材料成型加工与工艺学-习题解答(9-10-11)

第八章注射成型2.塑料挤出机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?(p278)注射螺杆与挤出螺杆在结构上有何区别:(a)注射螺杆长径比较小，约在10~15之间。(b)注射螺杆压缩比较小，约在2~5之间。(c)注射螺杆均化段长度较短，但螺槽深度较深，以提高生产率。为了提高塑化量，加料段较长，约为螺杆长度的一半。(d)注射螺杆的头部呈尖头形，与喷嘴能有很好的吻合，以防止物料残存在料筒端部而引起降解。(p221)挤出机螺杆成型作用是对物料的输送、传热塑化塑料及混合均化物料。移动螺杆式注射机的螺杆成型作用是对塑料输送、压实、塑化及传递注射压力。是间歇式操作过程，它对塑料的塑化能力、操作时的压力稳定以及操作连续性等要求没有挤出螺杆严格。3.请从加热效率出发，分析柱塞是注射机上必须使用分流梭的原因?(p278)分流梭的作用是将料筒内流经该处的物料成为薄层，使塑料流体产生分流和收敛流动，以缩短传热导程。既加快了热传导，也有利于减少或避免塑料过热而引起热分解现象。同时塑料熔体分流后，在分流梭与料筒间隙中流速增加，剪切速度增大，从而产生较大的摩擦热，料温升高，黏度下降，使塑料进一步的混合塑化，有效提高柱塞式注射机的生产量及制品质量。6.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。(p298)料温高时注射压力减小；反之，所需的注射压力加大。8.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。(p297)结晶性塑料注射入模具后，将发生向转变，冷却速率将影响塑料的结晶速率。缓冷，即模温高，结晶速率大，有利结晶，能提高制品的密度和结晶度，制品成型收缩性较大，刚度大，大多数力学性能较高，但伸长率和充及强度下降。反过来，骤冷所得制品的结晶度下降，韧性较好。但在骤冷的时不利大分子的松弛过程，分子取向作用和内应力较大。中速冷塑料的结晶和曲性较适中，是用得最多的条件。实际生产中用何种冷却速度，还应按具体的塑料性质和制品的使用性能要求来决定。例如对于结晶速率较小的PET塑料，要求提高其结晶度就应选用较高的模温。10.试述注射成型制品易产生内应力的原因及解决的办法。(p297)结晶性塑料注射入模具后，将发生相转变，冷却速率将影响塑料的结晶速率。在骤冷的时不利大分子的松弛过程，分子取向作用和内应力较大。而无定型塑料注射入模时，不发生相转变，故其内应力产生的机率较低，一般常发生在制作厚制品时，由于其充模和冷却均需较长时间，如果模温过低，会造成制品内外冷却速率不均匀一致，使其内部形成真空泡或收缩，因而引起内应力。解决方法：由于结晶、取向不同，冷却速率不一，易造成应力集中，制品质量不均。可采用热处理（退火处理）方法加以解决。12.简述热固性塑料和橡胶的注射成型原理。热固性塑料注射成型原理(p306):热固性塑料受热成型过程中不仅发生物理状态的变化，而且还发生不可逆的化学变化。热固性塑料的主要组分是线型或稍带支链的低相对分子质量的聚合物，而且聚合物分子链上存在可反应的活性基团。加进料筒内的热固性塑料受热转变为黏流态而成为有一定流动性的熔体，但有可能因化学反应而使黏度变高，甚至交联成固体，当然这需要一定的温度和时间。所以为了便于注射成型能顺利进行，要求成型物料首先在温度相对较低的料筒内预塑化到半熔融状态，在随后的注射充模过程中受到进一步的塑化，在通过喷嘴时必须达到最佳的黏流状态，注入高温模腔后继续加热，物料就通过自身反应基团或反应活性点与加入硬化剂的作用，经一定的时间的交联固化反应，使线型树脂逐渐变成体形结构，反应时放出的低分子物(如氨、水等)必须及时排出，以便反应顺利进行，使模内物料的物理机械性能达到最佳，即可成为制品而脱模。橡胶的注射成型原理(p301):一般经过预热、塑化、注射、保压、硫化、出模等几个过程，这与塑料注射成型工艺相似。第九章压延成型2.压延时，压延机的辊筒为何会产生挠度，对压延质量有何影响?说明对挠度有何补偿方法，并比较其优缺点？(p322)物料在辊筒的间隙受压延时，对辊筒的横向压力，这种企图将辊筒分开的作用力称为分离力，将使两端支撑在轴承上的辊筒产生弹性弯曲，其程度大小以辊筒轴线中央部位偏离原来水平位置的距离表示，称为辊筒的挠度。挠度的产生造成压延制品的厚度不均，其横断面呈中间部位厚两端部分薄的现象，为了克服这种现象，通常采用中高度法、轴交叉法与预应力法来补偿辊筒弹性变形对薄膜横向厚度分布均匀性的影响。中高度如图11—16所示，即把辊筒的工作表面加工成中部直径大，两端直径小的腰鼓型，沿辊筒的长度方向有一定的弧度，中部凸出的高度h称为中高度或凹凸系数。•轴交叉如果将其中一个辊筒的轴线在水平面上稍微偏动—个角度时(铀线仍不相交)，则在相筒中心间隙不变的情况下增大两端的间隙，这就等于辊筒表面有了一定弧度(图)．轴交叉造成的间隙弯曲形状和因分离力所引起的间隙弯曲并非充全一致(图)•预应力这种方法是用机械或液压装置在轴承外端的辊颈上对其施加应力，致使辊筒预先产生弹性变形，共方向正与分离力所引起的变形方向相反．这样，在压延薄膜时，辊筒所受两种变形便会互相抵消。在实际生产中往往把上述三种补偿方式结合使用。3.用四辊压延机压延塑料薄膜时各辊的温度和转速应如何控制？为什么？(p331)在压延操作时，辊筒温度须按T辊III≥T辊VI＞T辊II＞T辊I的方式进行操作。因(a)为了使物料一次贴合辊筒。(b)防止夹入空气而导致薄膜带有气泡。(c)辊III的温度大于或近等于辊IV的温度，使物料通过辊III和辊IV之间隙中，不会包住辊IV，这样有利于薄膜的引离。压延操作时，辊间转速须具有一定的数比并按υ辊III＞υ辊VI＞υ辊II＞υ辊I的方式进行操作。压延机辊筒最适宜的转速主要油压延的物料和制品厚度要求来决定的，一般软质制品压延时转速要高于硬质制品的压延。压延机相邻两辊筒线速度比称为辊筒的速比，压延辊筒具有速比的目的在于：使压延物料依次黏辊，使物料受到剪切，能更好地塑化，还可以使压延物取得一定的延伸和定向作用。4.何谓压延效应？产生原因及减小的方法是什么?(p332)压延效应由于物料在压延过程中，在通过压延辊筒间隙时受到很大的剪切力和一些拉伸应力，因此高聚物大分子会沿着压延方向做定向排列，以致制品在物理机械性能上出现各向异性，这种现象在压延成型中称为压延效应。压延效应的大小受到压延温度、辊筒的转速与速比、辊隙存料量、制品厚度以及物料的性质等因素的影响。物料温度适当提高，可以提高其塑性，加强大分子的热运动，破坏其定向排列，压延效应应可以降低；辊筒的转速与速比增加，压延效应提高，若转速下降，则压延的时间增加，压延效应应可降低；辊隙存料量多，压延效应上升；制品的厚度小，物料受到剪切作用增加，则压延效应英也增加，所以压延制品越薄，质量难以保证，这也是为何薄膜厚度小于0.05mm很少用压延法生产，而多采用挤出吹塑法的原因；物料中采用针状或片状配合剂，易带来较大的压延效应，物料的表现黏度大，压延效应也大，要消除这些因素而产生压延效应，应尽量不使用各向异性的配合剂和提高物料的塑性，压延后缓慢冷却，有利于取向分子松弛，也可降低压延效应，此外引离辊、冷却辊和卷取辊等之间的速比，也对压延效应有影响。第十章二次成型1.简述二次成型的黏弹性原理。利用聚合物推迟高弹形变的松驰时间的温度依赖性，在聚合物玻璃化温度以上的Tf附近，使聚合物半成品（管，中空异型材等）快速变形，然后保持形变，在较短时间内冷却到玻璃化温度或结晶温度以下，使成型物的形变被冻结下来，这就是中空成型的粘弹性原理。2.根据型胚生产特征，中空吹塑成型可分为哪两大类型？请用框图表是这两种成型方法的工艺过程。热胚吹塑与冷胚吹塑。•①一步法：注射型坯一经成型，还在塑性状态模具开启；进入成型的第二阶段，即把芯轴连同型坯迅速送到吹塑模具中，打开压缩空气阀门，经芯轴吹入压缩空气，使还处于熔融状态的型坯吹胀至模腔的形状，在模具内冷却后打开模具，取出制品。•②两步法：型坯的注射与吹塑分开进行4.简述影响双向拉伸薄膜成型的工艺因素。(p348~350)5.塑料片材成型的工艺原理是什么？列出五种具体的方法，说明其成型过程。(p351~p356)6.简述热成型的影响因素。热成型工艺过程包括片材的准备、夹持、加热、成型、冷却、脱模和制品的后处理等，其中加热、成型冷却、脱模是影响质量的主要因素。