1聚合物主要有哪几种聚集态形式? 玻璃态(结晶态)、高弹态和粘流态
2线性无定形聚合物当加工温度T处于Tb < T T < Tg 玻璃态——适应机械加工;聚合物使用的最低 (下限) 温度为脆化温度Tb Tg T > Tf (Tm) 粘流态(熔体,液态)比Tf略高的温度,为类橡胶流动行为,可进行压延、挤出和吹塑成型。可进行熔融纺丝、注射、挤出、吹塑和贴合等加工 3熔融指数?说明熔融指数与聚合物粘度、分子量和加工流动性的关系, 挤出和注塑成型对材料的熔融指数要求有何不同? 熔融指数(Melt Flow Index) 一定温度(T >Tf 或 Tm)和压力(通常为2.160kg )下,10分钟内从出料孔 (? = 2.095mm ) 挤出的聚合物重量( g∕10 min)。 a评价热塑性聚合物的挤压性; b评价熔体的流动度 (流度 φ= 1/η), 间接反映聚合物的分子量大小; c购买原料的重要参数。 分子量高的聚合物,易缠结,分子间作用力大,分子体积大, 流动阻力较大,熔体粘度大,流动度小,熔融指数低;加工性能较差。 分子量高的聚合物的力学强度和硬度等较高。 分子量较低的聚合物,流动度小,熔体粘度低,熔融指数大,加工流动性好。分子量较低的聚合物的力学强度和硬度等较低 4解释:应变软化;应力硬化;塑性形变及其实质。Tb是塑料使用的下限温度; 应变软化:材料在拉伸时发热,温度升高,以致形变明显加速,并出现形变的细颈现象。 应力硬化:随着取向度的提高,分子间作用力增大,引起聚合物粘度升高,表现出“硬化”倾向,形变也趋于稳定而不再发展。 塑性变形:材料在外力作用下产生不可逆的变形。实质:大分子链的解缠和滑移 随温度升高,屈服强度和断裂强度均下降,两曲线在Tb 相交。T 度低于屈服强度,曲服前材料已断裂;材料因脆性而失去使用价值; 温度在Tb ~Tg ,较大外力作用下,非晶高聚物产生强迫高弹形变,强迫高弹性是塑料具有韧性的原因 5根据线性聚合物塑性拉伸的应力-应变曲线,可获得哪些性能参数? 弹性模量,屈服强度(应力),定伸强度, 抗张强度(应力),断裂伸长率,断裂能 6分析讨论聚集态与成型加工的关系; T< Tg ,玻璃态,链段冻结,自由体积小,内聚力较强,力学强度较大,为坚硬固体;外力作用下,大分子链的键角或键长发生变形,形变小,为可逆普弹形变,弹性模量高;适于机械加工,如车削,锉削,制孔,切螺纹等; Tg T > Tf 粘流态 ,整个大分子运动, 滑移和解缠,外力作用下,主要为不可逆的粘性形变,产生宏观流动,可进行变形大,形状复杂的成型。如熔融纺丝、注射、挤出等。冷却后形变永久保存 7写出线型聚合物的总形变γ公式,画出聚合物在外力作用下的形变-时间曲线, 分析各部分的性质特点; 8画出线性聚合物塑性拉伸的应力-应变曲线,并说明各阶段的应力-应变行为特点 1.直线o—a线段 普弹形变,模量高,由键角和键长拉伸引起,形变很小, ab弯曲,形变加速,由普弹形变向高弹形变转变; 2.屈服点b点,水平曲线,屈服应力σy下,链段逐渐形变和位移,应变增大。 由高弹形变发展为塑性形变 (大分子链解缠和滑移) ; “应变软化”: 拉伸时 材料发热(外力功 → 分子热运动能),温度升高变软,形变加速。 “细颈”现象: 拉应力下,材料形变加速,截面突然变细。 屈服应力下,聚合物中结构单元(链段、大分子和微晶)拉伸取向。 9聚合物加工技术分类及其过程 按材料分类 (1)化学纤维成型加工 熔体纺丝, 溶液纺丝。 (2)塑料成型加工 注塑、挤塑、吹塑、模压、层压、传递模塑、浇铸、旋转成型、涂覆等 。 (3橡胶成型加工 工艺过程包括:塑炼、混炼、压出 (压延) 、成型、硫化等过程 根据加工过程中的物理或化学变化 (1)主要是物理变化 热塑性聚合物:加热软化或熔融 - 施压流动 - 冷却固化; 纤维或薄膜: 拉伸取向以及结晶; (2)主要是化学变化 引发剂或热作用下,单体或低聚物的交联固化反应; (3)兼有物理和化学变化 加热 —流动 , 交联—固化。 热固性塑料的模压、注射和传递模塑成型、橡胶成型、反应挤出等。 10说明粘度对剪切速率和温度的敏感性在成型加工中的应用。 1) 在炼胶、压延、压出和注射成型中,提高剪切速率和温度,聚合物粘度降低,可改善加工流动性。 2)外力解除或流动停止时(材料或半成品停放过程中),降低温度,粘度增大,使半成品有良好的挺性,不易变形。 3) 可根据原材料特性,正确选择加工工艺(剪切速率和温度) PS、PE、PP和PVC等的粘度对剪切速率敏感,通过提高剪切速率可降粘,改善加工流动性。 PS、PC、 PMMA 、CA 、 PET 、PA等的粘度对温度敏感,通过提高加工温度可降粘,改善加工流动性。 POM、PC、PET和PA 的粘度对剪切速率不敏感 4) 加工制品时,合理的加工剪切速率范围应选择在粘度对剪切速率不敏感区域 -1 (400秒~ 600秒-1以上) 11说明压力对熔体粘度的影响机理,压力-温度等效性原理。 增大压力,自由体积减小,大分子间距离缩小,链段活动范围减小,分子间作用力增加,熔体粘度增大。但单纯通过增大压力提高熔体流量不恰当, 过大压力造成功率消耗过大,设备磨损更大。不同聚合物的压缩率不同,粘度对压力的敏感性不同压力从138公斤/厘米2升至173公斤/厘米2 , HDPE和PP的粘度增加4~7倍,PS的粘度增加100倍 压力—温度等效性 加工温度范围, 增加压力或降低温度,可使熔体获得同样的粘度变化。压力增加到1000大气压,等效于降温30~50℃。根据压力-温度等效性原理, 加工中为维持粘度恒定,增加熔体压力的同时,应提高温度 12宾汉流体、牛顿流体、膨胀性流体、假塑性流体、触变性液体,震凝性液体 触变性液体:在恒温和恒定的切变速率下,粘度随时间递减的流体。 震凝性流体:在恒温和恒定的切变速率下,粘度随时间递增的流体。 宾汉流体:与牛顿型流体的流动曲线均为直线,但它不通过原点,只有当剪切应力超过一定屈服应力值之后才开始塑性流动 13比较热塑性聚合物和热固性聚合物在加工过程中的流变行为特点; 分析讨论温度对热固性聚合物流动性的影响 热固性与热塑性聚合物粘度变化的差别
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