高分子成型加工原理

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1、混合设备部分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

2、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

3、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5075%。（ 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，

4、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表示辐筒直径160mm。XK橡胶双辐开炼机。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： 物料与辊筒的摩擦角应大于接触角； 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

5、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

6、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。挤出成型部分1、挤出成型生产线一般由哪几部分组成？各部分的作用是什么？ 挤出系统、加料装置、传动系统、加热和冷却系统及控制系统等。 挤出系统通常包括：加料装置、料筒、螺杆、机头和口模等。2、常规三段全螺纹螺杆

7、的主要参数有那些？如何选择这些参数的大小？a. 螺杆直径DS指其外径，通常在30200mm之间，最常见的是45150mm。螺杆的直径大，挤出机的产量高，所以挤出机的 规格型号常一螺杆的直径表示。如挤出机型号SJ-45，表示塑料挤出机螺杆直径45mm。b. 螺杆的长径比L/DS指螺杆工作部分的有效长度与直径DS之比。L/DS 大能提高挤出机的生产能力，有利于物料的混合，螺杆的适应性强，但加工安装困难，不适于热敏性物料的加工。L/DS 小对塑料的混合塑化不利。c. 螺杆的压缩比 A几何压缩比：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。 一般约等于 H1/H3（H1， H3 分别为

8、加料段 和均化段槽深）。物理压缩比：是指塑料在熔融状态下的密度与固体松散状态下的密度之比。 挤出机的几何压缩比应大于物理压缩比d. 螺槽深度 H一般螺槽的深度H1、H2、H3分别表示固体输送段、熔融段、熔体输送段等三段的槽深。H3小时挤出机对物料的剪切速率大，有利于传热和塑化，但挤出生产率低。H3大则反之。H3大适于加工热敏性物料（如 HPVC） 的加工；H3小的浅槽螺杆可用于熔体粘度低和热稳定性好的塑料的挤出成型。e. 螺旋角e是螺纹与螺杆横截面之间的夹角。e角大，挤出机的产量高，但螺杆对塑料的挤压和剪切作用减小。f. 螺棱部分宽度E螺棱宽度E太小会使漏流增加，产量降低；E太大会增加螺棱上的

9、功率消耗，螺棱上的物料过热的危险（传 热量大，剪切热大）。g. 螺杆与料筒的间隙6 的大小影响挤出机的生产能力和物料的塑化。值大，生产效率低，不利于热传导，剪切速率低， 不利于物料的熔融和混合；过小，剪切速率大，易引起物料过热降解，对螺杆、料筒的加工和安装要求高。3、何谓螺杆的几何压缩比、物理压缩比？两者关系如何？几何压缩比：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。 一般约等于 H1/H3（H1， H3 分别为加料段 和均化段槽深）。物理压缩比：是指塑料在熔融状态下的密度与固体松散状态下的密度之比。 挤出机的几何压缩比应大于物理压缩比4、挤出机内物料的压力是如何产生的？为什

10、么物料必须有一定的压力？ 压力由机头阻力、螺杆的压缩比和螺杆、料筒对物料的输送作用等产生。为了使挤出的物料密实，挤出机料筒内必须有一定的 压力5、挤出机加料斗料斗座为什么必须冷却？ 防止高温料筒的热量传向料斗，避免料斗中的料因受热而产生“架桥”现象。6、普通挤出机螺杆有几种型式？各适用于什么场合？ 根据压缩段（熔融段）长度的大小，普通螺杆又分为通用型螺杆、渐变型螺杆和突变型螺杆三种。（a）渐变型螺杆的压缩段较长，有的螺杆（如加工聚氯乙烯的螺杆）螺杆全长均起压缩作用，这样的螺杆即为渐变型螺杆。 这种螺杆适于加工非晶型塑料。（b）突变型螺杆的压缩段很短，压缩段长度为35DS。这种螺杆适于加工熔融温

11、度范围窄的结晶型塑料。（c）通用型螺杆的压缩段长度介于渐变型和突变型螺杆之间。适于大多数物料的加工。7、提高固体输送效率的方法有那些？a）增大物料与料筒的摩擦系数，减小物料与螺杆的摩擦系数。具体措施是：对螺杆表面进行抛光，降低表面粗糙度；螺杆中 心通冷却水，适当降低螺杆的表面温度。在加料段的料筒内壁开设一些纵向沟槽，以增加物料与料筒间的径向摩擦力。b）适当增加螺槽深度 H1 和螺旋角。8、物料在常规挤出机的熔体输送段的流动类型有哪几种？其产生这几种流动的原因是什么？试画出流动类型的速度分布图（特 别注意流动方向）。a）正流是物料沿螺槽方向（Z向）向机头的流动，是均化段熔体的主流，它起到挤出物料

12、的作用。（这种流动是由物料在螺 槽中受料筒摩擦拖曳作用而产生的故也称为拖曳流）。b）逆流沿螺槽与正流方向相反的流动，它是由机头口模、过滤网等对料流的阻碍所引起的反压流动，故又称压力流动，它将 引起挤出生产能力的损失。正流和逆流的综合流称为净流。c）横流 物料沿 x 轴和 y 轴两方向在螺槽内往复运动，也是螺杆旋转时螺棱的推挤作用和阻挡作用所造成的，仅限于在每个 螺槽内的环流。d）漏流 物料在螺杆和料筒的间隙沿着螺杆的轴向往料斗方向的流动，它也是由于机头和口模等对物料的阻力所产生的反压流 动。挤出机的生产能力=正流-逆流-漏流9、何谓螺杆特性曲线、机头（口模）特性曲线？它们的斜率大小代表何种意义

13、？螺杆转速口模尺寸挤出压力（p）/MPa螺杆特性曲线 n4n3n2n1 螺杆特性线的倾斜程度主要取决于均化段螺槽深度 H3。H3 越大特性线越倾斜，意味着挤出机的产量对机头阻力（挤出压力）敏感，我们称该螺杆特性 软；H3 越小螺杆特性线越平，意味着挤出机的产量对机头阻力（挤出压力）不敏感，我们称该螺杆 特性硬。10、简述并图示挤出机的综合工作图。图中D3斜率大为低阻力机头，D1斜率小为高阻力机头11、影响挤出机生产率的因素有那些？（1）机头压力与生产率的关系（2）螺杆转速与生产率的关系（3）螺杆几何尺寸与生产率的关系（4）机头口模的阻力与生产率的关系12、常规螺杆存哪些问题？a. 熔融段固体床

14、与熔池同处一个螺槽中，降低了熔融效率，挤出产量不高。（熔池不断增宽，固体床逐渐变窄，减少了固体床 与料筒的接触面积，从而减少了料筒传给固体床的热量）。b. 固体床过早解体形成固体床碎片（固体床破碎），造成熔融速度缓慢。c. 固体床过早破碎，还造成一部分物料得不到彻底熔融，另一部分物料过热，导致物料温度不均匀。d. 压力波动、温度波动和产量波动大。e. 普通螺杆往往不能适应一些特殊物料的加工或进行混炼、着色等工艺。13、新型螺杆中的分离型螺杆、屏障型螺杆、分流型螺杆的工作原理是怎样的？A. 分离型螺杆： 熔融段采取措施（采用主附螺纹，开设熔体槽等），将已熔物料与未熔的固相尽早分离，促使未熔物料更

15、快地熔融，已熔物料 不再承受导致过热的剪切。B. 屏障型螺杆： 螺杆工作时，物料从熔融段进入均化段后，含有未熔融的固体颗粒到达屏障型混炼段时，被分成若干股料进入屏障混炼段的进 料槽，熔融料和粒度小于A的故相碎片才能越过间隙进入出料槽，粒度较大的固相碎片被屏障挡住并继续熔融。塑化不良的小 颗粒在通过间隙时受到强烈的剪切作用，而完全熔融。进入出料槽的物料在槽中产生涡流而得到混合。C. 分流型螺杆： 在螺杆的某一部位设置许多突起部分或沟槽或孔道将螺槽内的料流分割，以改变物料的流动状况，以促进熔融、增强混炼和均 化的一类螺杆。14、挤出管材的定径方法有哪几种？如何选择定径方法？ 管材的定径方式有内定径

16、和外定径两种。若管材的外径尺寸要求高则选用外定径法，国内要求管材外径带公差，所以常用外定径法；反之，则采用内定径法。15、热固性塑料挤出机与热塑性塑料挤出机的主要差别在哪些方面？（1）热固性塑料制品的形状在离开机头后几乎不发生变化，因此对每一种制品必须使用专用的机头，且机头须精确地与制品的 断面形状一致。而热塑性塑料挤出时，制品离开机头，仍可有许多方法改变和校正其断面形状。因此热塑性机头并不需要精确 地与制品所要求的断面形状相匹配。（2）两种塑料挤出的生产率也有较大差别。热固性塑料挤出速度很低，只能以每秒几毫米的速度进行，而且挤出速度还受物料 固化速度的限制。而热塑性塑料挤出速度可达每秒数厘米

17、。16、反应性挤出的定义是什么？ 聚合性单体或低聚物熔体在螺杆挤出机内发生物理变化的同时发生化学反应，从而挤出直接获得高聚物或制品的一种新的工具 性工艺方法。17、橡胶压出机螺杆与塑料挤出机螺杆的主要差别在哪些方面？a. 橡胶压出机螺杆长径比要比塑料挤出机螺杆小得多。b. 橡胶压出机螺杆的槽深要比塑料挤出机螺杆槽深大。18、双螺杆挤出机与单螺杆挤出机相比有什么特点？（1）物料的输送方式 在单螺杆挤出机中，物料的输送是靠摩擦、拖曳完成的。而在双螺杆挤出机中，特别是啮合型双螺杆挤出机，物料的输送在某 种程度上是正向位移，正向位移的程度取决于一根螺杆的螺棱与另一根螺杆的相对接近程度。（2）物料的流动

18、速度场 双螺杆挤出机与单螺杆挤出机相比：混合充分、热传递良好、熔融能力强、排气效果好及对物料温度控制良好等。（3）物料的停留时间分布 双螺杆挤出机中物料的停留时间分布窄。所有物料在料筒内所经历的物理、化学过程大体相同，因此混合物各部分的性能会更 均匀。此外，双螺杆挤出机与单螺杆挤出机相比：混合充分、热传递良好、熔融能力强、排气效果好及对物料温度控制良好等。注射成型部分1何谓注射成型，它有何特点？请用框图表示一个完整的注射成型工艺过程。将粒状或粉状塑料加入到注射机的料筒。经加热熔（融）化呈流动状态，然后在注射机的柱塞或移动螺杆快速而又连续的压力 下，从料筒前端的喷嘴中以很高的的压力和很快的速度注

19、入到闭合的模具内。充满模腔的熔体在受压的情况下，经冷却或加热 固化后，开模得到与模具型腔相应的制品。特点：生产周期短，生产效率高，易实现生产自动化间歇生产过程适应范围广：可加工大多数热塑性塑料，复合材料， 增强树脂，泡沫塑料等。除管、板和棒之外均可生产。合模f注射座前移f注射f保压f预塑f制品冷却f开模f顶出制品f合模2塑料挤出机的螺杆与移动螺杆式注射机的螺杆在结构特点和各自的成型作用上有何异同？ 相同点：对塑料起输送、压实、塑化、传递压力作用不同点： 1、注射螺杆长径比较小 2、注射螺杆压缩比比较小 3、注射螺杆均化段长度较短，但螺槽深度较深以提高生产效率， 加料段长4、注射螺杆头呈尖形，与

20、喷嘴很好吻合，螺杆头结构特殊，注射螺杆间歇工作5、注射螺杆既能旋转又能轴向运动， 挤出机螺杆智能旋转运动。3请从加热效率出发，分析柱塞式注射机上必须使用分流梭的原因。 安装分流梭，可减小料层厚度，使塑料产生减切和收敛流动，加强热扩散作用。并增大加热面积，增强塑化。4注射机的喷嘴有哪几种类型？各适合何种聚合物材料的注射成型？1）通用式喷嘴： 粘度大，热稳定性差的物料，采用大口径直通式。如用于： PS、PE、PVC 等的加工2）延伸式喷嘴：有加热装置，注射压力损失小。可用于： PMMA、POM、PC 等的加工3）弹簧针阀式喷嘴：自锁式喷嘴，结构复杂，注射压力降较大。如用于：PA、PET等低粘度塑料

21、的加工5试分析注射成型中物料温度和注射压力之间的关系，并绘制成型区域示意图。 料温高时注射压力减小；反之，需要的注射压力加大。6保压在热塑性塑料注射成型过程中的作用是什么？保压应有多少时间？何谓凝封？ 作用：保证制品的致密性，尺寸精度及强度，螺杆对熔体保持一定压力，对塑件进行补缩直到冻结。 保压时间：保压直到浇口冻结为止 凝封：浇口冻结7试述晶态聚合物注射成型时温度（包括料温和模温）对其结晶性能和力学性能的影响。 料温：料温越高，如熔融时间长则残余的晶核少，熔体冷却时主要以均相成核形成晶核，故结晶速度慢，结晶尺寸大，力学性 能和热性能相应提高，冲击强度下降，透水性透氧性变小。料温越低，如熔融时

22、间短则残余的晶核多，熔体冷却时主要以异相成核形成晶核，故结晶速度快，结晶尺寸小而均匀，力学性 能和热性能相应提高，冲击强度下降，透水性透氧性变小。模温：模温高，结晶速率大，结晶率高，晶体尺寸大，制品成型收缩率较大，刚度大，力学性能较高，伸长率和冲击强度下降。 模温低，结晶速率小，结晶率低，晶体尺寸小，韧性较好，分子取向作用和内应力较大。8聚丙烯和聚苯乙烯注射成型时，考虑到产品的性能和生产效率，它们的模具温度应分别控制在哪个温度范围最适宜？为什么？（PP： Tg= 10T左右，PS： Tg=80左右）PP： 7090模具低于70时塑件不光滑，易产生熔接不良，流痕，90以上容易发生翘曲变形PS：

23、30609因PS熔体粘度较低，较低的模温可以缩短冷却时间，提高成型效率。9试述注射成型制品易产生内应力的原因及解决的办法。原因：熔体流动速率过大，保压压力过高，保压时间长，模具温度低解决办法：退火处理10试分析注射成型过程中快速充模和慢速充模各有什么利弊。 快速充模：当从浇口进入模腔的熔体流速很高时，熔体流首先射向对壁，使熔体流成湍流，严重的湍流引起喷射而带入空气， 模底先被熔体充满，空气无法排除而被压缩，这种高压高温气体会引起熔体的局部烧伤及分解，使制品质量不均匀，内应力也 较大，表面有裂纹。慢速充模：熔体以层流形式自浇口向模腔底部逐渐扩展，能顺利排出空气，制品质量较均匀。但过慢速度会延长充

24、模周期，易 使熔体在流道内冷却降温，造成熔体粘度上升，流动性下降，充模不完全，或出现分层 、结合不好的熔接痕，影响制品强度。11简述热固性塑料和橡胶的注射成型原理。 热固性塑料：物料加入料筒中，受热转变为粘流态而成为有一定流动性的熔体，注入加热的模腔中后在一定的温度和时间下， 因发生化学反应而使粘度加大，交联硬化为固体。橡胶注射成型：是将胶料通过注射系统进行加热，然后在压力作用下从料（机）筒注入密闭的模具中，经热压硫化而成为制品 的生产方法。在橡胶行业也称为注压，注出。12 注射成型过程中，螺杆预塑为什么要按排在保压结束后进行？ 保压过程是少量熔体被挤入模腔，以弥补体积收缩，预塑是固体物料加热

25、熔融的过程。 注塑机塑化物料时压力难以保持，螺杆要旋转，保压后预塑不能同时进行，预塑只能在保压后进行。13 螺杆在预塑时，注射螺杆作何种运动？螺杆边旋转边水平向后运动14 为什么说对于小压缩比的螺杆，通过调节背压对温度的影响更明显？ 压缩比小，物料在全过程中收到的挤压作用小，通过调节背压物料受到剪切作用，压缩比小的有利于升温，温度影响更明显。15 背压可以调节吗？可以，即调节注射油缸的回油节流阀16 螺杆预塑结束的标记是什么?螺杆停止旋转17. 注射机液压-机械式合模机构的调模机构的作用是？1、调节锁模力的大小 2、适应不同模具厚度18. 注射成型机塑化时根据喷嘴与模具接触情况其加料方式可分那

26、几种？各适用于哪些物料的加工？1、固定加料：加工温度范围宽的物料，热流道模具2、前加料：加工温度范围宽的物料，开式喷嘴大部分物料3、后加料：闭式喷嘴，高结晶物料19. 注射机的操作方式有那几种？主要适用于哪些场合？ 操作方式有调整、手动、半自动、全自动1、调整操作：在模具的安装工作实验检查某一部位的正常工作运动及维修拆卸螺杆的应用2、手动操作：模具安装好后调试生产时使用3、半自动操作：注射机各部位工作零件质量完好，能够准确完成各自的工作动作，批量生产某些制品时使用。4、自动操作：大批量生产20. 橡胶注射成型机与热塑性塑料注射成型机的主要差别有哪些？特殊性（与普通热塑性塑料注射机相比）（1）胶

27、料塑化温度低，为防止停留时间过长而焦烧。机筒（夹套式）用水和油作为加热介质，注射模用电或蒸汽加热，以保 证工艺和硫化所要求的温度。（2）合模机构：供硫化模具进行合模、注射、硫化、开模等操作之用。单合模机构注射机的模台是固定的；多模台注射机的 模台则有多种形式（一种模台安装在转台上，注射装置固定；一种是模台固定，注射装置是旋转注胶的）。（3）模具：因要开设流道，所以结构复杂，经受高温和高压，所以用特殊钢制造，精度高，价格昂贵。21. 简述反应注射成型技术的特点。（1）直接采用液态单体（或预聚体）和各种添加剂作为成型原料而不是用已聚合好的塑料，且不经塑化加热即注入模腔，从而 省去了聚合、配料和塑化

28、等操作，简化了制品的成型工艺过程。（2）由于液体原料粘度低，流动性好，易于输送和混合，充模压力和锁模力低，这不仅有利于降低成型设备和模具的造价， 而且适宜生产大型及形状复杂的制品。（3）般能以加成聚合反应生成树脂的单体都可以作为RIM的成型物料基体，工业上已采用的主要包括聚氨酯、不饱和聚酯、 环氧树脂、聚酰胺、甲基丙烯酸系共聚物、有机硅等几种树脂单体。但目前 RIM 产品以聚氨酯体系为多见。22 简述气辅注射成型技术的特点，常见的气辅注射成型有哪几种方法？特点：将结构发泡成型和注射成型的优点结合在一起，既可降低模具型腔内熔体的压力，又可避免结构发泡产生的表面粗糙等 缺点。生产厚壁制品可解决产品

29、收缩不良，保证质量的前提下，大幅降低成本。气辅注射成型方法 1、标准成型法 2、副腔成型法 3、熔体回流法压延成型部分 1何谓横压力？对压延制品的质量有何影响？在生产上应采取那些措施确保压延制品的尺寸精确。 横压力是指物料在辊隙受压延时对辊筒施加的横向压力，该力使辊筒产生弹性弯曲，造成制品厚度不均 补偿方法：中高度法，轴交叉法，预应力法2压延成型工艺能生产哪些橡胶和塑料制品，以软质 PVC 薄膜的生产过程为例，画出生产工艺流程，配以相应的工艺条件， 并提出控制制品尺寸的措施橡胶的压延：是橡胶制品生产的基本工艺过程之一，可以是制成胶片或者与骨架材料制成胶布半成品的工艺过程，包括压片、 压型、贴胶和擦胶等工序。塑料的压延：其中以非晶型的聚氯乙烯及其共聚物最多，其次是ABS,乙烯一醋酸乙烯共聚物以及改性聚苯乙烯等塑料。近年 来也有聚丙烯、聚乙烯等结晶型塑料。控制制品尺寸措施：中高度法，轴交叉法，预应力法3若供压延用的混炼胶的粘度偏高（主要原因是相对分子质量偏高引起），如何改变工艺条件使之顺利压延。1、增加混炼时间或剪切力使其分子量降低分布变宽 2、提高辊温和辊速3、增大速比4、减小辊距