高分子材料成型加工基础各章习题已.doc

1、1绪论1、 与其他材料相比（无机非金属材料、金属材料） ，高分子材料有哪些特征？质轻；拉伸模量和强度低，韧性优良；传热系数小；电绝缘性好；成型加工性好，可适应各种成型方法；减震、消音效果好；某些塑料具有良好的减磨、耐磨和自润滑性能；耐腐蚀性能优良；透光性好；着色性好；可赋予各种特殊功能；使用过程中易产生蠕变、疲劳、冷流、结晶等现象，长期使用性能较差；热膨胀系数大；耐热性较低，使用温度不高；易燃烧。2、 什么是高分子材料的成型加工性能？可挤压性、可模塑性、可延展性、可纺性3、 什么事高分子合金？用机械共混法生辰的第一个高分子合金材料是什么？两种或两种以上高分子材料构成的复合体系。ABS。4、 塑

2、料可以分为通用塑料和工程塑料，工程塑料是指（）工程塑料：是指拉伸强度大于 50MP，冲击强度大于 6kJ/m2，长期耐热温度超过 100，刚性好，蠕变小，自润滑，电绝缘，耐腐蚀等的、可替代金属做结构材料的塑料。5、 塑料可分为热塑性塑料和热固性塑料，请将下列塑料分类：PE PP PVC ER MF PA PC ABS PMMA PF POM UP 热塑性材料：PE、PP、PVC 、PA 、PC、 ABS、 PMMA 、POM热固性材料：ER MF PF UP6、 橡胶可分为通用橡胶和特种橡胶，特种橡胶是指（）特种橡胶：具有特殊性能，可满足耐热、耐寒、耐油、耐溶剂、耐化学腐蚀、耐辐射等特殊使用的

3、橡胶制品的橡胶。7、 热塑弹性体的结构特点是：分子结构中一般部分或全部由具有橡胶弹性的链段组成，大分子链之间存在化学或物理交联而成的网状结构，起补强作用，常温下显示橡胶的弹性，而高温下，受热的作用，这种网状结构消失，呈现塑性。8、 请将下列橡胶分类：CR BR UR ACM SIS IIR SBR NBR EPDM SBS CPE通用橡胶：CR BR IIR SBR EPDM特种橡胶：UR ACM NBR CPE热塑性弹性体：SIS、SBS9、 由纤维素和蛋白质等改性而制成的纤维称为（人造纤维） 10、 请写出下列纤维的化学名称：2涤纶：聚对苯二甲酸乙二醇酯， 锦纶：聚酰胺纤维 维纶：聚乙烯醇

4、甲醛纤维 腈纶：聚丙烯晴 丙纶;聚丙烯 氯纶：聚氯乙烯纤维 氨纶：聚氨酯弹性体纤维 Kevlar：芳香族聚酰胺纤维11、 高分子合金是由塑料与橡胶、塑料与塑料经共混、接枝、嵌段共聚或互穿聚合物网络等方法制成的（宏观上均相，微观上分相）的一类材料的总称。用机械共混法生辰的第一个高分子合金材料是（ABS） 。12、 熟悉高分子材料热-机械特性与成型加工关系图。P1013、 高分子材料有哪几种主要成型方法？各种成型方法成型时熔体所受剪切速率有何不同？模压 压延 挤出 注射成型 1-10 10-100 100-1000 1000-1000014、 高分子材料的一次成型与二次成型的区别是什么？一次成型是

5、通过材料产生地流动或塑性形变而成型，成型过程中伴随着聚合物的状态或者相态的转变，而二次成型是在低于聚合物流动温度或熔融温度下进行的“半熔融”类橡胶态下进行的，一般是通过粘弹形变来实现材料成型或坯件的再成型。第一章高分子材料学1、 高分子材料学是研究（高分子化合物及其制品的特性、结构与性能之间的关系。 ）2、 交联是改善高分子材料力学性能、耐热性能、化学稳定性和使用性能等的重要手段，以下哪些聚合物材料需要交联后才能使用。 （NR SIS BR PET POM MF SBR SBS ER PF PC UP）PF UF MF UP PE PVC PU 等泡沫塑料生产3、 熔体流动速率是工业上用以表征

6、高分子化合物相对分子质量的方法之一，熔体流动速率的单位是（g/10min）4、 聚合物的成型方法不同，对原材料的熔体流动速率要求也不一样。以 PP 为例将下列不同熔体流动速率的 PP 与相应的成型方法相匹配。 （已匹配好）0.5-2 挤出成型 管 板 片 棒 0.5-8 挤出成型 单丝 窄带 撕裂纤维 双向拉伸薄膜6- 12 挤出成型 吹塑薄膜 T 型机头平模0.5-1.5 中空吹塑成型 中空容器1-15 注射成型 注射成型制品10-20 熔融纺丝 纤维5、 高分子材料的结晶性与低分子材料的结晶性之不同在于（构造与形态 结晶的大小 结晶度 结晶温度 结晶度与物性的关系）以下聚合物中哪些是结晶性

7、高分子，哪些是非3结晶性高分子？（PE POM NR BR PS PP PVC PA PC PET）结晶性高分子：PE POM PP PA PET NR BR非结晶性高分子： PS PVC PC6、 成型条件对结晶性高分子的结晶度影响很大，影响的因素有：（熔融温度和熔融时间，成型压力，冷却速度。 ）7、 名词解释：二次结晶：指一次结晶后，在残留的非晶区和结晶不完整的部分区域内，继续结晶并逐步完善的过程。后结晶：指一部分来不及结晶的区域，在成型后继续结晶的过程。后收缩：指制品脱模后，在室温下存放 1h 后所发生的、到不再收缩时为止的收缩率。退火：将试样加热到熔点以下某一温度（一般控制在使用温度以

8、下 1020，或热变形温度以下 1020为宜） ，以等温或缓慢变温的方式使结晶逐渐完善化的过程。淬火：又称骤冷。指熔融状态或半熔融状态的结晶性高分子，在该温度下保持一段时间后，快速冷却使其来不及结晶，以改善制品的冲击性能。流动取向：系指在熔融成型或浓溶液成型中，高分子化合物的分子链、链段或其他添加剂，沿剪切流动的运动方向排列。拉伸取向：系指高分子化合物的分子链、链段或微晶等受拉伸力的作用沿受力方向排列。8、 高分子材料的熔体黏度是高分子材料成型加工中的重要性质，在高分子材料的成型加工过程中，影响熔体黏度的主要因素有：（温度、压力、剪切速率。 ）9、 酚醛树脂是由苯酚和甲醛合成的树脂，当甲醛/苯

9、酚摩尔比大于 1 在碱性条件下，得到的是碱法酚醛树脂（热固性酚醛树脂），当甲醛/苯酚摩尔比小于 1 在酸性条件下，得到的是酸法酚醛树脂（热塑性酚醛树脂）。10、 由丁二烯和苯乙烯单体通过聚合可以制备哪些聚合物？丁苯橡胶（SBR） 、SBS、SEBS、顺丁橡胶（BR） 、PS11、 由乙烯和丙烯单体通过聚合可以制备那些聚合物？乙丙橡胶（EPR） 、PE、PP12、 在什么情况下聚合物的分子量与 Tg 关系不大？当分子量增大到一定程度时（或分子量很大时） ，Tg 随分子量增加不明显。13、 高分子材料的性能与材料的结晶性有很大关系，改变高分子材料的结晶状态通常会影响到材料的哪些性能。受结晶度影响的

10、物性有：拉伸强度、弹性模量、冲击强度、耐热性（热变形温度） 、耐化学药品性、吸水性、透明性、气体透过性、成型收缩率等。414、 聚丙烯通过添加成核剂可以改变制品的透明性，请问是何原理？添加成核剂，是为提高结晶速度，促使微晶生成，而由于形成微晶，制品透明性提高。15、 高分子的热拉伸取向通常在什么温度范围进行？什么是高分子材料的拉伸比？比较 PP 和 PS 的拉伸比有何不同，请根据结构解释。Tg-Tm(Tf)；拉伸比是一定温度下，高分子化合物在屈服应力作用下被拉伸的倍数，即拉伸前后的长度比。PP 为 5-10，PS 为 1.5-3.5，因为 PS 含有体积较大的苯侧基，刚性大，故拉伸比较小。16

11、、 在各种橡胶中，天然橡胶有最好的加工性能，请问与天然橡胶的分子结构有何关系？（非标准）天然橡胶主要成分是聚异戊二烯，分子链中含有内双键，具有良好的柔顺性，因而加工性能好。第二章 添加剂1、 热稳定剂主要用于那一种塑料中？热稳定剂主要起什么作用？热稳定剂主要用于 PVC（热敏性）塑料中。热稳定剂的作用大致分为两类：预防型和补救型。具体包括：(1)中和 HCl；(2)取代不稳定氯原子；(3)钝化杂质；(4)防止自动氧化；(5)与不饱和部位反应；(6)破坏碳正离子盐。2、 若要生产透明 PVC 制品，选用哪种热稳定剂合适？可以选用硫醇锡盐，有机锑类，稀土稳定剂。3、 高分子材料在加工和使用过程中会

12、发生氧化反应，这类反应按（典型的链式自由基）机理进行，具有（自动催化）特征。 （自动氧化反应）4、 抗氧剂可分为哪两大类？请各举一例并说明其抗氧机理。抗氧剂可分为链终止型抗氧剂和预防型抗氧剂。一、链终止型抗氧剂：如抗氧剂 1010，属烷基多酚类，分子上的不稳定的 H 与被氧化生成的 ROO结合，中断了自动氧化的链增长。二、预防型抗氧剂又可分为两类：(1)过氧化物分解剂：如亚磷酸酯，可分解氢过氧化物，使其转变成稳定的非自由基的物质，阻止氧化。(2)金属离子钝化剂（铜抑制剂）：如酰胺类，钝化金属离子，减缓氢过氧化物分解作用。5、 在塑料中抗氧剂的用量常为（0.11） ，在橡胶中防老剂的用量通常为（

13、15 份） 。6、 如果要加工浅色 PP 制品，选用何种抗氧剂合适？因为是浅色制品，所以可用不变色，无污染的酚类抗氧剂。57、 高分子材料的臭氧化机理与氧化降解机理不同，主要是以（亲电加成的离子型）机理进行。抗臭氧剂只是在（制品表面）上发挥作用。高分子材料的抗臭氧方法可以分为（物理防护法）和（化学防护法） 。8、 光稳定剂是指（可有效地抑制光致降解物理和化学过程的一类化合物） ，其用量通常为（0052） 。9、 增塑剂是指（用以使高分子材料制品增塑性增加，改进其柔软性、延伸性和加工性的物质） ，增塑剂主要用于（PVC）树脂中，增塑剂的塑化效果可采用一个相对值（塑化效率）来表示，通常将性能较全面

14、、使用最普遍的（邻苯二甲酸二辛脂（DOP） ）的效果值作为标准。10、 润滑剂是（降低熔体与加工机械（如筒体、螺杆）或模具之间和熔体内部相互之间的摩擦和黏附，改善流动性，促进加工成型，利于脱模，提高生产能力和制品外观质量及光洁度）等一类添加剂，主要用于（硬质 PVC）中，用量一般在（0.5-1 份 ） 。11、 高分子材料常用的交联方法有哪些？经过交联，高分子材料的物理机械性能通常会有哪些变化？答：高分子材料常用的交联方法：加热交联、辐射交联、添加交联剂交联等；经过交联，材料的物理机械性能，如拉伸强度、撕裂强度、回弹性、硬度、定伸强度等上升，伸长率、永久变形下降，耐热性、高温下的尺寸稳定性和耐

15、化学药品性能提高。12、 橡胶的硫磺硫化体系通常包括哪些配合剂，各有何作用？答：（1）硫化促进剂，可以缩短胶料硫化时间，提高硫化速度，减少硫磺用量，改善硫化胶物性，可分为酸性促进剂、碱性促进剂、中性促进剂。（2）硫化活性剂。用以增加胶料中有机促进剂的活性，充分发挥其效能，以减少促进剂用量或缩短硫化时间。一般可以分为无机活性剂和有机活性剂。（3）防焦剂。防止或延迟胶料发生焦烧。13、 硫化促进剂可以缩短（胶料硫化时间） ，提高（硫化速度） ，减少（硫磺用量） ，改善（硫化胶物性）的一类物质。14、 影响填料补强作用的因素主要有哪些？答：P94（1）粒径与活性（2）颗粒形状（3）颗粒表面性质（4）

16、填充剂的结构性15、 试举 1-2 个日常生活中高分子材料老化的例子。并说明其老化的特征和结构的变化。答：高分子材料自动氧化后，可导致分子链的断裂、交联以及链的化学结构和侧链的变化等，如 PP 和 NR 主要发生链断裂，SBS 和 NBR（丁腈橡胶）主要发生交联，PVAc 则发生侧链的断裂。 P7317、 、 、 、 等变价金属离子在高分23Fe/23Co/23Mn/23Cu/子材料中会起何作用？请说明其作用。答：作用：对 ROOH 的分节具有很强的催化作用，原理如下：6ROOH+Me+1-RO+Me+2+OH-ROOH+Me+2-ROO+Me+1+H+即：2ROOH- ROO+RO+H 2O

17、18、 硬质 PVC 生产过程中要使用大量的稳定剂，请问是何原因？P69、77答：PVC 是热不稳定性的塑料，其加工温度和分解温度相当接近，只有加入热稳定剂才能实现在高温下的加工成型，制得性能优良的制品。19、 哪一些 PVC 的稳定剂将要逐渐退出市场，原因何在？答案：铅盐。有毒，不能用于接触食品的制品，不能制造透明制品。耐候性较差，易被硫化物污染，生成黑色硫化铅。20、 如果你在生产高分子制品时需要使用增塑剂，如果是 PP 你选用哪种增塑剂？如果是 PA 你选用哪种增塑剂？答：如果是 PP 可选用石油系软化剂，如果是 PA 可选用邻苯二甲酸的二甲酯（） 、二乙酯（DEP） 、二丁酯（DBP）

18、和硫酰胺。21、 什么是橡胶的有效硫化体系，半有效硫化体系？ 答：有效硫化体系：由低硫磺量（0.3-0.5）或部分给硫体与高促进剂（2-4）配合所组成。半有效硫化体系：由硫磺量 0.8-1.5 份体系（或部分给硫体）与常量促进剂组成。22、 说明一下促进剂的酸、碱性（TMTD,M,D,NOBS,DM,CZ）答：酸性促进剂：秋兰姆 TMTD，噻唑类(M,DM)碱性促进剂：胍类 D中性促进剂：次硫化酰胺类 CZ NOBS，第三章 高分子材料的配方设计1、 一个好的高分子制品生产配方应该是（具有很高的性能，具有很低的成本，具有很长的寿命，具有很高的性价比） 。2、 高分子材料的制品设计必须贯彻（实用

19、、高效、经济）的原则，即制品的（实用性强、成型加工工艺性好、生产效率高、成本低） ，可满足人类持续发展的要求。P1003、 已知（表 3-6）聚氯乙烯的配方，若用开炼机进行混合与塑化，每次投料为 15 公斤，请换算为生产配方。P1094、 比较（表 3-3，表 3-4）中各种橡胶配方，说明不同产品，配方有何不同，原因何在？P107-108答：助剂的种类的用量不同，不同的产品所要求达到的性能不同，而且生产工艺流程也有所不同，即使是同一种产品，不同的生产工艺不同都需要不同的配方。5、 比较（表 3-6）中聚氯乙烯配方，说明不同产品，配方有何不同？原因何在？P109答：增塑剂用量和组成不同，热稳定剂

20、组成和用量也不同，填料的用量也不同。不同7产品对性能的要求不同，不同的产品生产工艺也不同，时常经济效益也不一样。6、 说明（表 3-9）中不饱和聚酯树脂的配方实例中各种添加剂的作用。P1117、 计算据对苯二甲酸癸二（醇）酯的 Tg. P1158、 计算聚丙烯酸丁酯的 Tg. P1159、 计算聚正丙醚的 Tm. P11910、 某工厂研制了一种用于修补机械设备的环氧树脂耐磨胶，为了得到耐磨胶的最佳性能，研究人员考察了固化温度、固化时间、胶层厚度对胶的耐磨性能的影响，性能指标以磨损试验机上每磨一转所对应的磨损量表示（磨损率） ，采用（L 827）正交试验表进行试验安排，变量的因子和水平及实验结

21、果如下所示，请进行显著性鉴定，并确定胶黏剂的最佳固化条件。固化温度 A 1=60 A 2=80固化时间 B 1=1.0h B2=3.0h胶层厚度 C 1=1.0mm C2=3.0mm试验结果为：试验号 1 2 3 4 5 6 7 8磨损率（mg/r）3.646 1.125 2.959 1.582 0.897 0.460 0.904 1.433P106 解：正交表：L M（b k）其中，L-正交表的符号；K-因素数；b-每个因素所取的水平数；M-实验次数，可由经验确定，除去某些特例外，一般对于二水平的实验，M=k+1,对于三水平实验，M=b(k-1)未完成第四章 聚合物加工的流变学基础1、写出宾

22、哈流体的流变方程，并简要说明之。（宾哈流体的流动曲线的特征是什么？原因何在？）答： ypy宾哈流体的剪切应力与剪切速率之间也成线性关系。但在流动前存在一个剪切屈服应力。只有当剪切应力高于屈服应力时，宾哈流体才开始流动。2、非牛顿流体的流变行为可用下式表示（式子打不出来）对于假塑性流体，n13、稠度 K 和流动指数 n 与温度有关，稠度 K 随温度的升高而（减少） ，流动指数 n 随温度升高而（增大）84、成型加工中不同的加工方法对应的熔体流动速率不同，通常模压制品的熔体流动速率范围为（1 到 10） ，注射制品的熔体流动速率范围为（100010000）5、写出哈根泊肃叶（Hagen-Poise

23、uille）方程，并说明式中各项的意义。（牛顿流体）4RRv00 pRqr dS= rrd =8L（ ） （ ） 26.（1）离模膨胀定义为（聚合物熔体挤出后的截面积远比口模面积大的现象）（2）如何解释聚合物挤出过程中的离模膨胀？答：三种定性解释：a.取向效应：聚合物熔体流动期间处于高剪切场内，其大分子在流动方向取向，但在口模出口处发生解取向，引起离模膨胀。b弹性变形效应：当聚合物熔体由大直径的料筒进入小直径口模时，产生弹性变形，而在熔体离开口模时，弹性变形获得恢复，从而引起离模膨胀。c正应力效应：由于粘弹性流体的剪切变形，在垂直于剪切方向上引起了正应力的作用，从而发生离模膨胀。（3）如何减少

24、聚合物挤出过程中的离模膨胀？（书上无原话，仅供参考，括号内为对应的影响离模膨胀的因素）答：降低剪切速率。 （当口模的长径比一定时，膨胀比 B随剪切速率增大而增大，直到熔体破裂后 B开始下降。 ）升高温度（在低于临界剪切速率的一定剪切速率下，离模膨胀比 B随温度升高而降低，PVC 除外）减小剪切应力（低于发生熔体破裂的临界剪切应力之下，膨胀比 B随剪切应力的增加而增加。 ）口模直径一定下，增加口模长度（当剪切速率恒定时离模膨胀比 B随口模长径比的增大而降低，在长径比超过某一数值时，B 为常数）加快熔体流动速率（离模捧场随熔体在口模内停留时间呈指数关系地减小）（离模膨胀随聚合物的品种和结构不同而异

25、）（离模膨胀与口模入口的几何结构无关）7.名词解释：（1）入口效应：聚合物熔体在挤出时通过一个狭窄的口模，即使口模很短，也会有很大的压力降的现象。9（2）入口角：（未在书上找到）（3）熔体破裂：当挤出速率升高到一定极限时，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的现象。8.离模膨胀称之为（B）A）Entry Effect（入口效应） B）Barus Effect（巴拉斯效应） C）Melt Fracture（熔体破裂） D）Plug Flow （柱塞流动）9写出幂律流体的基本方程并说明式中各项的意义。 （该方程为非牛顿流体在圆形等截面通道中流动的最重要的基本表

26、达式） nRzv RKLpnrdvq 10 )2(132 n：非牛顿指数 K：稠度 L：圆管长度 R：圆管半径10.牛顿流体在圆管中的速度分布为（抛物线） ，非牛顿流体的流速分布为（柱塞流动） 。第五章 混合1.混合的要素有哪些黏性流体：剪切，分流，位置交换混炼操作：压缩，剪切，分配置换（分布由置换来完成，剪切为进行置换起辅助作用，压缩为提高物料的密度，为提高剪切作用速率起辅助作用）2.分散混合与非分散混合有何不同？（1）非分散混合：在混合中仅增加粒子在混合物中空间分布均匀性而不减小例子初始尺寸。通过对流实现，物料熵增加（2）分散混合：在混合过程中发生粒子尺寸减小到极限值，同时增加相界面和提高

27、混合物组分均匀性的混合过程。靠剪切应力和拉伸应力实现。3.（1）分散混合过程包括哪些物理-机械和化学作用？A把较大的配合剂团聚体和聚合物团块破碎为适合于混合的较小粒子。B在剪切热和传导热的作用下，使聚合物熔融塑化，以降低聚合物相的黏度。C粉状或液状较小粒子组分克服聚合物的内聚能，渗入到聚合物内。D.使较小粒子组分分散，即在剪应力的作用下，把配合剂聚结体或团聚体尺寸减小到形成聚结体之前初始粒子的最小尺寸。E固相最终粒子分布均化，使粒子发生位移，从而提高物料的熵或无规程度、随机性或均匀性。10F聚合物和活性填充剂之间产生力-化学作用，使填充物料形成强化结构。（2）如何证明聚合物和活性填充剂之间产生

28、力-化学作用？书上无答案，参考方法：扫描电镜（观察到填充剂与高聚物有粘连） 、DTA（DSC）（观察填充剂加入后高聚物热力学性质的变化）4.分散混合主要是通过（剪应力）起作用，所以，混合机的设计应引入（高剪切）区，混合分散度取决于混合器内最大有效（剪切速率）和（通过次数）5.聚合物/无机物纳米复合材料最难解决的问题是纳米增强相的分散，请用分散混合的原理分析原因何在？书上无答案，参考答案：分散混合是通过剪切应力作用减小平均粒子尺寸的过程，其大小与粒子或者结块的尺寸有关。小粒子受到的剪切应力小，分散困难，分散速度慢，当粒子或结块的黏度达到某个临界值的时候分散停止。纳米增强相的粒子较小，难以快速有效

29、地分散，故其成为最难解决的问题。6.混合状态的判定。某车间生产炭黑混炼胶，请问如何判断混炼胶的质量（是否混合均匀）？参考答案：（1）直接描述：炭黑的均匀程度（混入物所占物料的比率与理论或总体比率的差异）与分散程度（混合体系中各个混入组分的粒子在混合后的破碎程度） 。（2）间接判定：玻璃化温度是否接近或者单一，测定混炼胶力学性能是否得到足够的增强。7.分布混合设备与分散混合设备的工作原理有何不同？试举例 2 台混合分布设备和分散混合设备。（1）分布混合设备通过对物料的搅动、翻转、推拉作用使物料中各组分发生位置更换，对于熔体则使其产生大的剪切应变和拉伸应变，增大组分的界面面积以及配位作用等达到分布混合（各组分在混合物中浓度趋于均匀）的目的。代表：重力混合器、气动混合器。（2）分散混合设备通过向物料施加剪切力、挤压力而达到分散目的，使混合物中组分粒度减小。8.名词解释（1）塑炼：使弹性生胶变成柔软而具有可塑性的状态的工艺过程。（2）塑解：（找不到，根据已有资料，塑解剂能缩短塑炼时间，减少弹性复原现象，提高塑炼效果，可能是使塑胶在化学作用下使分子链断裂的过程）（3）塑化：使物料在初混合的基础上，在温度和剪切力的作用下熔融，获得剪切混合的作用，驱出其中的水分和挥发物，使各组分的分散更趋均匀，得到具有一定可塑性的均匀物料的过程。