塑料成型工艺学复习参考题.docx

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塑料成型工艺学复习参考题

1、简述高聚物熔体流动的特点。

由于高聚物大分子的长链结构和缠绕，聚合物熔体、溶液和悬浮体的流动行为远比伤分子液体复杂。

在宽广的剪切速率范围内，这类液体流动时剪切力和剪切速率不再成比例关系，液体的粘度也不是一个常此因而聚合物液体的流变行为不服从牛顿流动定律。

即非牛顿型流动。

2、举例说明高聚物熔体粘弹性行为的表现。

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。

端末效应包括入口效应和模口膨化效应即巴拉斯效应。

不稳定流动即可由于熔体弹性回复的差异产生熔体破碎现象。

3、聚合物熔体在剪切流动过程中有哪些弹性表现形式?

在塑料成型过程中可采取哪些措施以减少弹性表现对制品质量的不良影响?

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。

提高温度，减少剪切应力，增加高温下的流动时间，均化塑料结构，降低其流动的非牛顿性。

4、聚合物很低的导热系数和热扩散系数对塑料成型加工有哪些不利影响聚合物很低的导热系数和热扩散系数在加工中主要是影响塑料制品中温度分布的不均匀性从而导致制品结构的非均匀性。

另一方面，降低制品的生产效率。

5、取向度和取向结构的分布与哪些因素有关?

温度和剪切应力分布，聚合物受热时间，聚合物的结构因素。

6、取向度对注塑制品的力学性能有何影响?

非品聚合物取向后，沿应力作用方向取向的分子链大大提高了取向方向的力学强度，但垂直于取向方向的力学强度则因承受应力的是分子间的次价键而显著降低。

团此拉伸取向的非品聚合物沿拉伸方向的拉伸强度，断裂伸长率和冲击强度均随取向度提高而增大。

取向结晶聚合物的力学强度主要由连接晶片的伸直链段所贡献，其强度随伸直钱段增加而增大，晶片间伸直链段的存在还使结晶聚合物具有韧性和弹性。

通常，随取向度提高，材料的密度和强度都相应提高，而伸长率则逐渐降低。

7、试画出挤出成型时，制品取向度的分布图。

1、什么是增塑剂，使用增塑剂的作用是什么，增塑剂是如何起到增塑作用的？

答：

凡是能降低树脂分子间的作用力，而又能与树脂又很好相容性的一类有机化合物，且本身对热和化学试剂稳定，无色、无毒。

作用：

引入塑料后能使其柔软性、韧性和耐寒性提高，还可有效的改善塑料的加工流动性。

①提高聚合物的可塑性，实质是降低Tf

②改善加工性能，实质是降低粘度η

③赋予制品柔顺性增塑机理：

（1）隔离作用：

增大大分子间的距离，使分子间作用力减小；

（2）屏蔽作用：

非极性部分遮蔽了极性基团和链节，使相邻的极基团不发生强烈作用，使联结点数量降低；（3）偶合作用：

增塑剂的极性部分靠静电作用，与聚合物的极性基团偶合，破坏聚合物原有的联结点。

2、混合操作有哪两种，完成物料混合的作用有哪些，各自主要的影响因素如何？

答:

物料配制是通过各组分的混合和分散完成的，其中最重要的操作也就是物料的混合与分散。

混合是指多组份体系内各个组份相互进入到其它组份所占空间之中的过程；分散是指参加混合的一种组份或几种组份发生粒子尺寸减小的变化。

混合操作中，凡是只使各组分作空间无规分布的称为简单混合，如果还要求组分聚集体尺寸减小的则称为分散混合。

混合与分散一般是同时进行也同时完成的。

混合作用一般是靠扩散、对流、剪切三种作用来完成的。

扩散作用靠各组分之间的浓度差推动，构成各组分的微粒出浓度较大的区域中迁移到浓度较小的区域，从而达到组成的均一，其影响因素包括温度，接触面积和料层厚度。

对流作用是使两种或多种物料在相互占有的空间内发生流动，以期达到组分的均一，其影响因素主要是外力大小。

剪切作用是利用剪切力促使物料组分均一的混合过程，在剪切过程中，物料块本身体积没有变化，只是截面变小，向倾斜方向伸长，并使表而积增大和扩大了物料分布区域。

因而剪切作用可以达到混合的目的。

剪切的混合效果与剪切速率的大小和剪切力的方向是否连续改变有关。

剪切速率越大，对混合作用愈为有利。

剪切力对物料的作用方向，最好是能不断作90°角的改变，即希望能使物料连续承受互相垂直的两剪切力的交替作用，如此则混合作用的效果最好。

通常的混合（塑炼）设备，不是用改变剪切力的力向．而是用改变物料的受力位置来达到这一目的，例如用双辊简机塑炼塑料时，只有固定的—个方向的剪切力，因此，必须通过翻料的办法来不断改变物料的受力位置，以便能够更快更好地完成混合塑化作业。

3、如何评价物料的混合程度？

答：

对液体物料混合效果的衡量，可以分析混合物不同部分的组成而看其组成和平均组成相差的情况。

但对固体或塑性物料混合效果的衡量，则应从两个方面来考虑，即组成的均匀程度和物料的分散程度。

均匀程度：

组成的均匀程度是指混入物占物料的比率与理论或总体比率的差异。

但是并不是均匀程度好，混合效果就一定好。

因此，还必须考虑物料的分散程度。

分散程度：

从混入物料间的距离来考虑，距离愈短，分散程度愈好。

而物料间的距离，则与各组分粒子的大小有关。

粒子的体积愈小，或在混合过程中不断减小粒子的体积，则可达到的均匀程度愈高，或从几率的概念出发，同样重量或体积的试样，粒子愈小，则相当数量的同种粒子集中在一局部位置的可能性愈小，即微观分布越均匀。

4、塑料粉料的混合设备有哪些，适用性如何？

答：

转鼓式混合机（适用于非润性物料）；螺带式混合机（适用于润性和非润性物料）；捏合机（适用于润性和非润性物料）；高速混合机（适用于润性和非润性物料）。

5、塑料粒料的混合方法有哪些？

答：

塑料粒料混合的过程为塑炼过程。

塑炼是指塑性状态的聚合物与掖状物或粉状及短纤维状固体物的塑性混合，目前生产中采用的塑炼设备主要有双辊开炼机，密炼机和塑化挤出机等。

双辊开炼机简称开炼机，起塑炼作用的主要部件是一对能作相向转动的平行排列辊筒，辊间间隙可以调节。

辊筒内有加热或冷却介质进出的通道。

两辊转动时，进入辊隙的物料中存在速度梯度，即物料受到一定剪切力的作用，这种剪切力对物料的塑化与混合起主导作用。

减少辊隙，剪切作用增大，塑化和混合效果提高，但生产能力下降。

为达到加大辊隙的筒的剪切作用又不过度减小辊隙的目的，通常是使两辊转速不等。

由于双辊对物料的剪切作用是单向的，很少能对流混合。

生产中为克服这一缺点，多采用割刀和切割装置不断地划开辊出的料片，经交叉叠合后再投入辊隙，即通过不断改变物料受剪切的方向，以提高塑炼的混合效果。

密炼机的主要塑炼部件是一对转子和一个塑炼室。

转子的横截面呈犁形，二者并以螺旋的方式沿着轴向排列。

转子的转动方向是相反的，转速也略有差别，而且两转子的棱峰之间以及棱峰与塑炼室内壁之间的间隙都很小；加之塑炼室顶部的上顶柱能对室内物料施以压力，因此物料在密炼室内的塑炼过程比在开炼机上复杂得多。

在密炼机的塑炼室内，预混料不仅在两个相对回转的转子间隙中，而且还在转子与塑炼室内壁的间隙中和转子与上、下顶柱的间隙中受到不断变化的剪切作用，还受到两转子的折卷和往返切割作用，从而达到更好的混炼效果。

密炼机的特点是能在较短的时间内给予物料以大量的剪切能。

而且是在隔绝空气的条件下工作。

所以用密炼机塑炼物料，在劳动条件、塑炼效果和防止物料氧化等方面均比开炼机好。

密炼后的物料一般呈团状，为了使于粉碎或粒化，通常需用双辊机将团状料辊成片状物。

单螺杆挤出机是挤出成型最常用的主机，这种塑料和橡胶的成型设备也可以用于塑炼物料。

挤出机的主要塑炼部件是螺杆与料筒。

进入料筒的物料一方面受筒壁的加热而逐渐升温熔融，另一方面则在螺糟内绕着螺杆向前移动。

物料被转动螺杆导引前进时，由于受到挤压剪切而在螺槽内作复杂的运动。

物料在挤出机内的塑炼就是在受热与受复杂剪切作用的条件下完成的。

由于物料在挤出机内的塑炼是连续作业，无法实现大范围的均匀混合，所以一般都用经过预混的物料作为进料。

除单螺杆挤出机外，还可以用双螺杆挤出机进行物料的塑炼，与单螺杆挤出机相比，物料在双螺杆挤出机内受热时间较短，无滞留区，发生降解的可能性减小，塑化的质量也提高。

1、简要叙述压缩模塑的方法和原理。

答：

其原理是把加压、赋形、加热等过程通过受热模具的闭合，实现模塑料的成型。

其方法是将一定量的模压料（粉状、粒状或纤维状等塑料）放入金属对模中，在一定的温度和压力作用下成型并固化得到制品的—种方法。

在模压成型过程中需加热和加压，使模压料熔化（或塑化）、流动充满模腔，并使树脂发生固化反应。

2、热塑性塑料和热固性塑料的压制成型有何异同点？

答：

热塑性塑料的模压过程与热固性塑料基本相同，但是由于没有交联反应，所以在流满型腔后，须将模具冷却使其熔融塑料变为具有一定强度的固体才能脱模成为制品。

因此，模具需交替加热与冷却，周期长，不经济。

只用于模塑较大平面的或流动性差的塑料制品。

模压热固性塑料时，置于型腔中的热固性塑料在热的作用下，先由固体变为熔体，在压力下熔体流满型腔而取得型腔所赋予的形状，随着交联反应的进行，树脂的分子量增大、固化程度随之提高，模压料的粘度逐渐增加以至变为固体，最后脱模成为制品。

3、简要叙述压制成型的基本过程包括哪些步骤？

参考答案：

原料准备（原料配制、预压、预热、计量等）；模压（加热、加压、熔化、成型）；放气（热固性）；固化（+冷却定型）。

4、压制成型有哪些优缺点？

参考答案：

优点：

对热塑性塑料：

（1）适于投影面积大的制品；

（2）能够克服大分子定向给制品带来的如翘曲等问题，特别是在生产大面积平板制品时；（3）适用于流动性特别差的塑料原料的成型；如：

特种工程塑料（PEEK，PEEKK）;高填充的塑料制品；对于热固性塑料：

（1）注射等成型工艺会产生大量的浇注系统废料（流道赘物），对于热固性塑料而言，是不可再利用的，

（2）注射制品的收缩率一般较大，而压制制品的收缩率一般很小，S压制

缺点：

（1）塑化作用不强，成型过程中无物料补充，须对原料进行予塑化，计量要求准确、压缩比要小；

（2）间歇操作，生产效率低，难以连续化、自动化；（3）生产周期长；（4）成型产品的形状、尺寸等受到一定的限制。

5、模压成型前为什么通常都要对物料进行预热？

热固性模压料在模压前的加热通常都是兼具预热和干燥双重意义的，但主要是预热。

其主要优点为：

①缩短固化时间和成型周期；②提高固化均匀性和力学性能；③提高流动性、降低收缩率和内应力，提高产品质量；④降低模压压力，节省能源。

6模压成型前对物料进行预热的方式主要有四种形式：

热传递（热板加热）；对流（烘箱加热）；辐射（红外线加热）；内热源预热（高频电热法）。

6、松散的粉状或纤维状的模压料在成型加工之前通常要进行预压，预压操作的优缺点如何？

将松散的粉状或纤维状的模压料预先用冷压法压成重量一定、形状规整的密文体的作业称为预压，所压的物体被称为预压物或压片、锭料、形坯等。

其原则为整数个、能紧凑地放入模具。

优点1）提高效率：

加料快，准确而简单；降低压缩率，简化模具；预压物中空气少，传热快，预热、固化；提高预热温度2）方便操作：

加料简单；避免粉尘飞扬、改善劳动条件；便于运输；便于模压较大或带有精细嵌件的制品，这是利用与制品形状相仿的预压物或空心预压物的结果。

其缺点为：

增加设备、人力（如果在后面的工序中得不到补偿，成本增加）松散度特别大的长纤维、需大型、复杂的设备；模压结构复杂或混色斑纹制品，不如用粉料好。

7、模压用模具主要有哪些形式，各自特点如何？

溢料缝

原料

排气

加料室

制品尺寸及性能

溢式

有，浪费在5%以内

要求不严格（浪费）

易

无

尺寸精度不高，施压不准确，力学性能不易控制

不溢式

无

计量严格

不易

有

尺寸精度、质量性能好

半溢式

部分溢料

不严格

较易

有

尺寸精确，质量性能较好

半溢式

部分溢料

不严格

有

尺寸精确，质量性能较好

8、模压过程中，压力、时间和温度是重要的控制因素，各自对模压过程和制品性能的影响如何？

压力：

1、增大压力：

流动性增加、收缩率降低、密度增大，制品性能提高；2、减小压力：

气孔增加、收缩率增大，密度降低，力学性能和外观质量下降；3、压力过大：

设备、能量消耗增大，压机、模具寿命缩短。

温度：

1、升高温度：

流动性增大、固化时间下降，成型周期缩短；2、温度过高：

（1）固化温度过高，固化时间迅速缩短，充模困难，甚至充不满模；

（2）表面固化过快，水分、挥发份跑不出来，影响力学、电学性能，也极大影响其表观质量；时间：

1、大制品（长时间）；2、预压、排气（使压制时间缩短）；3、压制时间过短（固化不完全）。

1.什么是挤出成型,挤出过程分为哪两个阶段?

挤出成型亦称挤压模塑或挤塑，即借助螺杆或柱塞的挤压作用，使受热熔化的聚合物物料在压力推动下，强行通过口模而成为具有恒定截面的连续型材的成型方法。

可分为聚合物物料的塑化和塑性体的挤出定型两个阶段。

2.单螺杆挤出机的挤出系统和传动系统包括哪几个部分?

单螺杆挤出机由传动系统，挤出系统，加热和冷却系统，控制系统等几部分组成。

挤出系统和传动系统主要包括传动装置、加料装置、机筒、螺杆、机头和口模等五部分

3.简述单螺杆挤出机的螺杆的几个功能段的作用.加料段：

自物料入口向前延伸的一段称为加料段，在加料段中，物料依然是固体，主要作用是使物料受压，受热前移，螺槽一般等距等深。

压缩段：

压缩段是指螺杆中部的一段，物料在这一段中受热前移并压实熔化，同时也能排气，压缩段的螺槽体积逐渐减小。

均化段：

螺杆最后一段，均化段的作用是使熔体进一步塑化均匀，并使料流定量，定压由机头流道均匀挤出，这段螺槽截面是恒等的，但螺槽深度较浅。

4.什么是螺杆的压缩比,单螺杆挤出机的螺杆通过哪些形式获得压缩比?

螺杆加料段第一个螺槽容积和均化段最后一个螺槽容积之比称为压缩比。

压缩比的获得有以下方法：

①等矩不等深②等深不等矩③不等距不等深。

5、简述双螺杆挤出机的主要工作特性.a.强制输送作用在同向旋转啮合的双螺杆挤出机中，两根螺杆相互啮合，啮合处一根螺杆的螺纹插入另一根螺杆的螺槽中，使其在物料输送过程中不会产生倒流或滞流。

无论螺槽是否填满。

输送速度基本保持不变，具有最大的强制输送性。

b.混合作用由于两根螺杆相互啮合，物料在挤出过程中进行着比在单螺杆挤出机中更为复杂的运动，不断受到纵向横向的剪切混合，从而产生大量的热能，使物料加热更趋均匀，达到较高的塑化质量。

c.自洁作用反同旋转的双螺杆，在啮合处的螺纹和螺槽间存在速度差，相互擦离过程中，相互剥离粘附在螺杆上的物料，使螺杆得到自洁。

同向旋转的双螺杆，在啮合处两根螺杆的运动方向相反，相对速度更大，因此能剥去各种积料，有更好的自洁作用。

6、如何获得单螺杆挤出机最大的固体输送速率?

结构角度：

1增加螺槽深度；2降低物料与螺杆的摩擦系数；3增加物料与料筒的摩擦系数；4选择适当的螺旋角。

工艺角度：

1增加料筒温度（fb↑）；②降低螺杆温度（fs↓）。

7、简述聚合物熔体在挤出机均化段的流动形式.熔体在均化段的流动包括四种形式：

正流、逆流、漏流和横流。

完整的注塑过程。

塑化物料，注塑，保压冷却，开模，脱模，合模

2注塑制品有何特点。

壁厚均匀；制品上有凸起时，要对称，这样容易加工；为加强凸台的强度．要设筋，并在拐角处加工出圆角；倾斜的凸台或外形会使模具复杂化，而且体积变大，应该设计为和分型面垂直的形状；深的凹进部分．尽可能的集中在制品的同一侧；对于较薄的壁．为避免出现侧凹，可将制品上的凹孔设计成v形槽；所有的拐角处都应有较大的圆角。

3挤出机和注塑机的螺杆有何异同。

注塑机的螺杆存在前进、后退运动，多为尖头，压缩比较小

4为了防止“流涎”现象，喷嘴可采用哪几种形式，描述每种形式的工作原理。

小孔型：

孔径小而射程长。

料压闭锁型：

利用预塑时熔料的压力，推动喷嘴芯达到防止“流涎”弹簧锁闭式：

用弹簧侧向压合顶针。

可控锁闭式：

用液（或电、气）动控制顶针开闭

5锁模系统有哪几种型式，描述每种型式的工作原理。

液压式，轴杆式

6注塑制件后处理有哪些方法，各有什么意义。

热处理，调湿处理，

热处理的实质：

1使强迫冻结的分子链得到松他，凝固的大分子链段转向无规位置，从而消除这一部分的内应力。

2提高结晶度，稳定结晶结构，从而提高结晶塑料制品的弹性模量和硬度，降低断裂伸长率。

调湿处理是为了在较短的时间内稳定的尺寸。

同时还可以加快达到吸湿平衡，从而改善制件的柔曲性和韧性，使它的冲击强度和拉伸强度均有提高。

7结晶性塑料和非晶塑料在注塑工艺上有何不同。

塑化阶段，结晶性塑料的塑化需要更长的时间冷却阶段，结晶性塑料的冷却要严格控制，冷却的快慢直接影响塑件的物性

二、分析题

1．下图是刚从模具中取出的注塑制件实物图

（1）请指出A、B、C、D部位的名称。

简要说明部位B的作用。

A：

主流道B：

冷料井C:

分流道D：

浇口

B的作用主要是用于存储进入流道的熔体前端冷料。

（2）制件用于建筑上水管道的90度弯接头。

从使用要求考虑，选择什么高分子材料？

简要谈谈理由。

PPR作为一种新型的水管材料，具有得天独厚的优势，它既可以用作冷水管，也可以用作热水管，由于其无毒、质轻、耐压、耐腐蚀，PPR管不仅适用于冷水管道，也适用于热水管道，甚至纯净饮用水管道。

PPR管的接口采用热熔技术，管子之间完全融合到了一起，所以一旦安装打压测试通过，不会象铝塑管一样存在时间长了老化漏水现象，也不像PVC塑料管接口处一般用胶粘接，抗冻和耐热能力都不好，所以很难用作热水管，由于其强度不能适用于水管的承压要求，所以冷水管也很少使用。

大部分情况下，PVC管适用于电线管道和排污管道。

2、有如下几种塑料制品需要成型

（1）PVC薄片，厚度0.30mm，宽度1.2m

（2）PE储水桶，直径1.5m，高1.5m。

3）PA6大型水力发电机轴瓦

（4）PP洗衣机内桶.请谈谈上述塑料制品可用什么方法成型，简述大致成型过程。

（1）PVC薄片，厚度0.30mm，宽度1.2m.挤出成型：

PVC粒料自料斗进入料筒，在螺杆旋转作用下，通过料筒内壁和螺杆表面摩擦剪切作用向前输送到加料段，在此松散固体向前输送同时被压实；在压缩段，螺槽深度变浅，进一步压实，同时在料筒外加热和螺杆与料筒内壁摩擦剪切作用，料温升高开始熔融，压缩段结束；均化段使物料均匀，定温、定量、定压挤出熔体，到机头后通过一个狭缝型片状口模成型，经冷却定型得到制品。

（2）PE储水桶，直径1.5m，高1.5m。

吹塑成型：

物料通过上述挤出装置，得到一个型坯，继而从模唇与模芯的间隙中继续挤出，对坯进行预吹胀，最后高压吹胀型坯，使之贴紧模具型腔，实现产品塑性成型阶段。

（3）PA6大型水力发电机轴瓦浇注成型：

在常压或低压下将液态树脂，这里指尼龙单体或预聚体浇注入模内或外壳内，固化成型。

最后在对其外观进行适当修正即可。

（4）PP洗衣机内桶.注塑成型：

塑胶材料在注塑机的料筒中经过外部的加热和螺杆的旋转而产生的剪切热对树脂材料进行塑化成熔体后，通过施加一定的压力，把熔体注射到具有一定的形状的型腔中经过冷却定型后所产生的物品就为注塑。