__粘性形变三部分所组成。 7．假塑性流体在较宽的剪切速率范围内的流动曲线，按照变化特征可以分为三个区域，分别是：__第一牛顿区__、__非牛顿区__和__第二牛顿区__。 8．聚合物液体在管和槽中的流动时，按照受力方式划分可以分为__压力流动__、__收敛流动__和__拖拽流动__； 按流动方向分布划分：__一维流动__、__二维流动__和__三维流动__。 9．用于测定聚合物流变性质的仪器一般称为__流变仪__或__粘度计__。目前用得最广泛的主要有__毛细管粘度计__、__旋转粘度计__、__落球粘度计__和锥板粘度计__等几种。 10．影响聚合物流变形为的的主要因素有：_温度_、_压力_、_应变速率_和_聚合物结构因素_以及_组成_等。11．聚合物流动行为最常见的弹性行为是_端末效应_和_不稳定流动，它们具体包括：_入口效应_、出口膨胀效应、__鲨鱼皮现象__和__熔体破裂__。 12．聚合物加工过程中的主要的物理变化有：结晶_和_取向；主要化学变化有：降解_和_交联。 13．加工成型过程中影响结晶的主要因素有：_冷却速率_、_熔融温度_、_熔融时间_、_应力作用__以及__低分物和链结构的影响__。 14．加工成型过程中取向按照流动成因可分为：拉伸取向_和_流动取向；按照取向方式可分为：单轴取向_和__双轴取向__。 15．聚合物在成型加工过程或长期使用容易发生老化现象，有效方法之一是添加__防老剂__，按照功用的不同可将防老剂具体分为：__稳定剂__、__光稳定剂__、__抗氧剂__和__驱避剂__等。 16．聚合物在成型加工过程中物料的混合过程一般是靠__扩散__、__对流__和__剪切__三种作用实现的。 17．聚合物在成型加工过程中主要应用的初混合设备包括：__捏合机__、__高速混合机__、__管道式捏合机__等； 主要的混合塑炼设备包括：__双辊塑炼机__、__密炼机__、__挤出机__等。 18．单螺杆挤出机的基本结构主要包括五个部分，它们分别是：传动装置_、加料装置_、料筒_、螺杆、机头口模。19．根据物料在螺杆中的变化特征将螺杆分为三个部分：__加料段__、__压缩段__、__均化段__。 20．挤出机的机头与口模的组成部件包括：__过滤网_、多孔板_、_分流器__、__模芯__、__口模_和__机颈__等。21．注射机按照结构特征划分可以分为__柱塞式__和__螺杆式__。它们都主要由三个主要系统构成，具体包括：__注射系统__、__锁模系统__和__模具系统__。 22．注射机的螺杆的主要作用是：__送料__、__压实__、__塑化__、__传压__。 23．喷嘴是连接__料筒__和__模具__的过渡部分。通常分为三种形式：__通用式__、_延伸式_、_弹簧针阀式。24．按时间次序，注射过程可分为以下几个阶段：①空载期、②充模期、③保压期、④反料期、⑤凝封期和 ⑥继冷期。 25．模压成型的过程主要包括：加料、闭模、排气、固化、脱模__和__吹洗模具__等几个步骤。 26．塑料一次成型工艺有多种，其中用于最广泛的四种分别有：挤出成型、注塑成型、模压成型_和__压延成型__。27．塑料中空吹塑成型有三种常见的方法，它们分别是：注射吹塑、挤出吹塑__和__注射拉伸吹塑__。 28．热成型方法有几十种，其中基本方法有六种，它们分别是：真空成型、压力成型、覆盖成型、柱塞辅助成型、推气成型__和__对模成型__。 29．拉幅薄膜成型的主要方法有两种，分别是__平膜法__和__管膜法__。 30．注射模具的结构可以千变万化，而且基本结构都是一致的，主要由：浇注系统、成型零件__和__结构零件__三大部分组成。 名词解释： 一次成型：—次成型是通过加热使塑料处于粘流态的条件下，经过流动、成型和冷却硬化(或交联固化)，而将塑料制成各种形状的产品的方法 二次成型：在一定条件下将一次成型得到的片、板、棒等塑料成品，加热使其处于类橡胶状态，通过外力作用使其形变而成型为各种较简单形状，再经冷却定型而得新产品。 挤出成型：借助螺杆或柱塞的挤压作用，使受热融化的塑料在压力推动下，强行通过口模而成为具有恒定截面的连续型材的一种成型方法。 注射成型：将塑料（一般为粒料）在注射成型机的料筒内加热熔化，当呈流动状态时，在柱塞或螺杆加压下熔融塑料被压缩并向前移支，进而通过料筒前端的喷嘴以很快速度注入温度较低的闭全模具内，经过一定时间冷却 定型后，开启模具即得制品。 压制成型：将粉状或糊团等形状的热固性树脂加入加热的模具型腔内，然后闭合模具加压加热，使树脂达到流动状态，并充满模具型腔的各个角落，同时，通过交联反应固化定型，经适当的固化时间后，打开模具取出制品。 压延成型：先用各种塑炼设备将成型物料熔融塑化，然后使已塑化的熔体通过一系列相向旋转的滚筒间隙，使之经受挤压与延展作用成为平面状的连续塑性体，再经过冷却定型和适当的后处理即得到膜、片类塑料制品。 注射周期：注射周期或称总周期，指完成一次注射成型所需的时间。 压延效应：在压延过程中，热塑性塑料由于受到很大的剪切应力作用，因此大分子会顺着薄膜前进方向发生定向作用，使生成的薄膜在物理机械性能上出现各向异性，这种现象称为压延效应。 中空吹塑成型：将挤出或注射成型的塑料管坯(型坯)在高弹态时置于各种形状的模具中，并即时在管坯中通入压缩空气将其吹胀，使其紧贴于模腔壁上成型，经冷却脱模后即得中空制品。 热成型：利用热塑性塑料的片材作为原料，夹在模具的框架上，让其在Tg至Tf间的适宜温度加热软化，施加压力，使其紧贴模具的型面，取得与型面相仿的形状尺寸，经冷却定型和修整后即得制品。 拉幅薄膜成型：将挤出得到的厚度为1—3毫米的厚片或管坯，重新加热到Tg至Tm（Tf）间，进行平面内的大幅度拉伸而制成薄膜的方法. 流变学：是研究材料流动和变形的科学，是固体力学和流体力学的有机结合。 牛顿流体：在一维剪切流动情况下，当有剪切应力于定温下施加到两个相距dr的流体平行层面并以相对速度dv运动， 剪切应力与剪切速率成线性关系的流体称为牛顿流体. 非牛顿流体：不遵从牛顿流动定律的流体统称为非牛顿流体。 粘度：又叫切变粘度系数，简称粘度产生单位剪切速率（速度梯度）所必须的剪切应力值 表观粘度：非牛顿流体流动时剪切应力和剪切速率的比值。用ηa (apparent viscosity) 表示。 宾汉液体：与牛顿流体相同，剪切速率～剪切应力的关系也是一条直线，不同处：它的流动只有当τ高到一定程度后才开始，需要使液体产生流动的最小应力τy称为屈服应力。当τ<τy时，完全不流动。 假塑性液体：流体的表观粘度随剪切应力的增加而降低。也即切力变稀现象。 膨胀性液体：流体的表观粘度随剪切应力的增加而增加，也即切力增稠现象。 剪切速率：单位时间内流体所产生的剪切应变 端末效应：聚合物流体在管道入口端因出现收敛流动，使压力降突然增大的现象 鲨鱼皮症：一般指“鲨鱼皮症”，是发生在挤出物熔体流柱表面上的一种缺陷现象，其特点是在挤出物表面形成很多细微的皱纹，类似于鲨鱼皮。 熔体破碎：也是一种不稳定流动现象，具体是挤出物表面出现凹凸不平，外形畸变支离断裂，内部和外部都产生破坏的现象。 结晶：是指晶体形成的具体过程。 取向：聚合物结构单元或纤维状填料在某种程度上顺着流动的方向作平行排列，这种排列常成为取向 降解：降解：聚合物分子量降低的作用。 交联：聚合物的加工过程，形成三向网状结构的反应称为交联 熔融指数：是指在一定载荷下定温下10分钟内聚合物从出料口挤出的重量，单位是克。 温度敏感指标：给定剪切速率下相差40℃的两个温度T1和T2的粘度比。 三、简答题： 1、请用粘弹性的滞后效应相关理论解释塑料注射成型制品的变形收缩现象以及热处理的作用。（课本P12） 答：○1塑料注射成型制品的变形收缩。当注射制件脱模时，大分子的形变并非已经停止，在贮存和使用过程中，制件中大分子的进一步形变能使制件变形。制品收缩的主要原因是熔体成型时骤冷使大分子堆积得较松散（即存在“自由体积”）之故。在贮存和使用过程中，大分子的重排运动的发展，使堆积逐渐紧密，以致密度增加体积收缩。能结晶的聚合物则因逐渐形成结晶结构而使成型的制品体积收缩。制品体积收缩的程度是随冷却速度增大而变得严重，所以加工过程急冷（骤冷）对制件的质量通常是不利的。无论是变形或是体积收缩，都将降低制品的因次稳定 性；严重的变形或收缩不均匀还会在制品中形成内应力，甚至引起制品开裂；同时并降低制品的综合性能。 ○2在Tg~Tf的温度范围内对成型制品进行热处理，可以缩短大分子形变的松弛时间，加速结晶聚合物的结晶速度，使制品的形状能够较快地稳定下来。某些制品在热处理过程辅以溶胀作用（在水或溶剂中热处理或将制品置于溶剂蒸汽中热处理，更能缩短松弛时间）。例如在纤维拉伸定型的热处理中，若吹入瞬时水蒸气，有利于较快地消除纤维中的内应力，提高纤维使用的稳定性。通过热处理不仅可以使制品中的内应力降低，还能改善聚合物的物理机械性能，这对于那些链段的刚性较大、成型过程中容易冻结内应力的聚合物如聚碳酸酯、聚苯醚、聚苯乙烯等有很重要的意义。 2、分别阐述聚合物在高弹态和粘流态时的粘弹性形变特点。 即使在较小的外力作用下，也能迅速产生很大的形变，并且当外力除去后，形变又可逐渐恢复。这种受力能产生很大的形变，除去外力后能恢复原状的性能称高弹性，相应的力学状态称高弹态。 当温度升到足够高时，在外力作用下，由于链段运动剧烈，导致整个分子链质量中心发生相对位移，聚合物完全变为粘性流体，其形变不可逆，这种力学状称为粘流态。 3、什么是聚合物的力学三态，各自的特点是什么？各适用于什么加工方法？ 玻璃态、高弹态和粘流态称为聚合物的力学三态。 聚合物在外力作用下的形变小，具有虎克弹性行为：形变在瞬间完成，当外力除去后，形变又立即恢复，表现为质硬而脆，这种力学状态与无机玻璃相似，称为玻璃态。 车、铣、刨、削等机械加工 这种受力能产生很大的形变，除去外力后能恢复原状的性能称高弹性，相应的力学状态称高弹态。 真空成型、压力成型、压延、弯曲成型等加工 聚合物完全变为粘性流体，其形变不可逆，这种力学状称为粘流态。 熔融纺丝、注射、挤出、吹塑、贴合等加工 4、画出几种典型流体的剪切力-剪切速率流动曲线，并简单说明各自的流变行为特征。 宾汉流体： 与牛顿流体相同，剪切速率～剪切应力的关系也是一条直线，不同处：它的流动只有当τ高到一定程度后才开始，需要使液体产生流动的最小应力τy称为屈服应力。当τ<τy时，完全不流动。 假塑性流体： 流体的表观粘度随剪切应力的增加而降低。也即切力变稀现象。 膨胀性流体： 流体的表观粘度随剪切应力的增加而增加，也即切力增稠现象。 牛顿流体： 在一维剪切流动情况下，当有剪切应力于定温下施加到两个相距dr的流体平行层面并以相对速度dv运动，剪切应力与剪切速率成线性关系的流体称为牛顿流体. 5、怎么样根据聚合物粘度的温敏特性以及切敏特性选择加工条件？（仅供参考） 对于ηa对T敏感的物料来说，在成型过程中提高熔体的温度，可以有效降低粘度，对成型有利。 在成型操作中，对于ηa对T不太敏感的聚合物来说，仅凭增加温度来增加其流动性而要使它成型是错误的，因为: 1）温度幅度增加很大，而它的表观粘度却降低有限（PP、PE、POM）。 2）大幅度的增加温度很可能使它降解，从而降低产品质量，能量设备损耗加大，工件条件恶化 在加工时，如果聚合物熔体的粘度在很宽的剪切速率范围内部是可用的，则选择在粘度对剪切速率不敏感的区域下操作更为合适。 6、影响聚合物粘度的因素分别有哪些？ 对于高聚物熔体来说，影响粘度的因素有许多，应力、应变速率、温度、压力、分子参数和结构、相对分子质量分布、支化和添加剂等。但归结起来有两个方面： (1)熔体内的自由体积因素，自由体积↑粘度↓ (2)大分子长链间的缠结，凡能减少缠结作用因素，都能加速分子运动，粘度↓ 7、压力流动、收敛流动、拖拽流动的定义及各自常见发生场合。 压力流动：在简单的形状管道中因受压力作用而产生的流动。<受力:压力、剪切力>；聚合物成型时在管内的流动多属于压力梯度引起的剪切流动。如注射时流道内熔体的流动。 收敛流动：在截面积逐渐减小的流道中的流动。<受力:压力、剪切力、拉伸力>；多发生在在锥形管或其他截面积逐渐变小的管道中。 拖拽流动：在具有部分动件的流道中的流动。<受力：拉伸力、剪切力>，如在挤出机螺槽中的聚合物流动以及线缆包覆物生产口模中。 8、牛顿流体及非牛顿流体在圆管中的流动特征各是什么？ 牛顿流体在圆管中的流动特征: 剪切应力：管壁处剪切应力最大，中心处为零；剪切应力在液体中的分布与半径成正比，并呈直线关系。 流体速度：液体在圆形管道中的流动时具有抛物线型的速率分布；管中心处的速率最大，管壁处为零，圆管中的等速线为一些同心圆。 非牛顿流体流动的特征： 剪切应力：管壁处剪切应力最大，中心处为零；剪切应力在液体中的分布与半径成正比，并呈直线关系。（与牛顿流体相同） 流体速度：对于膨胀性非牛顿液体(n＞1)，速度分布曲线变得较为陡峭，n值愈大，愈接近于锥形；对假塑性非牛顿液体(n＜1)，分布曲线则较抛物线平坦；n愈小，管中心部分的速度分布愈平坦，曲线形状类似于柱塞。 管中心处的速率最大，管壁处为零，圆管中的等速线为一些同心圆。 9、聚合物加工中，对于尺寸变化的管道中通常采用一段有收敛作用的管道来连接，是何原因？ 答：避免任何死角的存在，减少聚合物因过久停留而引起的分解，同时有利于降低流动过程因强烈扰动带来的总压力降，减少能耗，减少流动缺陷，提高产品质量和设备生产能力。 10、入口效应和出口效应对聚合物加工有何不利？一般怎样去降低？ ○1入口效应和离膜膨胀效应通常对聚合物加工来说都是不利的，特别是在注射、挤出和纤维纺丝过程中，可能导制产品变形和扭曲，降低制品尺寸稳定做并可能在制品内引入内应力，降低产品机械性能。 ○2增加管子长度、增加管径、L/D增加，减小入口端的收敛角，适当降低加工应力、增加加工温度、给以牵伸力，减小弹性变形的不利因素。 11、什么是鲨鱼皮症？试总结产生的原因。 一般指“鲨鱼皮症”，是发生在挤出物熔体流柱表面上的一种缺陷现象，其特点是在挤出物表面形成很多细微的皱纹，类似于鲨鱼皮。 原因： 一方面主要是熔体在管壁上的滑移，熔体在管道中流动时，管壁附近速度梯度最大，其大分子伸展变形程度比中心大，在流动过程中因大分子伸展产生的弹性变形发生松弛，就会引起熔体流在管壁上出现周期性滑移。 另一方面，流道出口对熔体的拉伸作用也是时大时小，随着这种张力的周期性变化，熔体流柱表层的移动速度也时快时慢，流柱表面上就会出现不同形状的皱纹。 12、总结并简单分析加工成型过程中影响结晶的因素。 1、冷却速度的影响 2、熔融温度和熔融时间的影响 3、应力作用的影响： 压力影响球晶的大小：压力低能生成大而完整的晶体；高压下形成小而形状不规则的球晶。压应 力会使聚合物的结晶温度提高。 4、低分子物和固体杂质的影响 13、聚合物结晶对制件性能的影响有哪些？ 1、结晶对制品密度影响 由于结晶时聚合物分子链做规则、紧密排列，所以晶区密度高于非晶区密度。制品密度随结晶度增加而增大。 2、结晶对制品力学性能的影响 a.一般随着结晶度的提高，制品硬度提高、弹性模量提高、拉伸强度提高、冲击强度下降、断裂伸长率等韧性指标下降。 b.结晶形态、晶粒尺寸和数量也对制品的力学性能产生影响。细小而均匀的晶粒结构，制品综合力学性能好。 3、结晶对热及其它方面的影响 结晶有利于提高制品的耐热性，结晶度提高，耐热性提高。 结晶性聚合物，分子链排列规整、紧密，与无定形聚合物相比，能更好地阻挡各种试剂的渗入，所以结晶度提高，耐溶剂性提高。 结晶度提高，产品收缩率增加。 14、聚合物成型加工过程中在管道或模具中取向结构分布规律？ 分子取向从浇口处起顺着料流方向逐渐增加，达到最大点后逐渐减小，中心区和表面层取向程度不高，中心区四周取向程度高。 15、聚合物取向对制件性能的影响有哪些？（详细在课本P82） ①单轴取向：取向方向上制品的拉伸屈服强度↑，模量↑，压缩屈服强度↓，非晶聚合物断裂伸长率↑，结晶聚合物断裂伸长率↓；非取向方向上性能变化和上述相反。 ②双轴取向：两个取向方向上制品的模量、抗拉强度和断裂伸长率↑，但取向度小的取向方向上的性能变化程度低于另一个方向上的。 16、成型加工过程中如何避免聚合物的降解？ (1)严格控制原材料技术指标，使用合格原材料； (2)使用前对聚合物进行严格干燥； (3)确定合理的加工工艺和加工条件，使聚合物能在不易产生降解的条件下加工成型； (4)加工设备和模具应有良好的结构； (5)在配方中考虑使用抗氧剂、稳定剂等以加强聚合物对降解的抵抗能力。 17、塑料制品中有哪些原材料和添加剂？其各自的作用？ 聚合物是塑料的主要成分 主要添加剂有： 增塑剂作用：降低塑料的软化温度范围、提高其加工性、柔韧性或延展性 防老剂防老剂的作用： （1）抑制聚合物的降解作用：稳定剂——去除聚合物中原有的和新形成的活性中心，以抑制聚合物继续降 解。 （2）抑制聚合物的氧化作用：抗氧剂——能代替易受氧化分解的聚合物与氧反应，防止或推迟氧对聚合物 的影响，抑制聚合物的氧化。 填料作用： ①降低成本，减少聚合物消耗； ②提高制品性能。 润滑剂作用：是减少分子之间、聚合物粒子之间、树脂和填料之间的摩擦，以及熔体和设备、制品和模具之间的摩擦，以改善加工流动和脱模性。 着色剂作用：使制品获得鲜艳的色彩，增进美观。 固化剂使树脂完成或加快交联反应的物质。 18、常见的混合设备有哪些？并说明每种设备主要采用什么作用实现混合的？（课本P112） 初混合：捏合机、高速混合机、管道式捏合机等； 混合塑炼：双辊塑炼机、密炼机、挤出机等。 作用：。。。。。。。。 19、简述单螺杆挤出机的基本结构，螺杆的基本参数，机头和口模的组成部件。 基本结构主要包括：传动装置、加料装置、料筒、螺杆、机头与口模。 螺杆的主要参数：直径、长径比、压缩比、螺距螺槽深度、螺旋角、杆筒间隙 机头与口模：主要组成：滤网、多孔板、分流器、模芯、口模和机颈等。 20、分析主要螺杆参数对加工过程的影响。 直径：D↑，加工能力↑。挤出机生产率∝D2，D通常为45~150mm； 长径比：L/D↑，改善物料温度分布，有利于混合及塑化，生产能力↑； 但L/D过大，物料可能发生热降解，螺杆也可能因自重而弯曲，功耗增大；L过小则塑化不良。L/D通 常为18~25； 螺槽深度：螺槽深度↓，剪切速率↑，传热效率↑，混合及塑化效率↑，生产率↓。故热敏性塑料宜用深螺槽，而熔体粘度低且热稳定性好的塑料宜用浅螺槽。 螺旋角：螺旋角↑，生产能力↑，对塑料的剪切作用和挤压力↓。 21、根据物料的变化特征可将螺杆分为几个阶段，它们各自的作用是什么？ 加料段（Ⅰ）、压缩段（Ⅱ）、均化段（Ⅲ） 加料段（Ⅰ）作用：将料斗供给的料送往压缩段，塑料在移动过程中一般保持固体状态由于受热而部分熔化。 压缩段（Ⅱ）作用：压实物料，使物料由固体转化为熔体，并排除物料中的空气。 均化段(计量段)的作用：是将熔融物料，定容(定量)定压地送入机头使其在口模中成型。均化段的螺槽容积与加料一样恒定不变。 22、简单叙述挤出成型、注射成型、压制成型、压延成型各自的工艺过程。 1、挤出成型工艺主要程序：物料的干燥，成型，定型与冷却，制品的牵引与卷取，制品的后处理。 2、注射过程：塑化→充模→保压→冷却→脱模 3、压制成型过程主要包括：加料、闭模、排气、固化、脱模与清理模具。 4、压延工艺过程： ○1供料阶段：捏合→塑化→供料 ○2压延阶段：压延→牵引→刻花→冷却定型→输送→切割、卷取 23、比较注塑螺杆和挤出螺杆在结构上的主要差别。 注塑螺杆和挤出螺杆在结构上的主要差别： 注塑螺杆长径比比挤出螺杆小； 注塑螺杆均化段螺槽深度比挤出螺杆深； 注塑螺杆压缩比比挤出螺杆小； 注塑螺杆加料段长度比挤出螺杆长，而均化段长度比挤出螺杆短； 挤出螺杆多为圆头或锥头，而注塑螺杆多为尖头并带有特殊结构。 注塑螺杆只起预塑化和注射作用，对塑化能力、压力稳定性以及操作连续性和稳定性没有挤出螺杆要求高。 24、阐述注射机的基本结构。 注射系统——包括：加料装置、料筒、螺杆（分流梭和柱塞）、喷嘴； 锁模系统——是实现闭合模具、开启模具和顶出制品的机构。 模具——包括：主流道、分流道、浇口、型腔、排气孔、导向零件、脱模装置、抽芯机构、加热或冷却系统 25、分析在注射成型中确定料筒温度的依据 料筒末端温度要高于Tf或Tm，但不能超过分解温度Td 一般地，螺杆式注射机的料筒温度要比柱塞式的低10~20℃ 薄制品采用较高料筒温度，厚制品需要较低的料筒温度，形状复杂或有嵌件的制品采用较高温度。 26、如何确定注射成型中的喷嘴温度？ 喷嘴温度一般要稍低于料筒的最高温度 27、注射制品产生内应力的主要原因有哪些？ 当注射制件脱模时，大分子的形变并非已经停止，在贮存和使用过程中，制件中大分子的进一步形变能使制件变形。制品收缩的主要原因是熔体成型时骤冷使大分子堆积得较松散（即存在“自由体积”）之故。在贮存和使用过程中，大分子的重排运动的发展，使堆积逐渐紧密，以致密度增加体积收缩。能结晶的聚合物则因逐渐形成结晶结构而使成型的制品体积收缩。 28、有哪些成型方法属于一次成型？ 1、挤出成型 2、注射成型 3、模压成型 4、压延成型 5、铸塑成型 6、传递模塑成型 7、模压烧结成型和泡沫塑料和成型 29、中空吹塑成型和热成型各自主要的工艺方法有哪些？ 1、中空吹塑的主要的工艺方法：挤出吹塑成型、注射吹塑成型、注射拉伸吹塑成型。 2、热成型的主要的工艺方法：真空成型、压力成型、覆盖成型、柱塞辅助成型、推气成型、对模成型。 30、对于一次成型和二次成型中常见的成型方法各有哪些？每种方法各举出至少一例对应的制 1、一次成型： ○1挤出成型：管材、板材、薄膜、线缆包覆物 ○2注射成型： ○3模压成型：块状模塑复合料BMC(Buck Molding Compound)和片状模塑复合料SMC(Sheet Molding Compound)。○4压延成型品：管材、板材 2、二次成型： ○1中空吹塑成型：瓶、容器、儿童玩具、家电零部件办公用品，还可以用于汽车保险杠，燃油箱等汽车工业零部件，叫做“工程吹塑”。 ○2热成型：热成型适应性很广，如一粒小药片的包装、一次性使用的饮料杯、各种商品的仿型包装、冰箱内胆、汽车和游艇的外壳部件、化工容器直到一个室内游泳池的成型，都可用热成型方法制造。 ○3拉幅薄膜的成型：薄膜 四、分析与论述 1.图为注射过程过程柱塞、喷嘴和模具内压力的关系，请结合图说明注射过程可分为哪些阶段？（课本P146）答：按时间次序，注射过程可分为以下几个阶段： 空载期(a)——充模期(b)——保压期(c)——反料期(d)——凝封期(e)——继冷期(f) 2.图为典型的模具结构图，请指出图中的数字标示各指的是什么零件？ 3.图为圆管挤出机头结构示意图，请指出图中的数字标示各指的是什么部件。 4.图为螺杆结构的结构示意图，图中的字母标示了螺杆的主要参数，请分别指出它们是什么？这些参数是怎样影响加工性能的？（课本P119） 螺杆的主要参数对加工的影响： 直径：D↑，加工能力↑。挤出机生产率∝D2，D通常为45~150mm； 长径比：L/D↑，改善物料温度分布，有利于混合及塑化，生产能力↑；但L/D过大，物料可能发生热降解，螺杆也可能因自重而弯曲，功耗增大；L过小则塑化不良。L/D通常为18~25； 螺槽深度：螺槽深度↓，剪切速率↑，传热效率↑，混合及塑化效率↑，生产率↓。故热敏性塑料宜用深螺槽，而熔体粘度低且热稳定性好的塑料宜用浅螺槽。 螺旋角：螺旋角↑，生产能力↑，对塑料的剪切作用和挤压力↓。 5.图为典型的模塑面积图，请结合该图说明注射产品质量和温度、注射压力的关系。（课本P152） 1聚合物主要有哪几种聚集态形式？ 玻璃态(结晶态)、高弹态与粘流态 2线性无定形聚合物当加工温度T处于Tb < T 第二章凝固温度场 4. 比较同样体积大小的球状、块状、板状及杆状铸件凝固时间的长短。 解：一般在体积相同的情况下上述物体的表面积大小依次为: 根据...=R A球＜A块＜A板＜A杆 与R = S K Ai 所以凝固时间依次为：t球＞t块＞t板＞t杆。 5. 在 砂型中浇铸尺寸为300 300 20 mm的纯铝板。设铸型的初始温度为 20C，浇注后瞬间 铸件-铸型界面温度立即升至纯铝熔点660C，且在铸件凝固期间 保持不变。浇铸温度为 670C，金属与铸型材料的热物性参数见下表： a结晶潜热热物性导热系数入比热容C密度p热扩散率 材料■■- W/(m ? K)J/(kg ? K)kg/m 3m2/s J/kg 纯铝21212002700 6.5 10-5 3.9 105砂型0.73918401600 2.5 10-7 试求：()根据平方根定律计算不同时刻铸件凝固层厚度并作 出s - ?曲线; (2)分别用“平方根定律”及“折算厚度法则”计算铸件的完全凝固 时间，并分析差 别。 解: (1)代入相关已知数解得：b2 = ■ ^C^^ , =1475 , K = 2b2「-T20= 0.9433 (m m/ , s ) L - C1 T10 —Ts 1 根据公式. 计算出不同时刻铸件凝固层厚度s见下表，?- ■曲线见图3。 K T (s)020406080100120 -(mm)0 4.22 6.007.318.449.4310.3 图3 -.关系曲线 (2)利用“平方根定律”计算出铸件的完全凝固时间: 取.=10 mm, 代入公式解得：T =112.4 (s); 利用“折算厚度法则”计算铸件的完全凝固时间： V （R^ R=— = 8.824（mm）已= 一 | = 87.5 （s） A i l K丿 采用“平方根定律”计算出的铸件凝固时间比“折算厚度法则”的计算结果要长，这是因为“平方根定律”的推导过程没有考虑铸件沿四周板厚方向的散热。 6. 右图为一灰铸铁底座铸件的断面形状，其厚度为 30m m,利用“模数法”分析砂型铸造时 底座的最后凝固部位，并估计凝固终了时间解：将底座分割成A B、C、D四类规则几何体（见右下图）查表2-3 得：K=0.72( cm/、min ) 对A 有：R= V A/A=1.23cm .A=R2 / K2=2.9min 对B有：R B= V B/A=1.33cm B=R2 / K2=3.4min 对C有：R= V C/A C=1.2cm C=R2 / K c2=2.57mi n 对D有：R= V D/A D=1.26cm D=R2 / K D2=3.06min 因此最后凝固部位为底座中肋B处，凝固终了时间为3.4分钟。 7. 对于低碳钢薄板，采用钨极氩弧焊较容易实现单面焊双面成形（背面均匀焊透）。采用同样焊接规范去焊同样厚度的不锈钢板或铝板会出现什么后果？为什么? 解：采用同样焊接规范去焊同样厚度的不锈钢板可能会出现烧穿，这是因为不锈钢材料的导 热性能比低碳钢差，电弧热无法及时散开的缘故； 相反，采用同样焊接规范去焊同样厚度的铝板可能会出现焊不透，这是因为铝材的导热 能力优于低碳钢的缘故。 第三章金属凝固热力学与动力学 1 .试述等压时物质自由能G随温度上升而下降以及液相自由能GL随温度上升.随 温度上升而下降以及液相自由能的斜率的理由。并结合图及式（）说明过而下降的斜 率大于固相GS的斜率的理由。并结合图3-1及式（3-6）说明过冷度△是影响凝固相 变驱动力△的决定因素。冷度A T是影响凝固相变驱动力於的决定因素。 高分子材料成型加工 考试重点内容及部分习题答案 第二章高分子材料学 1、热固性塑料: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。受热不熔融,达到一定温度分解破坏,不能反复加工。在溶剂中不溶。化学结构就是由线型分子变为体型结构。举例:PF、UF、MF 2、热塑性塑料:受热软化、熔融、塑制成一定形状,冷却后固化成型。再次受热,仍可软化、熔融,反复多次加工。在溶剂中可溶。化学结构就是线型高分子。举例:PE聚乙烯,PP聚丙烯,PVC聚氯乙烯。 3、通用塑料:就是指产量大、用途广、成型性好、价格便宜的塑料。 4、工程塑料:具有较好的力学性能,拉伸强度大于50MPa,冲击强度大于6kJ/m2,长期耐热温度超过100度的、刚性好、蠕变小、自润滑、电绝缘、耐腐蚀可作为结构材料。举例:PA聚酰胺类、ABS、PET、PC 5、缓冷:Tc=Tmax,结晶度提高,球晶大。透明度不好,强度较大。 6、骤冷(淬火):Tc 第十九章思考与练习 1.主应力法的基本原理和求解要点是什么？ 答：主应力法（又成初等解析法）从塑性变形体的应力边界条件出发，建立简化的平衡方程和屈服条件，并联立求解，得出边界上的正应力和变形的力能参数，但不考虑变形体内的应变状态。其基本要点如下： ⑴把变形体的应力和应变状态简化成平面问题（包括平面应变状态和平面应 力状态）或轴对称问题，以便利用比较简单的塑性条件，即 G -二=七S。对于形状复杂的变形体，可以把它划分为若干形状简单的变形单元，并近似地认为这些单元的应力应变状态属于平面问题或轴对称问题。 ⑵根据金属流动的方向，沿变形体整个（或部分）截面（一般为纵截面）切取包含接触面在 内的基元体，且设作用于该基元体上的正应力都是均布的主应力，这样，在研究基元体的力的平衡条件时，获得简化的常微分方程以代替精确的偏微分方程。接触面上的摩擦力可用库仑摩擦条件或常摩擦条件等表示。 ⑶在对基元体列塑性条件时，假定接触面上的正应力为主应力，即忽略摩擦 力对塑性条件的影响，从而使塑性条件大大简化。即有二X- J y=叙（当二X > 二y） ⑷将经过简化的平衡微分方程和塑性条件联立求解，并利用边界条件确定积分常数，求得接 触面上的应力分布，进而求得变形力。 由于经过简化的平衡方程和屈服方程实质上都是以主应力表示的，故而得名“主应力法”。 2 .一20钢圆柱毛坯，原始尺寸为-5Qmm 50mm ,在室温下镦粗至高度h=25mm 设接触表面摩擦切应力E =0.2丫。已知Y =746 ￡2Q MPa ,试求所需的变形力P和单位流动压力P O 解：根据主应力法应用中轴对称镦粗得变形力算得的公式 . Y 而本题.=0.2Y 与例题.=mk , k =—相比较得：m=0.4,因为该圆柱被压缩至 2 h=25mm 根据体积不变定理，可得r e =25 ,2 , d=50 2 ,h=25 又因为 Y = 746 ；0.2 （1 -—2 ） 15 3 .在平砧上镦粗长矩形截面的钢坯，其宽度为 a 、高度为h ,长度 l a ,若接触面上的摩擦条件符合库仑摩擦 定律，试用主应力法推导单位流动压力 P 的表 达式。 解：本题与例1平面应变镦粗的变形力相似，但又有 其不同点，不同之处在于■= U^y 这个摩擦条件，故在 2U ；二 y ^y LdX 中是一个一阶微分方程， J 算得的结果不一样，后面的答案也不 h 一样， 4 .一圆柱体，侧面作用有均布压应力 G ,试用主应力法求镦粗力 P 和单位流动压力p （见图19-36） 解：该题与轴对称镦粗变形力例题相似，但边界条件不一样，当r =r e ,二 re -J 0 而不是二re =0 ,故在例题中，求常数C 不一样: 2 . C = X e ? 2k 飞0 h 2τ ■ -y （X -X e ） 2k — h m d P = 丫（1 图 19-36 高分子材料成型加工考 试试题 文件编码（008-TTIG-UTITD-GKBTT-PUUTI-WYTUI-8256） A 卷 一、 填空题：（30X1） 1、高分子或称聚合物分子或大分子 由许多重复单元通过 键有规律地连接而成的分子，具有高的分子量。 2、添加剂包括工艺添加剂和功能添加剂请任意写出四种添加剂的名 称： 、 、 、 。 3、 聚合物物理状态有 、 、 。所对应的温度有： 、 、 。 4、写出四种聚合物成型方法： 、 、 、 。 5、通常单螺杆挤出机由 、 、 组成。 6、据实现功能的不同，可将双螺杆元件分为 (由正向螺纹元件组成，不同的螺杆头数和导程)、 (主要是指反向螺纹元件)、 (是捏合盘及其组合)、 (主要是指齿形盘元件)等。 注塑机性能的基本参数有： 、 、 、 。等。 8、压延辊表面应该具有高的光洁度、机械 和 精度。 9、锁模力的校核公式： 中，p 是 A 分是 。 二、简答题（3X10） 1、聚合物成型过程中降解 2、什么单螺杆的几何压缩比长径比 3、什么是双螺杆传动过程中的正位移移动 分 锁pA F 三、说明题：（2X10） 1、注塑成型的一个工作周期（以生产一产品为例） 2、在单螺杆设计过程中，采用那些方法可实现对物料的压实（从螺杆的结构上说明） 四、分析题：（20） 1、简述管材成型机头的组成（1-10的名称）及工作过程 B卷 一、填空题：（40X1） 1、高分子或称聚合物分子或大分子由许多重复单元通过键有规律地连接而成的分子，具有高的分子量。 2、热塑性塑料的挤出成型工艺过程可分为3个阶段，其分别是： 、、。 3、添加剂包括工艺添加剂和功能添加剂请任意写出四种添加剂的名称：、、、。 4、聚合物物理状态有、、。所对应的温度有：、、。 5、写出四种聚合物成型方法：、、、。 6、通常单螺杆挤出机由、、和温控系统组成。 7、注塑机的基本参数有：、、、。等。 第一章绪论 1.按所属成型加工阶段划分，塑料成型加工可分为几种类型？分别说明其特点。 (1)一次成型技术 一次成型技术，是指能将塑料原材料转变成有一定形状和尺寸制品或半制品的各种工艺操作方法。目前生产上广泛采用的挤塑、注塑、压延、压制、浇铸和涂覆等。 (2)二次成型技术 二次成型技术，是指既能改变一次成型所得塑料半制品(如型材和坯件等)的形状和尺寸，又不会使其整体性受到破坏的各种工艺操作方法。 目前生产上采用的只有双轴拉伸成型、中空吹塑成型和热成型等少数几种二次成型技术。 (3)二次加工技术 这是一类在保持一次成型或二次成型产物硬固状态不变的条件下，为改变其形状、尺寸和表观性质所进行的各种工艺操作方法。也称作“后加工技术”。大致可分为机械加工、连接加工和修饰加工三类方法。 2.成型工厂对生产设备的布置有几种类型？ (1)过程集中制 生产设备集中； 宜于品种多、产量小、变化快的制品； 衔接生产工序时所需的运输设备多、费时、费工、不易连续化。 (2)产品集中制 一种产品生产过程配套； 宜于单一、量大、永久性强的制品、连续性强； 物料运输方便，易实现机械化和自动化，成本降低。 3.塑料制品都应用到那些方面？ (1)农牧、渔业(2)包装(3)交通运输(4)电气工业 (5)化学工业(6)仪表工业(7)建筑工业(8)航空工业 (9)国防与尖端工业(10)家具(11)体育用品和日用百货 4.如何生产出一种新制品？ (1)熟悉该种制品在物理、机械、热、电及化学性能等方面所应具备的指标； (2)根据要求，选定合适的塑料，从而决定成型方法； (3)成本估算； (4)试制并确定生产工艺规程、不断完善。 第二章塑料成型的理论基础 1.什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？ 2.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好坏。 晶态聚合物：Tm——Td；非晶态聚合物：Tf——Td。 对于作为塑料使用的高聚物来说，在不结晶或结晶度低时最高使用温度是Tg，当结晶度达到40%以上时，晶区互相连接，形成贯穿整个材料的连接相，因此在Tg以上仍不会软化，其最高使用温度可提高到结晶熔点。 2．分别区分“通用塑料”和“工程塑料”，“热塑性塑料”和“热固性塑料”，“简单组分高分子材料”和“复杂组分高分子材料”，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℃的，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； 工程塑料是指被用做工业零件或外壳材料的工业用塑料，是强度、耐冲击性、耐热性、硬度及抗老化性均优的塑料。日本业界将它定义为“可以做为构造用及机械零件用的高性能塑料，耐热性在100℃以上，主要运用在工业上”。 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。聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯、聚苯乙烯、聚甲醛、聚砜、聚苯醚，氯化聚醚等都是热塑性塑料。(热塑性塑料中树脂分子链都是线型或带支链的结构，分子链之间无化学键产生，加热时软化流动、冷却变硬的过程是物理变化；) 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。(热固性塑料的树脂固化前是线型或带支链的，固化后分子链之间形成化学键，成为三维的网状结构，不仅不能再熔触，在溶剂中也不能溶解。)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。 简单组分高分子材料：主要由高聚物组成(含量很高，可达95%以上)，加入少量(或不加入)抗氧剂、润滑剂、着色剂等添加剂。如：PE、PP、PTFE。 复杂组分高分子材料：复杂组分塑料则是由合成树脂与多种起不同作用的配合剂组成，如填充剂、增塑剂、稳定剂等组成。如：PF、SPVC。 用天然或合成的聚合物为原料，经过人工加工制造的纤维状物质。可以分类两类 1）人造纤维：又称再生纤维，以天然聚合物为原料，经过人工加工而改性制得。如：粘胶纤维、醋酸纤维、蛋白质纤维等 2）合成纤维：以石油、天然气等为原料，通过人工合成和纺丝的方法制成。如：涤纶、尼龙、腈纶、丙纶、氨纶、维纶等 3．高分子材料成型加工的定义和实质。 高分子材料成型加工是将聚合物(有时还加入各种添加剂、助剂或改性材料等)转变成实用材料或制品的一种工程技术。 大多数情况下，聚合物加工通常包括两个过程:首先使原材料产生变形或流动，并取得所需要的形状，然后设法保持取得的形状(即硬化)，流动-硬化是聚合物工过程的基本程序。 高分子材料加工的本质就是一个定构的过程，也就是使聚合物结构确定，并获得一定性能的过程。 第一章习题与思考题 2．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好坏。 答：晶态聚合物：Tm～Td；非晶态聚合物：Tf～Td。 对于作为塑料使用的高聚物来说，在不结晶或结晶度低时，最高使用温度是Tg，当结晶度达到40%以上时，晶区互相连接，形成贯穿整个材料的连续相，因此在Tg以上仍不会软化，其最高使用温度可提高到结晶熔点。熔点（Tm）：是晶态高聚物熔融时的温度。表征晶态高聚物耐热性的好坏。 3．为什么聚合物的结晶温度范围是Tg～Tm 答：T>Tm 分子热运动自由能大于内能，难以形成有序结构 T 1.高分子材料成型加工：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，经过模具形成所摇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。 2.热塑性塑料：是指具有加热软化、冷却硬化特性的塑料(如:ABS、PP、POM、PC、PS、PVC、PA、PMMA等),它可以再回收利用。具有可塑性可逆 热固性塑料：是指受热或其他条件下能固化或具有不溶（熔）特性的塑料(如:酚醛树脂、环氧树脂、氨基树脂、聚胺酯、发泡聚苯乙烯、不饱和聚酯树脂等)具有可塑性,是不可逆的、不能再回收利用。 3. 通用塑料：一般是指产量大、用途广、成型性好、价格便宜的塑料 工程塑料：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°C 的、刚性好、蠕变小、自润滑、电绝缘、耐腐蚀等的、可代替金属用作结构件的塑料. 4.可挤压性：材料受挤压作用形变时，获取和保持形状的能力。 可模塑性：材料在温度和压力作用下，产生形变和在模具中模制成型的能力。 可延展性：材科在一个或两个万向上受到压延或拉伸的形变能力。 可纺性：材料通过成型而形成连续固态纤维的能力。 5.塑化效率：高分子化合物达到某一柔软程度时增塑剂的用量定义为增塑剂的塑化效率。定义DOP的效率值为标准1,小于1的则较有效,大于1的较差. 6.稳定流动：凡在输送通道中流动时，流体在任何部位的流动状况及一切影响流体流动的因素不随时间而变化，此种流动称为稳定流动。 不稳定流动：凡流体在输送通道中流动时，其流动状况及影响流动的各种因素都随时间而变化，此种流动称之不稳定流动。 7. 等温流动是指流体各处的温度保持不变情况下的流动。（在等温流动情况下，流体与外界可以进行热量传递，但传入和输出的热量应保持相等） 不等温流动：在塑料成型的实际条件下，由于成型工艺要求将流道各区域控制在不同的温度下:而且由于粘性流动过程中有生热和热效应，这些都使其在流道径向和轴向存在一定的温度差，因此聚合物流体的流动一般均呈现非等温状态。 8. 熔体破裂: 聚合物在挤出或注射成型时，在流体剪切速率较低时经口模或浇口挤出物具有光滑的表面和均匀的形状。当剪切速率或剪切应力增加到一定值时，在挤出物表面失去光泽且表面粗糙，类似于“橘皮纹”。剪切速率再增加时表面更粗糙不平。在挤出物的周向出现波纹，此种现象成为“鲨鱼皮”。当挤出速率再增加时，挤出物表面出现众多的不规则的结节、扭曲或竹节纹，甚至支离和断裂成碎片或柱段，这种现象统称为熔体破裂. 9. 离模膨胀:聚合物熔体挤出后的截面积远比口模截面积大。此种现象称之为巴拉斯效应，也成为离模效应。离模膨胀依赖于熔体在流动期间可恢复的弹性变形。有如下三种定性的解释：取向效应、弹性变形效应（或称记忆效应）、正应力效应。 10. 均匀程度指混人物所占物料的比率与理论或总体比率的差异。 分散程度指混合体系中各个混人组分的粒子在混合后的破碎程度。破碎度大。粒径小，起分散程度就高；反之。粒径大，破碎程度小，则分散的不好 11. 塑炼：为了满足各种加工工艺的要求，必须使生胶由强韧的弹性状态变成柔软而具有可塑性的状态，这种使弹性生胶变成可塑状态的工艺过程称作塑炼。 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。 12. 固化速率：是以热固性塑料在一定的温度和压力下，压制标准试样时，使制品的物理机械性能达到最佳值所需的时间与标准试件的厚度的比值（s/mm厚度）来表示，此值愈小，固化速率愈大。 13.成型收缩率：在常温常压下，模具型腔的单向尺寸L 。和制品相应的单向尺寸L之差与 第一章习题 1 . 液体与固体及气体比较各有哪些异同点？哪些现象说明金属的熔化并不是原子间结合力的全部破坏？答：（1）液体与固体及气体比较的异同点可用下表说明 （2）金属的熔化不是并不是原子间结合力的全部破坏可从以下二个方面说明： ①物质熔化时体积变化、熵变及焓变一般都不大。金属熔化时典型的体积变化?V m/V为3%~5%左右， 表明液体的原子间距接近于固体，在熔点附近其系统混乱度只是稍大于固体而远小于气体的混乱度。 ②金属熔化潜热?H m约为气化潜热?H b的1/15~1/30，表明熔化时其内部原子结合键只有部分被破坏。由此可见，金属的熔化并不是原子间结合键的全部破坏，液体金属内原子的局域分布仍具有一定的规律性。 2 . 如何理解偶分布函数g(r) 的物理意义？液体的配位数N1、平均原子间距r1各表示什么？ 答：分布函数g(r) 的物理意义：距某一参考粒子r处找到另一个粒子的几率，换言之，表示离开参考原子(处于坐标原子r=0)距离为r的位置的数密度ρ(r)对于平均数密度ρo（=N/V）的相对偏差。 N1 表示参考原子周围最近邻(即第一壳层)原子数。 r1 表示参考原子与其周围第一配位层各原子的平均原子间距，也表示某液体的平均原子间距。 3．如何认识液态金属结构的“长程无序”和“近程有序”？试举几个实验例证说明液态金属或合金结构的近程有序（包括拓扑短程序和化学短程序）。 答：（1）长程无序是指液体的原子分布相对于周期有序的晶态固体是不规则的，液体结构宏观上不具备平移、对称性。 近程有序是指相对于完全无序的气体，液体中存在着许多不停“游荡”着的局域有序的原子集团 （2）说明液态金属或合金结构的近程有序的实验例证 ①偶分布函数的特征 1、什么叫混合、混炼？并指出各自的特点。 混合是一种趋向于减少混合物非均匀性的操作。 混炼是指用炼胶机将生胶或塑炼生胶与配合剂练成混炼胶的工艺。 混合：温度低（一般低于聚合物熔点），剪切速率小；混炼：温度高（一般高于聚合物熔点），剪切速率大。 2、试述捏合机、高速混合机、开炼机、密炼机的基本结构、工作原理和机器的规格型号。 （1） Z形捏合机 基本结构：带有加热（冷却）夹套的鞍形混合室、一对Z形搅拌器、电气传动装置等。捏合机除了通过夹套加热和冷却外，还可在搅拌器中心开设通道，通加热或冷却载体，以便准确及时地控制捏合时物料的温度。 工作原理：混合时，物料借助于相向转动的一对搅拌器沿着混合室的侧壁上翻,而后在混合室的中间下落，再次为搅拌器所作用。这样重复循环，物料得到多次折叠和撕捏作用，从而得到均匀混合。 (2)高速混合机 基本结构：附有加热或冷却夹套的圆筒形混合室、一个装在混合室底部的高速转动的搅拌叶轮、排料装置、折流板（挡板）以及电气传动装置等。 工作原理：高速混合机工作时，高速旋转的叶轮借助表面与物料的摩擦力和侧面对物料的推力使物料沿叶轮切向运动。同时，由于离心力的作用物料被抛向混合室内壁，并且沿内壁面爬升，当升到一定高度后，由于重力的作用，物料又落回到叶轮中心，接着又被抛起。物料的表面不断得到更新，由于叶轮的转速很高，物料运动速度很快，快速运动的物料粒子之间相互碰撞、摩擦，使得团块破碎，物料因摩擦升温，同时迅速地进行着交叉混合，这些作用促进了各组分的均匀分布和对液态添加剂的吸收。规格型号：GH200，GH表示高速混合机，200表示工作容量200升。实际加料量为工作容量的50～75％。 （3）开炼机 基本结构：两只辊筒、辊距调节装置、安全装置、加热冷却系统和传动系统等。辊筒为中空结构，内部可通加热或冷却载体，也可直接放置电加热棒加热。 工作原理：开炼机工作时，两个辊筒相向旋转，且速度不等。放在辊筒上的物料由于与辊筒的摩擦和粘附作用以及物料之间的粘结力而被拉入辊隙之间，在辊隙内物料受到强烈的挤压和剪切，这种剪切使物料产生大的形变，从而增加了各组分之间的界面，产生了分布混合。该剪切也使物料受到大的应力，当应力大于物料的许用应力时，物料会分散开，即分散混合。所以提高剪切作用就能提高混合塑炼效果。 规格型号：SK-160；SK表示塑料开炼机，160表示辊筒直径160mm。 XK橡胶双辊开炼机。 3、决定开炼机正常工作的条件是什么？ 开炼机正常工作时的两个条件： ①物料与辊筒的摩擦角应大于接触角； ②两个辊筒之间存在速比。减小辊筒间距和加大辊筒速比，可以加大剪切作用。 4、高速混合机中折流板的作用是什么？ 改变混合时物料的流型；内部安装测温传感器，测试物料的温度。 5、常见的连续混合设备有哪几种，各有什么特点？ 连续混合设备主要有单螺杆挤出机、双螺杆挤出机、行星螺杆挤出机和连续混炼机。 6、生胶在成型加工前为什么要进行塑炼？ 塑炼主要是为了降低生胶的弹性，增加可塑性，获得适当流动性，使橡胶与配合剂在混炼过程中易于混合分散均匀，也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。 模压成型部分 1、试简述热固性塑料的模压成型（压缩模塑）工艺过程。 模压成型通常称压缩模塑，是将模塑塑料在已加热到指定温度的模具中加压，使物料熔融流动并均匀地充满模腔，在加热和加压的条件下，经过一定的时间，使其发生化学交联反应而变成具有三维体型结构的热固性塑料制品。 2、为什么热塑性塑料较少采用模压成型的方法加工？ 热塑性塑料模压成型时，必须将模具冷却到塑料固化温度以下才能定型为制品，为此需交替加热与冷却模具，生产周期长，故生产中很少采用。 3、什么是BMC、SMC？它们常采用何种方法成型？ BMC:块状模塑料，用预混法制成的聚酯树脂模塑料，模塑料成团块状，故也称料团。 SMC:片状模塑料，用预浸法制成的片状聚酯树脂模压料。 4、热固性塑料、热塑性塑料、橡胶的模压成型有什么不同？ 成型过程中热塑性塑料不发生化学变化，而后两者有物理和化学变化。 名词解释 1溶质平衡分配系数;特定温度T*下固相合金成分浓度C*S与液相合金成分C*L达到平衡时的比值。 2缩孔：纯金属火共晶合金铸件中最后凝固部位形成的大而集中的孔洞； 缩松:具有宽结晶温度温度范围的合金铸件凝固中形成的细小而分散的缩孔； 3沉淀脱氧：将脱氧元素（脱氧剂）溶解到金属液中以FeO直接进行反应而脱氧，把铁还原的方法。 4均质形核:形核前液相金属或合金中无外来固相质点而从液相自身发生形核的过程，所以也成“自发形核”（实际生产中均质形核是不太可能的）非均质形核:依靠外来质点或型壁界面而提供的衬底进行生核过程，亦称“异质形核”或“非自发形核”。 5.简单加载:是指在加载过程中各应力分量按同一比例增加，应力主轴方向固定不变。 6.冷热裂纹:冷裂纹是指金属经焊接或铸造成形后冷却到较低温度时产生的裂纹，热裂纹是金属冷却到固相线附近的高温区时所产生的开裂现象 7.最小阻力定律:当变形体质点有可能沿不同方向移动时，则物体各质点将沿着阻力最小的方向移动. 填空 1.动力学细化四个内容:铸型振动、超声波振动、液相搅拌、流变铸造 2.铸件宏观凝固组织一般包括表层细晶粒区、中间柱状晶区和内部等轴晶区三个不同的形态的晶区 3.细化铸件宏观凝固组织的措施有合理地控制浇注工艺和冷却条件、孕育处理、动力学细化等三个方面 4.微观偏析的两种主要类型为晶内偏析与晶界偏析，宏观偏析按由凝固断面表面到内部的成分分布，有正常偏析与逆偏析两类 5.铸造过程中的气体主要来源是熔炼过程和浇注过程和铸型 6.我们所学的特殊条件下的凝固包括快速凝固和失重条件下凝固和定向凝固 7.液态金属（合金）凝固的驱动力由过冷度提供，而凝固时的形核方式有：均质形核和非均质形核两种 8.晶体的生长方式有连续生长和台阶方式生长两种 9.凝固过程的偏析可分为：微观偏析和宏观偏析两种 10.液体原子的分布特征为:长程无序，短程有序，即液态金属原子团的结构更类似于固态金属 11.Jakson因子α可以作为固液界面微观结构的判据，凡α<=2的晶体，其生长界面为粗糙，凡α>5的晶体，其生长界面为光滑 12.液态金属需要净化的有害元素包括碳氧硫磷 13.塑形成形中的三种摩擦状态分别是干摩擦、流体摩擦、边界摩擦 14.对数应变的特点是具有真实性、可靠性、和可加性 15.就大多数金属而言，其总的趋势是随着温度的升高，塑形增加 16.钢冷挤压时，需要对胚料表面进行磷化、皂化润滑处理 选择题1.塑形变形时，工具表面粗糙度对摩擦系数的影响（A）工件表面的粗糙度对摩擦系数的影响 A大于B等于C小于 2.塑形变形时，不产生硬化的材料叫做（A）A理想塑形材料B理想弹性材料C硬化材料 3.用近似平衡微分方程和近似塑形条件求解塑形成形问题的方法称为（B）A解析法B主应力法C滑移线法 4.韧性金属材料屈服时（A）准则较符合实际的 A密席斯B屈雷斯加C密席斯与屈雷斯加 5.塑形变形之前不产生弹性变形（或者忽略弹性变形）的材料叫做（B）A理想弹性材料B理性刚塑形材料C塑形材料 6.硫元素的存在使碳钢易产生（A）A热脆性B冷脆性C兰脆性 7.应力状态中的（B）应力，能充分发挥材料的塑形A拉应力B压应力C拉应力与压应力 8.平面应变时，其平均正应力σs（B）中间主应力σz.A大于B等于C小于 9.钢材中磷使钢的强度、硬度提高，塑形、韧性（B）.A提高B降低C没有变化 简答题1.简述顺序凝固原则和同时凝固原则的优缺点和适用范围 答：（1）铸件的顺序凝固原则是采取各种措施保证铸件各部分按照距离冒口的远近，由远及近朝着冒口方 高分子材料成型加工原理试题 Material Science & Technology Department, Major: Polymer Science & Engineering, Class: 2008-2. 一、填空 1、聚合物具有一些特有的加工性质，如有良好的__可模塑性__，__可挤压性__，__可纺性__和__可延性__。 2、__熔融指数__是评价聚合物材料的可挤压性的指标。 4、按照经典的粘弹性理论，线形聚合物的总形变由普弹性变、推迟高弹形变、粘弹性变三部分组成。 5、晶核形成的方法:均相成核、异相成核。 6、单螺杆挤出机的基本结构:传动部分、加料装置、料筒、螺杆、机头和口模、辅助设备。 1. 按照塑料塑化方式的不同，挤出工艺可分为(干法)和(湿法)二种;按照加压方式的不同，挤出工艺 又可分为(连续式)和(间歇式)两种。 2 、聚合物流动过程最常见的弹性行为是:端末效应和不稳定流动。 3、注射过程包括加料、塑化、注射、冷却和脱模五大过程。 7、螺杆结构的主要参数:t、W、h分别指的是螺距、螺槽宽度、螺槽深度。 1、非牛顿流体受到外力作用时，其流动行为有以下特征:(剪应力)和(剪切速率)间通常不呈比例关系，因而剪切粘度对剪切作用有依赖性;非牛顿性是(粘性)和(弹性)行为的综合，流动过程中包含着不可逆形变和可逆形变两种成分。 2、聚合物的粘弹性行为与加工温度T有密切关系，当T>Tf时，主要发生(粘性形变)，也有弹性效应，当Tg 材料成型工艺基础（第三版）部分课后习题答案 第一章 ⑵.合金流动性决定于那些因素？合金流动性不好对铸件品质有何影响？ 答：①合金的流动性是指合金本身在液态下的流动能力。决定于合金的化学成分、结晶特性、粘度、凝固温度围、浇注温度、浇注压力、金属型导热能力。 ②合金流动性不好铸件易产生浇不到、冷隔等缺陷，也是引起铸件气孔、夹渣、縮孔缺陷的间接原因。 ⑷.何谓合金的收縮？影响合金收縮的因素有哪些？ 答：①合金在浇注、凝固直至冷却至室温的过程中体积和尺寸縮减的现象，称为收縮。 ②影响合金收縮的因素：化学成分、浇注温度、铸件结构和铸型条件。 ⑹.何谓同时凝则和定向凝则？ 答：①同时凝则：将浇道开在薄壁处，在远离浇道的厚壁处出放置冷铁，薄壁处因被高温金属液加热而凝固缓慢，厚壁出则因被冷铁激冷而凝固加快，从而达到同时凝固。 ②定向凝则：在铸件可能出现縮孔的厚大部位安放冒口，使铸件远离冒口的部位最先凝固，靠近冒口的部位后凝固，冒口本身最后凝固。 第二章 ⑴.试从石墨的存在和影响分析灰铸铁的力学性能和其他性能特征。 答：石墨在灰铸铁中以片状形式存在，易引起应力集中。石墨数量越多，形态愈粗大、分布愈不均匀，对金属基体的割裂就愈严重。灰铸铁的抗拉强度低、塑性差，但有良好的吸震性、减摩性和低的缺口敏感性，且易于铸造和切削加工。石墨化不充分易产生白口，铸铁硬、脆，难以切削加工；石墨化过分，则形成粗大的石墨，铸铁的力学性能降低。 ⑵.影响铸铁中石墨化过程的主要因素是什么？相同化学成分的铸铁件的力学性能是否相同？ 答：①主要因素：化学成分和冷却速度。 ②铸铁件的化学成分相同时铸铁的壁厚不同，其组织和性能也不同。在厚壁处冷却速度较慢，铸件易获得铁素体基体和粗大的石墨片，力学性能较差；而在薄壁处，冷却速度较快，铸件易获得硬而脆的白口组织或麻口组织。 ⑸.什么是孕育铸铁？它与普通灰铸铁有何区别？如何获得孕育铸铁？ 答：①经孕育处理后的灰铸铁称为孕育铸铁。 ②孕育铸铁的强度、硬度显著提高，冷却速度对其组织和性能的影响小，因此铸件上厚大截面的性能较均匀；但铸铁塑性、韧性仍然很低。 ③原理：先熔炼出相当于白口或麻口组织的低碳、硅含量的高温铁液，然后向铁液中冲入少量细状或粉末状的孕育剂，孕育剂在铁液中形成大量弥散的石墨结晶核心，使石墨化骤然增强，从而得到细化晶粒珠光体和分布均匀的细片状石墨组织。 ⑻.为什么普通灰铸铁热处理效果没球墨铸铁好？普通灰铸铁常用热处理方法有哪些？目的是什 么？ 答：①普通灰铸铁组织中粗大的石墨片对基体的破坏作用不能依靠热处理来消除或改进；而球墨铸铁的热处理可以改善其金属基体，以获得所需的组织和性能，故球墨铸铁性能好。 ②普通灰铸铁常用的热处理方法：时效处理，目的是消除应力，防止加工后变形；软化退火，目的是消除白口、降低硬度、改善切削加工性能。 第三章 ⑴．为什么制造蜡模多采用糊状蜡料加压成形，而较少采用蜡液浇铸成形？为什么脱蜡时水温不应达到沸点？ 答：蜡模材料可用石蜡、硬脂酸等配成，在常用的蜡料中，石蜡和硬脂酸各占50%，其熔点为50℃~60℃，高熔点蜡料可加入塑料，制模时，将蜡料熔为糊状，目的除了使温度均匀外，对含填充料的蜡料还有防止沉淀的作用。 第十三章思考与练习 简述滑移和孪生两种塑性变形机理的主要区别。 答：滑移是指晶体在外力的作用下，晶体的一部分沿一定的晶面和晶向相对于另一部分发生相对移动或切变。滑移总是沿着原子密度最大的晶面和晶向发生。 孪生变形时，需要达到一定的临界切应力值方可发生。在多晶体内，孪生变形是极其次要的一种补充变形方式。 设有一简单立方结构的双晶体，如图13-34所示，如果该金属的滑移系是{100} <100>，试问在应力作用下，该双晶体中哪一个晶体首先发生滑移？为什么？ 答：晶体Ⅰ首先发生滑移，因为Ⅰ受力的方向接近软取向， 而Ⅱ接近硬取向。 试分析多晶体塑性变形的特点。 答：①多晶体塑性变形体现了各晶粒变形的不同时性。 ②多晶体金属的塑性变形还体现出晶粒间变形的相互协调性。 ③多晶体变形的另一个特点还表现出变形的不均匀性。 ④多晶体的晶粒越细，单位体积内晶界越多，塑性变形的抗力大， 金属的强度高。金属的塑性越好。 4. 晶粒大小对金属塑性和变形抗力有何影响？ 答：晶粒越细，单位体积内晶界越多，塑性变形的抗力大，金属的强度高。金属的塑性越好。 5. 合金的塑性变形有何特点？ 答：合金组织有单相固溶体合金、两相或多相合金两大类，它们的塑性变形的特点不相同。 单相固溶体合金的塑性变形是滑移和孪生，变形时主要受固溶强化作用， 多相合金的塑性变形的特点：多相合金除基体相外，还有其它相存在，呈两相或多相合金，合金的塑性变形在很大程度上取决于第二相的数量、形状、大小和分布的形态。但从变形的机理来说，仍然是滑移和孪生。 根据第二相又分为聚合型和弥散型，第二相粒子的尺寸与基体相晶粒尺寸属于同一数量级时，称为聚合型两相合金，只有当第二相为较强相时，才能对合金起到强化作用，当发生塑性变形时，首先在较弱的相中发生。当第二相以细小弥散的微粒均匀分布于基体相时，称为弥散型两相合金，这种弥散型粒子能阻碍位错的运动，对金属产生显着的强化作用，粒子越细，弥散分布越均匀，强化的效果越好。 6. 冷塑性变形对金属组织和性能有何影响？ 答：对组织结构的影响：晶粒内部出现滑移带和孪生带； 晶粒的形状发生变化：随变形程度的增加，等轴晶沿变形方向逐步伸长，当变形量很大时，晶粒组织成纤维状； 晶粒的位向发生改变：晶粒在变形的同时，也发生转动，从而使得各晶粒的取向逐渐趋于一致（择优取向），从而形成变形织构。 对金属性能的影响：塑性变形改变了金属内部的组织结构，因而改变了金属的力学性能。 随着变形程度的增加，金属的强度、硬度增加，而塑性和韧性相应下降。即产生了加工硬化。 7. 产生加工硬化的原因是什么？它对金属的塑性和塑性加工有何影响？ 答：加工硬化：在常温状态下，金属的流动应力随变形程度的增加而上升。为了使变形继续下去，就需要增加变形外力或变形功。这种现象称为加工硬化。 加工硬化产生的原因主要是由于塑性变形引起位错密度增大，导致位错之间交互作用增强，大量形成缠结、不动位错等障碍，形成高密度的“位错林”，使其余位错运动阻力增大，于是塑性变形抗力提高。 8. 什么是动态回复？动态回复对金属热塑性变形的主要软化机制是什么？ 答：动态回复是层错能高的金属热变形过程中唯一的软化机制。 对于层错能高的金属，变形位错的交滑移和攀移比较容易进行，位错容易在滑移面间转移，使异号位错互相抵消，其结果是位错密度下降，畸变能降低，达不到动态再结晶所需的能量水平。 9. 什么是动态再结晶？影响动态再结晶的主要因素有哪些？ 中国海洋大学本科生课程大纲 课程属性：公共基础/通识教育/学科基础/专业知识/工作技能，课程性质：必修、选修 一、课程介绍 1.课程描述： 高分子成型加工是研究将聚合物转变成实用材料或制品的工程技术，是一门实践性、综合性很强的课程。课程内容包括高分子材料的成型原理、配方、加工方法、工艺过程等，测重研究实现转变的方法及所获得的产品质量与材料性质和工程技术因素的关系。通过本课程的学习，学生掌握高分子材料成型加工的主要原理以及一些重要的成型加工方法，熟悉高分子材料加工过程中的工艺调节以及高分子制品的质量控制等。 “Form and process of polymer” is a practical and comprehensive course which will introduce the engineering technology of transforming polymer into practical materials or products. The contents of this course are including that: the forming principle, formula, processing method and processing procedure of polymer materials. This course will focus on the method of transformation and the relationship between product quality and engineering factors. Through this course, students will master the main principles and some important processing methods of polymer materials, and be familiar with the processing adjustment and quality control of polymer products. 2.设计思路： 高分子材料的成型加工是高分子科学体系的一个重要组成分支，是建立在高分子化学和高分子物理基础上的。本课程的内容十分庞杂，包括了成型加工原理、成型加工工艺、加工设备、成型模具等几方面。同时本课程也是一门实践性很强的课程，不仅需要学生掌握基础理论知识，更需要培养学生的实际操作能力和知识运用能力。本课程从高分子材料的角度学习成型加工方法，主要内容包括塑料的成型加工方法，橡胶的成型加工方法及纤维纺丝成型。学生通过课程学习，可以明确材料的适用成型方法，具备对高分子材料生产过程的宏观调控的能力。 3. 课程与其他课程的关系： 先修课程：高分子物理、高分子化学。后置课程：专业实习。高分子成型加工是一门处于承上启下枢纽地位的重要专业课程，一方面要应用高分子物理、高分子化学方面的知识，另一方面更要注重在实践教学中对课程知识的巩固。高分子材料成型加工原理 期末复习重点
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