成型原理课堂思考题final

第一章绪论1-1通用高分子材料主要有哪几大类？P1纤维、塑料、橡胶、胶黏剂、涂料。1-2“高分子材料加工”和“高分子合成”的主要区别是什么？高分子材料加工：经过加工，材料化学成分基本不变，而形状或状态有所变化。即：原料和产品都是高分子，形状性质等发生变化，化学性质基本不变。高分子合成：采用气态、液态或固态的各种低分子原料经过一定途径得到化学上不同于原材料的过程。即：原料为低分子，产物为高分子，化学性质发生变化。1-3讲出两种高性能纤维的名字？P5碳纤维、高强高模聚乙烯UHMWPE、陶瓷高性能纤维、芳纶。1-4判断：经过加工过程，高分子材料在物理上处于和原材料相同的状态。（X）原因：加工过程中化学状态不变，物理性质发生变化。1-5选择：高强高模聚乙烯纤维材料和Lyocell纤维材料分别属于________A.生态高分子材料和智能高分子材料B.智能高分子材料和功能高分子材料C.高性能高分子材料和生态高分子材料D.功能高分子材料和高性能高分子材料新型高分子材料的主要种类：——及对应的常见物质1.高性能高分子材料（1）特种工程塑料（高性能塑料）（2）特种合成橡胶（3）高性能纤维：高强高模合成纤维及其他特种合成纤维①碳纤维：纤维素基碳纤维（洲际导弹关键部位唯一的特种耐烧灼部位材料之一）、聚丙烯腈基碳纤维、碳沥青基碳纤维②高弹高模聚乙烯：防弹服、防割手套③芳纶：航空、消防服、卫星对接2.功能高分子材料（1）结构型（2）复合型——从组成和结构上分类3.智能高分子材料（1）人造肌肉（2）高分子凝胶（3）形状记忆合金4.生态高分子材料（1）Lyocell纤维（2）聚乳酸纤维（PLA）5.复合高分子材料6.低维高分子材料7.仿生高分子材料第二章聚合物流体的制备2-1聚合物熔融有几类主要方法？——分别对应不同聚合物P17-18（1）无熔体移走的传导熔融，如滚塑过程（2）有强制熔体移走（由拖曳或压力引起）的传导熔融，如螺杆挤出机的熔融挤出过程（3）压缩熔融（4）耗散混合熔融，如双辊开炼（5）利用电、化学或其他能源的耗散熔融方法（6）振动诱导挤出熔融——不要求2-2聚合物在螺杆挤出机中的熔融属于哪种熔融方法？其热量来源有几种？聚合物在螺杆挤出机中的熔融属于有强制熔体移走的传导熔融，其热量来源有机筒外壁的加热器所产生的传导热和由剪切产生的剪切热两种。2-3填空：聚合物的溶解过程可分为溶胀和溶解两个阶段，未经修正的“溶度参数相近原则”适用于估计非极性溶剂与非极性聚合物体系的互溶性。溶胀：溶剂分子渗入到聚合物的内部，使聚合物体积膨胀溶解：高分子均匀分散到溶剂中，形成完全溶解的分子分散的均相体系2-4具有UCST的聚合物-溶剂体系由不相溶转变为互溶的方法有哪些？P34（1）在恒温下改变聚合物-溶剂体系的组成（2）升高温度，使之超出相图中的不互溶区域（3）改变溶剂的组成，使聚合物能溶解为某一浓度的浓溶液2-5粘胶纤维生产中，为使纤维素黄酸酯在NaOH水体系中的溶解度提高，应如何控制温度？P34纤维素黄酸酯-氢氧化钠水溶液体系为具有下临界混溶温度即具有LCST的体系。随着温度的下降，有利于纤维素黄酸酯溶解度提高。实际生产中：纤维素黄酸酯的溶解过程通常在低温下（一般5-15℃）进行。作业题请阐述选择聚合物溶剂的几种实用方法及其适用范围P24（1）根据极性相近规律，即极性的聚合物易溶于极性溶剂，非极性的聚合物易溶于非极性或弱极性溶剂的规律来初步选择溶剂。（2）根据溶度参数理论，按照溶剂与聚合物的内聚能密度或溶度参数尽可能接近的规则来选择溶剂。①对于非极性分子体系（即非极性聚合物与非极性溶剂体系），可直接利用该规则选择溶剂。一般而言，所选溶剂与聚合物间的溶度参数之差绝对值应小于1.7-2.0。②非极性混合溶剂的选择一般也可利用该方法。其中，混合溶剂的溶度参数mix在混合前后无体积变化时可按计算。（其中xi—i(i=1,2)为组分的摩尔数，vi—摩尔体积，i—溶度参数）③对于极性分子或易形成氢键的体系，必须对溶度参数理论修正。应利用三维溶度参数(d,p,h)，由聚合物的三维溶度参数为球心通过做三维溶度参数图来预测选择溶剂。该方法对非极性聚合物/溶剂体系和极性聚合物/溶剂体系均适用。（3）根据高分子-溶剂相互作用参数（哈金斯参数）1来半定量地判断溶剂对聚合物的溶解性。一般而言，10.5为良溶剂。课堂思考题：为什么纤维素材料的加工不能采用先熔融再成型的方法？纤维素大分子中含有大量的-OH基团，由于氢键的作用，使大分子间作用力较大，这将导致熔融热焓△H较大。另一方面，纤维素大分子中存在环状结构，使分子链刚性较大，导致熔融熵变△S较小。这两方面的原因使得熔融纤维素的温度（△H/△S）将变得较高，而纤维素的分解温度又相对较低。因此当加热纤维素至一定温度时，会出现纤维素未开始熔融就已被分解的现象。因此纤维素材料的加工不能采用先熔融再成型的方法。第三章混合3-1按混合形式分，混合可以分为哪几类？各有什么特点？混合可分为分散混合和非分散混合。分散混合：即有粒度的变化，又有位置的变化。非分散混合：位置变化，粒度不变。3-2按照Brodkey混合理论，混合涉及到扩散的哪几种基本运动形式？在聚合物加工中，以哪种形式为主？混合涉及扩散的三种基本运动形式：（1）分子扩散。在聚合物加工中，熔体与熔体间分子扩散可以忽略。（2）涡旋扩散/絮流扩散。在聚合物加工中，很少发生涡旋扩散。（3）体积扩散/对流混合。体积扩散占主导地位。在聚合物加工中，以体积扩散为主。3-3混合过程中发生的主要作用包括哪些？（1）剪切（2）分流、合并和置换（3）挤压(压缩)（4）拉伸（5）聚集3-4判断：将低粘度的少组分混合到高粘度的多组分中比将高粘度的少组分混合到低粘度的多组分中更困难。（X）分析：高粘度的少组分混合到低粘度的多组分中比较困难低粘度的少组分混合到高粘度的多组分中比较容易3-5分散混合过程是通过哪些物理-力学和化学作用来实现的？P61-4-(2)（1）大块固体添加剂破碎为较小的粒子（2）聚合物熔融塑化（3）较小粒子渗入到聚合物内（4）较小粒子减小粒径至最终粒子（5）最终粒子产生分布混合（6）聚合物和活性添加剂之间产生力-化学作用第四章聚合物流体的流变性4-1判断：剪切流动流体质点的运动速度仅沿着与流动方向垂直的方向发生变化。(√)P64原因：剪切流动：流体质点的运动速度仅沿着与流动方向垂直的方向发生变化。拉伸流动：流体质点的运动速度仅沿着与流动方向一致的方向发生变化。4-2聚合物熔体切力变稀的可能原因有哪些？P71熔体：（1）（2）（1）大分子链间缠结点的解除拟网络结构理论：聚合物流体中的缠结点具有瞬变性,可不断拆散和重建，并在某一特定条件下达到动态平衡，因此，此种流体可看成瞬变网络体系。剪切速率增加，缠结点浓度下降，导致表观粘度a下降。（2）大分子链段取向效应剪切速率上升，链段取向增加，流层间牵拽力下降，导致表观黏度a下降。作业题聚合物流体切力变稀的可能原因有哪些？P71流体：（1）（2）（3）（1）大分子链间缠结点的解除剪切速率增加，缠结点浓度下降，导致表观粘度a下降。（2）大分子链段取向效应剪切速率上升，链段取向增加，流层间牵拽力下降，导致表观黏度a下降。（3）大分子链的脱溶剂化(浓溶液情况)聚合物浓溶液的剪切应力σ上升，脱溶剂化上升，大分子链有效尺寸下降，导致表观黏度a下降。4-3判断：切力变稀流体的极限牛顿粘度大于其零切粘度。（X）原因：切力变稀流体：零切粘度极限牛顿粘度不同黏度的定义：表观粘度a：聚合物流体剪切应力12与剪切速率的比值12/称为表观黏度a，非牛顿流体的表观黏度随剪切速率而变。112naK零切粘度0：在流动曲线中，聚合物流体在→0时的流动是牛顿型的，对应的表观黏度a与无关且趋于常数，称为零切黏度0。极限牛顿粘度：在流动曲线中，聚合物流体在较大时的流动通常为非牛顿型的，提高剪切速率即→时，流体表现为牛顿流动，相应的表观黏度a与剪切速率无关，称为极限牛顿粘度。拉伸粘度：用来表示流体对拉伸流动的阻力。在稳态简单拉伸流动中，拉伸粘度可表示为11e。其中11为聚合物横截面上的拉伸应力；为拉伸应变速率。结构粘度指数△：结构黏度指数定义为：22/110lgdda，该值可用以表征聚合物浓溶液结构化的程度。4-4判断：切力变稀流体的lgσ-lg/log(应力)-log（剪切速率）曲线的斜率即为非牛顿指数n。（√）流体流动行为的表征：幂律定律σ12=Kn=algσ12=lgK+nlglgσ12=lga+lg——注意是lgσ12与谁的曲线112anKlga=lgK+(n-1)lg各种流体的流动曲线其中K为黏度系数（Pa·s），n为非牛顿指数，表征流体偏离牛顿型流动的程度。n值偏离整数1越远，非牛顿性越强。n1假塑性(切力变稀)n=1牛顿流n1胀流性(切力增稠)lgσ12=lgK+nlglga=lgK+(n-1)lg切力变稀流体的流动曲线4-5当聚合物相对分子质量及其分布、浓度、温度变大或变高时，对应聚合物流体的剪切粘度一般是增大还是减小？相对分子质量↑：剪切粘度↑相对分子质量分布↑：剪切粘度↓溶液浓度↑：剪切粘度↑温度↑：剪切粘度↓其他影响因素：增塑剂↑：剪切粘度↓固体填料↑：剪切粘度↑流体静压↑：剪切粘度↑剪切速率↑：剪切粘度↓总结：八个因素：各因素对聚合物体系剪切粘度的影响示意图上升：压力，平均分子量，固体填料，溶液浓度1-温度2-压力3-平均分子量4-填料5-增塑剂下降：温度，增塑剂，剪切速率，分子量分布或添加剂6-7-溶液浓度8-分子量分布思考切入点：①聚合物流体内的自由体积大小：自由体积增加，大分子运动增加，黏性下降②大分子链之间缠结程度：缠结作用下降，大分子运动上升，黏性下降+样卷中四.1的：试述聚合物分子结构对聚合物流体剪切粘性的影响。4-6影响聚合物流体拉伸粘度的因素主要有哪些？（1）拉伸应变速率：关系较复杂（2）温度：聚合物流体的拉伸黏度随温度的提高而降低（3）相对分子质量及其分布：聚合物的相对分子质量越大，拉伸黏度越大；相对分子质量分布与拉伸黏度关系规律不一致（4）混合：关系较复杂4-7聚合物流体弹性主要是由体系内能变化所致的么？不是。既有内能变化的贡献，又有构象变化的贡献（熵弹性）。4-8当聚合物相对分子质量及其分布、溶液浓度、温度、剪切速率、口模长径比变大或变高时，对应聚合物流体的弹性一般是增大还是减小？P97-100相对分子质量↑：弹性↑相对分子质量分布↑：弹性↑溶液浓度↑：弹性↑温度↑：弹性↓剪切速率↑：弹性↑口模长径比V/D↑：弹性↓混合对弹性的影响：当加入固体填料时，添加量增加，体系弹性降低。4-9填空：聚合物流体流过直径为D、长度为L的圆形口模时，若测定出的口模两端压力将为△p，则圆形口模壁处（距圆形口模轴心D/2处）的剪切应力（σ12）w为D△p/4L。若考虑末端效应，该值将变小。聚合物流体在圆形管道中的流动：P104剪切应力基本式：流动线速度基本式：其中r=0：管道轴心处r=R：管壁处入口效应与末端修正P109-111入口效应：被挤出的聚合物熔体通过一个狭窄的口模，即使口模很短，也会有很大的压力降。压力降：△P=△Pen+△Pc+△Pexit其中△Pen为流体从毛细管前的大直径积液区进入毛细孔的入口压力降，△Pc为流经整个毛细孔的粘性损失压力降，△Pexit为流体出毛细孔时还保留的出口压力降。末端修正：由于实际剪切应力的减小与毛细孔有效长度的延长是等效的，可假想一段管长（虚拟长度为(nen+nexit)R）加到毛细孔的长度L上，即经毛细孔长度修正后：其中末端修正系数：ncor=nen+nexit，包括入口和出口修正两部分常规规律：流量↑剪切速率↑管直径↓剪切速率↑管长↑压力降↓4-10实际生活中，若原料性质及喷丝板尺寸已固定，可通过调整哪些