材料成型加工与工艺学-习题解答(6)

1.物料的混合有哪三种基本的运动形式?聚合物成型时熔融物料的混合以哪一种运动形式为主?为什么?i.分子扩散ii.涡流扩散iii.体积扩散体积扩散为主,因为他主要是指流体质点、液滴或固体粒子由系统的一个空间位置向另一空间位置的运动,或两种或多种组分在相互占有的空间内发生运动,以期达到各组分的均布.对流混合通过两种机理发生,一种体积对流,另一种层流对流混合,前者通过塞流对物料进行体积重新排列,而不需要物料连续变形,这种重复的重新排列可以是无规的,也可以是有序的.在固体掺混机中混合式无规的,而在静态混合机的混合则是有序的.而层流对流混合是通过层流而使物料变形,它发生在熔体之间的混合,在固体粒子之间的混合不会发生层流混合.层流混合中,物料要受到剪切、伸长(拉伸)和挤压(捏合).分子扩散主要在与低分子的混合.在浓度梯度驱使下，各组分自发地由浓度较大的区域迁移到浓度较小的区域从而达到各处组分均化的一种扩散形式。分子扩散在气体和低粘度液体中占支配地位。在固体与固体间，分子扩散作用是很小的。在聚合物加工中，熔体与熔体间分子扩散极慢，无实际意义。但若参与混合的组分之一是低分子物质,则分子扩散可能是一个重要因素。涡流扩散主要会造成聚合物的黏度提高导致混合时施予聚合物的剪切力要上升,容易导致聚合物降解.由系统内产生的紊流而实现的一种扩散形式。在聚合物加工中粘度高,而且要实现紊流，熔体的速度必须很高，势必使熔体发生破裂，也会造成聚合物的降解，故很少发生涡旋扩散。2.什么是”非分散混合”,什么是”分散混合”,两者各主要通过何种物料运动和混合操作来实现?Page154非分散均匀的定义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尺寸的过程称为非分散均匀或简单混合。主要通过对流方式来实现的,可以通过塞流和不需要物料连续变形便发生简单的体积重排和置换来达到混合。分散混合的定义:将呈现出屈服点的物料混合在一起时,要将它们分散开来，使结块和液滴破裂。这种混合为分散混合。分散混合的目的是把少组分的固体颗粒和液相滴分散开来，成为最终粒子或允许的更小颗粒或滴，并均匀地分布到多组分中。涉及少组分在变形粘性流体中的破裂问题。这是靠强迫混合物通过窄间隙而形成的高剪切区来完成的。对固体结块来说，当剪切对其形成的粘性拖曳在结块内产生的应力超过某个临界值时，结块就破裂。图：分散混合时，发生的主要机械现象和流变现象示意图Ⅰ-使聚合物和添加剂粉碎Ⅱ-使粒状和粉粒状固体添加剂渗入聚合物中Ⅲ-分散Ⅳ-分布均化1-聚合物2，3-任何粒状和粉状固体添加剂3.为什么评定固体物料的混合状态时不仅要比较取样中各组分的比率与总体比率的差异大小而且还要考察混合料的分散程度?Page156~158混合状态的判定，有直接描述和间接描述两种方法。直接描述法:该法是直接对混合物取样，对其混合状态进行检验，观察混合物形态结构、各组分微粒的大小及分布情形。常用的检测分析方法可以是视觉观察法、聚团计算法、光学显微镜法和电子显微镜法以及光电法。1.均匀程度指混得匀不匀，浓度变化大小如何，即分散相浓度分布是否均匀。2.分散程度是指被分散物质的破碎程度如何。破碎程度大，粒径小，其分散度就高；反之，粒径大，破碎度小，则分散得不好。间接描述法:是指不检查混合物各组分的混合状态，而是检测与混合物的混合状态密切相关的制品或试样的物理性能、力学性能和化学性能等，间接地判断多组分体系的混合状态。4.温度对生胶塑炼有何影响?为什么橡胶在115℃时塑炼效果最差?Page167随着温度升高,生胶黏度下降,塑炼时受到的作用力较小,因而塑炼效果降低.在高温塑炼时(110度以上),虽然受到机械作用力下降,但由于热和氧的自动催化氧化破坏作用随着温度升高而集剧增大,大大加快了橡胶大分子的氧化降解速度,塑炼效果也迅速增大.6.何谓橡胶的混炼?用开炼机和密炼机分别进行混炼时应控制的工艺条件有哪些?有何影响?将塑炼后的生胶和配合剂混合均匀的过程。Page171~173在橡胶工业中，最常用的塑炼方法有机械塑炼法和化学塑炼法。机械塑炼法所用的主要设备是开放式炼胶机、密闭式炼胶机和螺杆塑炼机。化学塑炼法是在机械塑炼过程中加入化学药品来提高塑炼效果的方法。开炼机塑炼时温度一般在80℃以下，属于低温机械混炼方法。密炼机和螺杆混炼机的排胶温度在120℃以上，甚至高达160-180℃，属于高温机械混炼。几种胶的塑炼特性：天然橡胶用开炼机塑炼时，辊筒温度为30-40℃，时间约为15-20min；采用密炼机塑炼当温度达到120℃以上时，时间约为3-5min。丁苯橡胶的门尼粘度多在35-60之间，因此，丁苯橡胶也可不用塑炼，但是经过塑炼后可以提高配合机的分散性顺丁橡胶具有冷流性，缺乏塑炼效果。顺丁胶的门尼粘度较低，可不用塑炼。氯丁橡胶得塑性大，塑炼前可薄通3-5次，薄通温度在30-40℃。乙丙橡胶的分子主链是饱和结构，塑炼难以引起分子的裂解，因此要选择门尼粘度低的品种而不用塑炼。丁腈橡胶可塑度小，韧性大，塑炼时生热大。开炼时要采用低温40℃以下、小辊距、低容量以及分段塑炼，这样可以收到较好的效果。7.何谓胶料混炼过程中产生的结合橡胶?生胶在塑炼时橡胶的大分子断链生成自由基，这种情况在混炼时同样会发生。在混炼过程中，橡胶分子断链生成大分子自由基可以与炭黑粒子表面的活性部位结合，也可以与炭黑聚集体在混炼时被搓开所产生的具有较高活性的新生面结合，或者已与炭黑结合的橡胶又通过缠结或交联结合更多的橡胶，形成一种不溶于橡胶溶剂的的产物(结合橡胶)。11.塑料的塑化与橡胶的塑炼两者的目的和原理有何异同?塑料的塑化:是使物料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，是分散混合过程。橡胶的塑炼:强迫生胶反复通过两个转速不同的滚筒之间的间隙，使之在强剪切力作用下长分子链被切断，相对分子量减小，降低生胶的弹性，从而流动性增加（即可塑性增加）的工艺过程，使橡胶与配合剂在混炼过程中易于混合分散均匀，此外使得制得的胶料质量也均匀一致。