答: (1)焦烧期-硫化起步阶段,是指橡胶在硫化开始前的延迟作用时间,在此阶段胶料尚未开始交联,胶料在模型内有良好的流动性。(对于模型硫化制品,胶料的流动、充模必须在此阶段完成,否则就发生焦烧.出现制品花纹不清,缺胶等缺陷。) 意义:焦烧期的长短决定了胶料的焦烧性及操作安全性。这一阶段的长短取决于配合剂 的种类和数量。
(2)欠硫期-预硫阶段,焦烧期以后橡胶开始交联的阶段。在此阶段,随着交联反应 的进行,橡胶的交联程度逐渐增加,并形成网状结构.橡胶的物理机械性能逐渐上升,但尚 未达到预期的水平.但有些性能如抗撕裂性、耐磨性等却优于正硫化阶段时的胶料。 意义:预硫时间的长短反映了硫化反应速度的快慢 (,主要取决于配方)。 (3)正硫期-正硫化阶段,正硫化是胶料的各项性能在一个阶段基本上保持恒定或变 化很少,也称硫化平坦期。
意义:这个阶段橡胶的综合性能最好,是选取正硫化时间的范围。(硫化平坦期的宽窄 取决于:配方、温度等)
(4)过硫期-过硫阶段,橡胶的交联反应达到一定的程度,此时的各项物理机械性能 均达到或接近最佳值,其综合性能最佳。此时交联键发生重排、裂解等反应。 意义:过硫阶段的性能变化情况反映了硫化平坦期的长短,不仅表明了胶料热稳定性的 高低,而且对硫化工艺的安全性及制品硫化质量有直接影响。
11.橡胶制品生产过程中,残余焦烧时间的长短与橡胶制品的类型有什么关系?
答:不同的硫化方法和制品,对焦烧时间的长短亦有不同要求。在硫化模压制品时,总 是希望有较长的焦烧期,使胶料有充分时间在模型内进行流动,而不致使制品出现花纹不清 晰或缺胶等缺陷。在非模型硫化中,则应要求硫化起步应尽可能早一些,因为胶料起步快而 迅速变硬,有利于防止制品因受热变软而发生变形。不过在大多数情况下,仍希望有较长的 焦烧时间以保证操作的安全性。
12.何谓返原性胶料和非返原性胶料?
答:天然橡胶等主链为线形大分子结构,在过硫阶段中断链多于交联,机械性能下降,这种胶料称为返原性胶料;
大部分合成橡胶,如丁苯、丁腈橡胶,在过硫阶段中易产生氧化支化反应和环化结构, 胶料的物理机械性能变化很小,甚至保持恒定,这种胶料称为非返原性胶料。
13.何谓硫化三要素?对硫化三要素控制不当会造成什么后果?
答:硫化三要素是指硫化的压力、温度和时间。 模型硫化时必须施以压力。压力过低,胶料流动性差,不能充满模腔,制品容易产生泡, 胶料不够致密,机械性能下降;但过高压力对橡胶的性能也不利,高压会对橡胶分子链的热 降解有加速作用;对于含纤维织物的胶料,高压会使织物材料的结构被破坏,导致耐屈挠性 能下降。
硫化温度是橡胶发生成化反应的基本条件,它直接影响硫化速度和产品质量。硫化温度 太高,硫化速度太快,胶料刚受热即交联而流动性下降,得不到所需要的产品,且高温易引 起橡胶分子链裂解,乃至发生硫化返原现象,结果导致强伸性能下降;反之,硫化温度低, 硫化速度慢,生产效率低,直至不硫化。
在一定的硫化温度和压力下,橡胶有一最适宜的硫化时间,时间太长则过硫,时间太短 则欠硫,对产品性能都不利。
14.何谓正硫化和正硫化时间?正硫化时间的测定方法有哪几种?各有何特点?
答:正硫化是胶料的各项性能在一个阶段基本上保持恒定或变化很少,也称硫化平坦期。 理论正硫化:从硫化反应动力学原理来说,正硫化应是胶料达到最大交联密度时的硫化状态,正硫化时间应由胶料达到最大交联密度所需的时间来确定比较合理。
工艺正硫化:橡胶处在正硫化时,其物理机械性能或综合性能达到最佳值,预硫或过硫 阶段胶料性能均不好。达到正硫化所需的时间为正硫化时间,而正硫化是一个阶段。在实际 应用中是根据某些主要性能指标(与交联密度成正比)来选择最佳点,确定正硫化时间。 (1)物理机械法麻烦,不经济;
(2)化学法简单、方便,但误差较大,适应性不广,有一定限制,不适于非硫黄硫化的胶料;
(3)专用仪器法 不仅具有方便、精确、经济、快速和重现性好等优点,并且能够连续测定与加工性能和硫化性能等有关的参数而且只需进行一次试验即可得到完整的硫化曲线。
15.某一胶料的硫化温度系数为2,当硫化温度为137℃,测出其硫化时间为80min,若将硫化温度提高到143℃,求该胶料达正硫化所需要的时间?上述胶料的硫化温度时间缩短到60min时,求所选取的硫化温度是多少?
解:依题意已知K=2,T1=137,t1=80,T2=143, 由范特霍夫方程 t1/t2=K(T2-T1)/10得
若将硫化温度提高到143℃时,则有80/t2=2143-137/10=20.6 解得t2=52.8min
若将硫化温度时间缩短到60min, 则有80/60=2T2-137/10 解得T2=141.2℃
∴若将硫化温度提高到143℃,该胶料达正硫化所需时间为52.8min, 若胶料的硫化时间缩短到60min, 硫化温度为141.2℃。
16.某胶料的硫化温度系数为2,在实验室中用试片测定,当硫化温度为143℃时,硫化平坦时间为20---80min,该胶料在140℃下于模型中硫化了70min,问是否达到正硫化?
解:由范特霍夫方程得 t1/t2=KT2-T1/10得 t1/70=2140-143/10
解得t1=56.9min
∵t1=56.9min在硫化平坦时间20---80min范围内 ∴该胶料已达到正硫化
17.绘出增强热固性塑料层压板成型时热压过程五个时期的温度和压力与时间的关系曲线, 并说明各时期的温度和压力在成型中的作用。 答:压制的温度控制一般分为五个阶段
预热阶段:板坯的温度由室温升至树脂开始交联反应的温度,使树脂开始熔化,并进一 步渗入增强材料中,同时排出部分挥发物。此时的压力=最高压力的1/3~1/2。
中间保温阶段:树脂在较低的反应速度下进行交联固化反应,直至溢料不能拉成丝,然 后开始升温升压。
升温阶段:将温度和压力升至最高,加快交联反应。(此时树脂的流动性已下降,高温 高压不会造成胶料流失)
热压保温阶段:在规定的温度和压力下,保持一定时间,使树脂充分交联固化。
冷却阶段:树脂在充分交联后,使温度逐渐降低,进行降温冷却。
第七章习题与思考题
1.挤出机螺杆在结构上为何分段?分段的根据是什么?
答:根据物料在螺杆中的温度、压力、黏度等的变化特征,可将螺杆分为加料段、压缩段、均化段三段。
2.挤出螺杆一般分为哪几段?每段各有什么作用?对于晶态塑料的挤出成型,应选择何种螺杆?其L2 的长度有何特征,为什么?
答:加料段---对料斗送来的塑料进行加热,同时输送到压缩段。塑料在该段始终保持固体状态。
压缩段---对加料段来的料起挤压和剪切作用,同时使物料继续受热,由固体逐渐转变为熔融体,赶走塑料中的空气及其他挥发成分,增大塑料的密度,塑料通过压缩段后,应该成为完全塑化的黏流状态。
均化段---使熔融物料在均化段螺杆和机头回压作用进一步搅拌塑化均匀,并定量定压 地通过机头口模挤出成型。
结晶型聚合物,熔化温度范围很窄,因而压缩段很短,应选择突变型螺杆。
3.什么叫压缩比?挤出机螺杆设计中的压缩比根据什么来确定?
答:螺杆的压缩比是指螺杆加料段第一个螺槽的容积与均化段最后一个螺槽的容积之比,它表示塑料通过螺杆的全过程被压缩的程度。
压缩比的大小取决于挤出塑料的种类和形态,粉状塑料的相对密度小,夹带空气多,其压缩比应大于粒状塑料。另外挤出薄壁制品时,压缩比应比厚壁制品的大。
4.什么是挤出机螺杆的长径比?长径比的大小对塑料挤出成型有什么影响?长径比太大又 会造成什么后果?
答:挤出机螺杆的长径比是指螺杆工作部分的有效长度L 与直径Ds 之比。
L/Ds 大,能发送塑料的温度分布,混合更均匀,并可减少挤出时的逆流和漏流,提高挤出机的生产能力。L/Ds 过小,对塑料的混合和塑化都不利。L/Ds 太大,对热敏性塑料会因受热时间太长而易分解,同时螺杆的自重增加,自由端
挠曲下垂,容易引起料筒和螺杆擦伤,制造和安装都困难,也增大了挤出机的功率消耗。 5.渐变型和突变型螺杆有何区别?它们各适合哪类塑料的挤出?为什么?
答:渐变型螺杆的压缩段较长,为螺杆全长的55%~65%,PVC 挤出成型用螺杆压缩段 甚至达到100%。渐变型螺杆适合无定型塑料的生产,因为无定型塑料的熔融温度范围宽。
突变型螺杆的压缩段较短,为3~5Ds,PA 的挤出成型用螺杆压缩段甚至仅为一个螺距的长度。突变型螺杆适合结晶型塑料的生产,因为结晶型塑料的熔融温度范围很窄。 (所谓渐变型螺杆是指由加料段较深螺槽向均化段较浅螺槽的过渡,是在一个较长的螺杆轴向距离内完成的:而所谓突变型螺杆的上述过渡是在较短的螺杆轴向距离内完成的。)
6.提高挤出机加料段固体输送能力,应对设备采取什么措施?指出其理论依据。
答案要点: 结构角度:1增加螺槽深度; 2 降低物料与螺杆的摩擦系数;3增加物料与料筒的摩擦系数; 4选择适当的螺旋角。
工艺角度:1增加料筒温度(fb ↑);②降低螺杆温度(fs ↓)。
7.塑料在挤出机中的熔化长度的意义是什么?
答:挤出机中从熔化开始到固体床的宽度降到零的总长度称为熔化长度,熔化长度的大小反映了固体的熔化速度,一般熔化速度越高则熔化长度越短。
第八章习题与思考题
1.何谓注射成型,它有何特点?请用框图表示一个完整的注射成型工艺过程。
2.塑料挤出机的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?
3.请从加热效率出发,分析柱塞式注射机上必须使用分流梭的原因。
答:使用分流梭加快了热传导,有利于减少或避免塑料过热而引起的热分解现象。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,是塑料得到进一步的混合塑化,有效提高注塞式注射机的生产量及制品质量。
4.注射机的喷嘴有哪几种类型?各适合何种聚合物材料的注射成型?
5.以柱塞式注射机成型聚丙烯制品时,注射机料筒的加热效率为0.8,如果聚丙烯预热温度50℃,注射料温230℃,注射机的料筒最高温度应控制几度?
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。 答:注射压力与料温是相互制约的,料温高时,注射压力减小;反之,所需注射压力加大。
7.保压在热塑性塑料注射成型过程中的作用是什么?保压应有多少时间?何谓凝封?
答:当注射成型塑料熔体充满模腔后,模具中熔体冷却收缩,继续保持施压状态的柱塞或螺杆,迫使浇口和喷嘴附近的熔体不断补充入模中(补塑),使模腔中的塑料能形成形
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