高分子材料成型加工基础复习提纲 高分子材料成型加工基础复习

高分子材料成型加工基础复习提纲

绪论及第一章:混合与混炼

1、聚合物加工：高聚物的成型加工，通常是在一定的温度下使弹性固体、固体粉状或粒状、糊状或溶液

状态的高分子化合物变性或熔融，经过模具或口型流道的压塑，形成所需的形状，在形状形成的过程中有的材料会发生化学变化（如交联，最终得到能保持所取得形状的制品的工艺过程。P5

2、聚合物的加工工艺过程一般可以分为混炼、成型、后加工等三大部分。P5

3、混合混炼的目的：为获得综合性能优异的聚合物材料，除继续研制合成新型聚合物外，通过混合、混

炼方法对聚合物的共混改性已成为发展聚合物材料的一种卓有成效的途径。P7

4、共混的方法：a 机械共混法 b 液体共混法 c 共聚—共混法 d 互穿网络聚合物IPN 制备技术P7

5、共聚物的均匀性是指被分散的物在共混体中浓度分布的均一性，或者说分散相浓度分布的变化大小。

6、共聚物的分散程度是指被分散的物质（如橡胶中掺混部分塑料）破碎程度如何，或者说分散相在共混

体中的破碎程度。 P11

7、常见的共混体系有：a固体 / 固体混合、b液体 / 液体混合、c固体 / 液体混合。 P20

8、混炼三要素及其作用：a压缩；物料在承受剪切前先经受压缩，使物料的密度增加，这样剪切时，剪

切力作用大，可提高剪切效率，同时当物料被压缩时，物料内部会发生流动，产生由于压缩引起的流动剪切 b剪切剪切的作用是把高粘度分散相的粒子或凝聚体分散于其它的分散介质中 c分配置换分布由置换来完成。 P22

9、混合与混炼设备根据操作方式分为间歇式和连续式两大类。P25

10、常见初混合设备概念及类型：初混合设备是指物料在非熔融状态下（粉料、粒料、液体添加剂）进

行混合所用的设备。常用的典型初混合设备有 a 转鼓式混合机 b 螺带混合机 c Z 型捏合机 d 高速混合机p25-28

11、混炼和塑化的概念及它们的区别：将各种配合剂混入并均匀分散在橡胶中的过程叫混炼；将各种配

合剂混入并均匀分散在塑料熔体中的过程叫塑化。区别：处理的对象不同 P29

12、常用混炼设备：开炼机、密炼机、螺杆挤出机P29

13、初混合设备与混炼设备有什么区别：初混合设备主要是为了提高共混物的均匀性，混炼设备则是用

作提高共混物的分散程度

14、塑炼的概念以及作用：为了便于橡胶材料的混炼加工，通常需要在一定条件下，对其进行加工处理，

使橡胶材料由强韧的弹性状态转变为柔软的可塑性状态，这种使弹性材料增加可塑性（流动性）的工艺过程称为塑炼。生胶塑炼的目的是降低生胶的弹性，使生胶获得一定的可塑性和流动性，使之适合于各种工艺操作。同时还要使生胶的的塑性均匀性一致，以便制得质量均一的胶料。 P44

15、影响塑炼的5个因素：机械力作用、氧的作用、温度的作用、静电的作用，化学降解剂的作用。 P46

16、（重点）塑料的混合与塑化的区别：混合包括简单混合与分散混合，一般是借助扩散、对流和剪切三种作用来实现，塑料的混合形成初混物，初混物主要是通过简单的混合而达到各组分的均一，混合一般在树脂的熔点下进行，主要借助搅拌作用完成，如有液体组分则有互溶渗透的扩散作用。塑化是在聚合物的流动温度以上和较高的剪切速率下进行的，塑化形成的塑化料一般在初混物的基础上，为了改变初混物的性状，经熔融、剪切混合而得到均匀的塑性料。在这些条件下，可能会使聚合物大分子发生热降解、力降解、氧化降解以及分子取向作用等。P50

17、开炼机混炼过程的三个阶段以及各阶段要求的物料状态：a 包辊 生胶在辊上的行为会出现四种状态，正常的状态是生胶加入辊距后就紧包在前辊而形成光滑无隙的包辊胶。b 吃粉 使辊距上端保持适当的堆积胶是吃粉的必要条件 当堆积胶适当时，在辊筒上方折叠形成波纹状，并不断翻转和更替，这时配合剂进入波纹状部分，被带入辊距，并在辊距间受到剪切力作用被搓进橡胶中，产生有效的混炼作用。c 翻炼 胶层厚度剩下的1/3无法在吃粉阶段擦入，需用翻炼的方法使胶料混合均匀。 P53

18、塑料的初混合工艺一般是指聚合物与各种粉状、粒状或液体配合剂（或称助剂）的简单混合工艺。 P57

19、塑料的塑化工艺是借助加热和剪切作用是物料溶化、剪切变形、进一步混合，使树脂及各种配合剂 组分分散均匀。 P58

第二章、挤出成型

1、挤出成型的概念：指用机械运动施加压力迫使高分子流体通过成型装（机头、口模）而成为具有恒定 截面的连续型材的一种成型方法。 P61

2、挤出成型设备的组成包括 A 主机 ①挤压系统、②传动系统、③加热冷却系统 B 副机 包括鸡头（口模）、 定型装置、 冷却装置、 牵引装置、 切割装置、 堆放或卷取装置 C 控制系统 P63

3、挤出理论：加料段的固体输送理论、压缩段的熔融理论、均化段的熔体输送理论

4、普通挤出机螺杆都可以分成三个不同的结构区段称为：加料段 —— 进行高分子物料的固体输送；压 缩段 —— 压缩物料，并使物料熔融；计量段 —— 对熔融物料进行搅拌和混合（因而也成为均化 段 ） ，并定量定压地将熔体向口模输送。P68

5、物料在基础过程中，根据它的运动和状态变化情况，分为三个区域： 固体输送去 —— 物料温度较 低 ，故呈固体状态，物料逐渐被压实，并向前输；熔融区 —— 料温达到熔融温度，逐渐熔融变成 粘流液体 ； 熔体输送区 —— 已熔融的流体沿螺杆进行搅拌和混合，同时定量定压的输送。P69

6、普通螺杆参数 螺杆直径D 、长径比L/D 、螺槽深度1H 和3H 、螺距S 、螺槽轴向宽度B 、螺纹头数i 、螺棱轴向宽度e p69

重点7、固体输送速率 )()('

112e W W tg tg tg tg h D h n D Q b b b b ++?-???=θθθθπ P72公式(2--10a b) 重点8、对固体输送理论方程中某些因素的讨论 P73-77

（1）输送角 输送角θ是螺杆结构参数、摩擦因数以及压力这些因素的函数，当θ=0时，Q=0.为了提高固体输送率Q ，就要尽量增大输送角θ。

（2）摩擦因数 f

控制固体塞的摩擦因素，使它与螺杆的摩擦因素s f 减小，与机筒的摩擦因素b f 增加，则可以提高固体输送率。在实际生产中，控制摩擦因素有如下方法：（a ）控制螺杆与机筒的表面加工：常见办法是将螺杆表面加工光洁度尽量提高以减小s f ，同时在机筒表面开设纵向沟槽，以增加b f 。（b ）控制螺杆与机筒的温度：随着金属温度的增加，摩擦因素也增加，达到极大值后又逐渐下降，不宜使物料温度太高，否则会降低速率。

（3）螺纹升角?

从（2-9b ）可知，当其他条件相同时，当b b

tg tg tg tg θθθθ+?，固体输送率Q 将达到最大，最佳螺旋角随摩擦因素

的降低而增加，对大多数聚合物来说，s f 一般在0.25~0.5范围内，因而最佳螺纹升角正好在017~020之 间，一般设计总是使螺杆外径与螺距相等，这时?='04117，恰好符合最佳螺旋角的要求。

（4）物料压力

初始压力0p 决定于料斗的几何尺寸、形状及固体物料性质等。

9、均化段的熔体输送理论 挤出机的工作点：螺杆特性线AB 与口模特性线1OK 的交点C ，称为挤出机的工作点。P104 图2-27

重点10、均化段的生产率公式 P103（2-49abc 2-60 2-61）

3

232231333221012sin 2cos sin L p e tg D L p h D h n D Q ?????-????-?????=η?δπη?π??π （2-61） 11、均化段生产率公式的讨论：分析方程（2-61），可以了解螺杆主要结构参数和操作条件对均化段生产 率的影响 （老师说好好看） P105

a 、机头压力p 与生产率的关系 由（2-61）可知，d Q 与压力无关，而L p Q Q 与都与p 成正比，因而生产率Q 将随P 上升而下降

b 、转速n 与生产率的关系 Q 与n 成正比关系，但当n 增大到一定值时，生产率上升也会明显变慢

c 、均化段螺槽深度3h 对生产率的影响 3h 对生产率的影响Q 是双重的，

d Q 正比于3h 的一次方，p Q 却正比于3h 的的三次方。因此在选择螺杆时，要注意和机头的配合使用：低阻力机头选用深螺槽螺杆，而高阻力机头，则宜选用浅螺槽螺杆。

d 、计量段长度3L 的影响 当3L 增加时，p Q L Q 成正比地减少，显然对正流流量d Q 无影响，因此生产率是上升的。

e 、螺纹升角? 对生产率的影响是复杂的，当其他条件一定时，当?=030时，挤出机的生产率最大。

12、普通螺杆主要形式：P112

a 等距变深螺杆（等距渐变螺杆、等距突变螺杆 ） 加工制造容易，成本低，物料与机筒接触面积大，从外加热机筒上吸收热量多，有利于固体物料的熔融，并能均匀的压缩塑化物料，加料段的第一个螺槽深度大，有利于进料。缺点是不能用于渐变大的小直径螺杆结构上，否则螺杆强度受到影响这种突变螺杆目前很少使用。

b 、等深变距螺杆 螺槽深度不变，螺距从加料段第一个螺槽开始，至均化段末端是从宽逐渐变窄，主要用于橡胶加工中，优点是能使螺杆保持足够的强度，而进料能力强，胶料的塑化也较均匀，不易产生焦烧现象，但加工复杂。

C 、变深变距螺杆 可使物料得到最大的压缩，但是机械加工复杂，在一般情况下很少采用。

13、普通螺杆的主要参数及选择： a. 螺杆直径 D 、 b. 长径比 L/D 和螺杆分段、 c. 均化段的螺槽 深度 h 3 、压缩比ε和加料段螺槽深度 h 1 、 d. 螺纹导程 t 、螺旋升角 ? 和螺纹头数 i 、 e. 螺纹断面形状和螺杆头部结构。 详细见书 p114-119

14、双螺杆的优点 专用推力轴承解决了在两根螺杆间较小空间内轴承轴向和径向都具有较强的承载能 力问题，使得双螺杆挤出机在机械结构上非常可靠。由于双螺杆挤出机还被设计成许多特殊结构的 元件，可以任意组合和更换，所以特别适合一些特种聚合物的加工。P137

15、挤出物膨胀及其产生原因 ：聚合物固体固有的弹性是挤出物离开模口时膨胀的原因，这表现聚合物熔体在模内所受形变的弹性回复。膨胀量的大小取决于物料的特性。 P159

16、模内流动不稳定性及其产生原因：表现有a鲨鱼皮现象，当挤出物离开模口时，挤出物表面层的流动速度增加，形成对聚合物表层的拉伸，拉伸速度率过高，表皮无法承受，形成外观上的鲨鱼皮状的纹理，消除方法有降低基础速度，提高口模定型段温度，降低挤出机螺杆转速等b、熔体破裂熔体破裂是挤出物的严重畸变，有许多不同形式：螺旋状、竹节状、有规则微波状、无规则破裂等。破裂机理为入口区的临街弹性形变，临街弹性应变，模内的滑粘流动。这个问题可以通过模头流道流线化，提高莫口定型区的温度，螺杆在低速率下运转，降低分子量或聚合物熔体粘度，增大出口流道的横截面积，或采用外润滑剂等加以缓解。 P160

17、加工结晶性聚合物需注意什么及热处理的目的：热处理（退火）的工艺环节在挤出成型许多结晶型

聚合物制成的产品比比皆是，热处理使结晶聚合物的结晶趋于完善（结晶度增加），不稳定结构转变为稳定结构，晶粒尺寸的长大和晶片厚度的增加，材料熔点提高。热处理也有利于大分子的解取向和对制品冻结应力的消除。

18、为什么出现聚合物分子取向，对制品有何影响？ P163

流动取向：聚合物熔体在圆管中流动时，中心处流动速率最大，壁处为零，圆管界面上各点的速度分布为抛物线，这样的速度分布使聚合物分子和其中的填料不得不定向排列，否则，细而长的但愿势必在不同的速度下被拉断。由于定向以及因定向而使分子链间吸引力增加的结果，拉伸并经迅速冷却至室温后的制品在拉伸方向上的拉伸强度、抗蠕变等性能就会有很大的提高。拉伸比和拉伸速度一定时，拉伸温度越低，取向程度越高；拉伸比和拉伸温度一定时，拉伸速度越高，取向程度越高；拉伸速度和拉伸温度一定时，拉伸比越高，取向程度越高；取向程度越高拉伸强度越高。

19、工艺流程图。（重点 PVC) P174 、 P176 、 P204 、 P208

第三章、注射成型

1、注射成型是将固体聚合物材料（粒料或粉料）加热塑化成熔融体，在高压作用下，高速注射入模具中，

赋予熔体模腔的形状，经冷却（对于热塑性塑料）、加热交联（热固性塑料）或热压硫化（橡胶）而使聚合物成型的过程。注射成型又叫注塑成型。P219

2 、注射成型过程：一个注射成型过程称之为一个工作循环周期，该循环周期由合模算起，依次为注射、

保压、螺杆预塑化和制品冷却、开模、顶出制品、再合模。图 3-2 P220

3 、注射机一般由注射系统、合模系统、液压传动和电气控制系统四部分组成。 P220

4 、注射机的注射系统主要有一下三个作用：塑化——能在规定的时间内将规定数量的物料均匀的熔

融塑化，并达到流动状态；注射——以一定的压力和速度将熔料注射到模具型腔中去；保压——注射完毕后，有一段时间螺杆保持不动，以向模腔内补充一部分因冷却而收缩的熔料，使制品密实和防止模腔内的物料返流。 P222

5 、喷嘴是连接料筒与模具的过渡部件，它的主要作用是：①将熔料的压能转变为速度能，使熔料的获

得高速远射程；②具有补缩作用，在压力保持阶段，有少量的熔料经喷嘴向模腔补缩；③使物料受到较大的剪切作用，因而获得进一步的塑化。（ PS ：老师强调简答题） P225

6 、合模系统是注射剂的一个重要组成部分，主要由导柱（又称拉杆）、固定模板、移动模板、调模装

置、定出装置和传动装置等部件组成，其主要作用和要求是a 把模具锁紧 b 固定模具 c 启闭模具模板的运动速度应是闭模时先快后慢，开模时先慢后快而后再慢。P227

7、常见的合模系统的基本形式有液压式合模系统、液压-机械式合模系统和机械式合模系统。 P228

8、注射机的基本参数：注射量、注射压力、注射速率、塑化能力和合模力、合模系统的基本尺寸等。

P231-237

9、聚合物的注射过程主要包括塑化熔融、注射冲模和冷却定型三个基本过程。P237

10、塑化是指聚合物在料筒内经过加热由固态转化为熔融的流动状态并具有良好可塑性的过程。对于塑

化过程的要求是：要使物料获得完全的熔融，获得充分的混合，达到规定的成型温度，并且温度分布均匀，无过热分解现象发生。P237

11、塑化良好的聚合物熔体，在柱塞或螺杆的压力作用下，由料筒经过喷嘴和模具的浇注系统进入并充满模腔这一重要而复杂的阶段称为注射过程。 P240

12、熔体在充模过程模腔压力变化（重要） P254

13、柱塞或螺杆将慢慢地对模腔内进行补料、以使由于聚合物充模后温度下降体积收缩而出现的空间能得以继续充满，熔体的这种流动成为保压流动。这一过程就是保压过程。 P256

14、保压的目的：对于成型厚壁且浇口较大的制品时，由于浇口或模腔浇道很快凝封则保压很不明显，

必须有保压过程进行补料，才能获得形状完整而密实的制品。P256

15、实现保压补料的必要条件：模腔充满后，料筒前端应当还剩下有一定量塑炼良好的熔体，从而从料

筒到模腔的通道尚未凝封，而影响保压补料效果的主要因素是模腔内压力和保压时间。 P256

16、控制残余压力为零的意义 P257

17、制品内应力的产生原因：①温度梯度产生的体积温差应力，②分子解取向受到阻滞而产生的取向应

力，③结晶聚合物产生的内应力，④金属嵌件和脱模顶出时产生的内应力。P265

18、如何消除内应力：通过热处理可以使高聚物分子有不平衡构象向平衡构象转变，使强迫冻结处于不

稳定的高弹性变获得能量而进行热松弛，从而降低或基本上消除内应力。P267

19、热塑性塑料的注射成型工艺过程（三个过程）P268

成型前的准备:a、粒料的预热与干燥 b、料筒的清洗 c、嵌件的预热 d、脱模剂的选用

注射成型过程：包括加料、加料塑化、合模、加压注射、保压、冷却定型、开模、去除制品等

制件的后处理：a、热处理 b、调湿处理

20、注射成型工艺的参数的选择：

a 温度

料筒温度：控制在Tf(Tm)~Td之间，有玻纤增强和柱塞式注射机要适当提高，从料斗至出口逐步提高；喷嘴温度：通常略低于料筒出口温度，以防“流涎现象”

模具温度：根据塑件结晶性、尺寸及其他工艺条件（熔体温度、注射速率、注射压力、成型周期）而定。

b 压力

塑化压力（背压）：螺杆顶部熔体在螺杆后退时受到的压力，又称塑化压力，通常小于2MPa

注射压力：

①对成型成形状复杂、长流程的薄壁制品用高注射压力，而对厚壁制品可降低；

②对于熔体粘度高，Tg高的塑料用较高的注射压力；

③熔体温度高时，可降低注射压力，反之要增大注射压力；

④注射压力高，制品密度高，收缩小，但残余应力大。

c 时间

注射时间：3~5s 保压时间:20~120s 冷却时间:20~120s 其它时间:开模、脱模、闭模等）

21、何谓注射成型，它有什么特点？请用框图表示一个完整的注射成型工艺过程。

第四章、压延成型

1 、压延工艺是利用压延机辊筒之间的挤压作用，并配以相应的温度，使物料发生塑性流动变性，最终

制成具有一定断面尺寸的片状聚合物材料或薄膜状材料。也可以利用压延工艺将聚合物材料涂覆于纺织和纸张等基材表面，制成具有一定断面厚度和断面几何形状要求的复合材料。优点：压延成型速度快、生产能力大、可自动化连续生产、产品厚度尺寸精确，质量好。缺点：设备庞大，精度要求高，辅助设备多，投资较高。所以生产连续片材方面不如挤出发展快。 P315

2、压延过程一般分为前后两个阶段：P315

供料阶段包括原料的混合、塑化和供料工艺过程。所需设备包括混合机、开炼机、密炼机和挤出机。压延阶段包括压延、牵引、轧花、冷却、卷取和切割工艺过程。所需设备包括压延机及上述相应辅助设备。

3、在压延的片材半成品中，有时会出现一种纵、横方向物理力学性能的差异的现象，即沿片材纵向（沿着压延方向）的拉伸强度大、伸长率小、收缩率大；而沿片材横方向（垂直与压延方向）的拉伸强度小、伸长率大、收缩率小。这种纵横方向性能差异的现象就叫做压延效应。产生这种现象的原因主要是由于高分子链及针状或片状的填料粒子，经压延后产生了取向排列。压延效应消除的方法是提高温度、降低压延速度。

第五章、其他成型方法

1、中空吹塑成型：是借助于气体的压力，把在闭合模具中呈橡胶态的塑料型坯吹胀形成空心制品的二次成型技术。P362

2、热成型：是利用热塑性塑料片材作为原料制造塑料制品的一种方法。其制造过程是现将塑料片材裁成一定的尺寸和形状，把它夹在框架撒谎能够，用加热装置将片材加热使其软化达到热弹态，然后对片材施加压力，使其覆贴于模具型面上，取得与模具型面相仿的形状，经过冷却定型，从模具中脱出经过二次加工成制品。P376