2012年SGM模流分析模擬題.docVIP

模流分析模擬題一、填充題1液體的流動(dòng)和變形受到的應(yīng)力有剪切、拉伸和壓縮三種應(yīng)力。2流體在平直管內(nèi)受剪切應(yīng)力而引發(fā)的流動(dòng)形式有層流和湍流兩種。3流動(dòng)的形式和雷諾數(shù)有關(guān)，Re4000時(shí)為湍流。4非牛頓流體流動(dòng)，與不成比例，液體黏度不是一個(gè)常數(shù)。5注射成型所用的剪切速率通常為1010，一般位于非牛頓的中等剪切速率的區(qū) 域?yàn)榉桥ｎD性質(zhì)的區(qū)域。6測(cè)定聚合物結(jié)晶度的常用方法有量熱法、X射線衍射法、密度法、紅外光譜法以及核磁共振法等。7結(jié)晶度升高耐化學(xué)性、熔點(diǎn)也均有所提高，透明性下降。8線型無(wú)定型聚合物在受熱時(shí)常存在的三種物理狀態(tài)為：玻璃態(tài)（結(jié)晶聚合物亦稱結(jié)晶態(tài)）、高彈態(tài)、粘流態(tài)。9在注塑成型過(guò)程中，聚合物需要加熱由玻璃態(tài)受熱轉(zhuǎn)變?yōu)檎沉鲬B(tài)，成型后又需要冷卻由粘流態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)椴ＡB(tài)，因此，聚合物的加熱和冷卻對(duì)塑件成型有著重要作用。10提高剪切速率的方法可采用增大注射壓力或減小澆口尺寸。11對(duì)剪切速率不敏感的另一類塑料，如聚甲醛（POM）、聚碳酸酯（PC）和聚酰胺（PA）等都屬于對(duì)剪切速率不敏感的聚合物，可調(diào)整對(duì)其粘度影響更大的其他工藝參數(shù)（溫度、壓力）來(lái)改變?nèi)垠w的粘度。12對(duì)于粘度對(duì)剪切速率敏感的一類聚合物，如聚苯乙烯（PS）、聚乙烯（PE）、聚丙烯（PP）和聚氯乙烯（PVC）等，可以通過(guò)調(diào)整剪切速率來(lái)改變?nèi)垠w的粘度。13實(shí)際生產(chǎn)中，壓力和溫度是共同作用的，增大壓力和降低溫度都可以使聚合物熔體粘度降低，提高流動(dòng)性，改善充模能力。14熔體表面發(fā)生明顯的橫向凹凸不平或外形畸變，隨著剪切速率的增大，擠出的熔體越來(lái)越粗糙，甚至不能成流、斷裂的現(xiàn)象稱為熔體破裂。15聚合物熔體流出流道或澆口時(shí)，熔體會(huì)發(fā)生體積膨脹，這種現(xiàn)象叫做離模膨脹效應(yīng)。這實(shí)際上是一種由彈性回復(fù)而引起的失穩(wěn)流動(dòng)。16熔體擠出物表而上形成很多與流動(dòng)方向垂直的具有規(guī)則和相當(dāng)間距的細(xì)微棱脊的現(xiàn)象稱為鯊魚皮癥。17聚合物在成型時(shí)容易產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力，成型后容易在塑件中形成殘余應(yīng)力，在不大的外力或在溶劑作用下容易發(fā)生開(kāi)裂的現(xiàn)象稱為應(yīng)力開(kāi)裂。18在導(dǎo)管入口端與出口端出現(xiàn)的與聚合物流體彈性行為有緊密聯(lián)系的現(xiàn)象稱為端末效應(yīng)，亦分別稱為入口效應(yīng)和出口效應(yīng)。19聚合物由熔融狀態(tài)到冷凝的過(guò)程中，分子由無(wú)次序的自由運(yùn)動(dòng)狀態(tài)逐漸排列成為正規(guī)模型傾向的一種現(xiàn)象稱為結(jié)晶。20結(jié)晶過(guò)程只能發(fā)生在玻璃化溫度Tg以上和熔點(diǎn)Tm以下這個(gè)溫度區(qū)間內(nèi)。21一般分子結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、對(duì)稱性高或分子鏈節(jié)雖大，分子之間力也很大的聚合物，在它們從高溫向低溫轉(zhuǎn)變時(shí)均可結(jié)晶。如聚乙烯、聚四氟乙烯、聚甲醛等。對(duì)于分子鏈剛性大，或帶有龐大側(cè)基的聚合物來(lái)說(shuō)，一般很難結(jié)晶，如聚砜、聚苯乙烯等。22成型過(guò)程中聚合物分子的取向程度不僅與塑料的類別、塑件的厚度有關(guān)，還與注射工藝條件及模具的澆口設(shè)計(jì)密切相關(guān)。23一般情況下，黏度大(或相對(duì)分子質(zhì)量高、相對(duì)分子質(zhì)量分布窄)和非牛頓性強(qiáng)的聚合物熔體在流動(dòng)過(guò)程容易產(chǎn)生較大的彈性變形，且松弛過(guò)程也比較緩慢， 故離模膨脹效應(yīng)嚴(yán)重。24增大流道直徑和流道的長(zhǎng)徑比，以及減小流道人口處的收斂角，都能減小熔體流動(dòng)過(guò)程中的彈性變形，從而減輕離模膨脹效應(yīng)。例如，流道的長(zhǎng)徑比一般取16左右，如果過(guò)小，有可能使離模膨脹比增大。25對(duì)于聚合物流體來(lái)說(shuō)，壓力的增加相當(dāng)于溫度的降低。在溫度和壓力不變的情況下，流體的表觀黏度，也就是熔體的流動(dòng)性，會(huì)隨著持續(xù)時(shí)間的逐漸的上升或下降，上升或下降到一定值后達(dá)到平衡不再變化。二、問(wèn)答題1什么是非牛頓流體？什么是假塑性流體？與本質(zhì)有何不同？ 答： 凡流體以切變方式流動(dòng)但其切應(yīng)力與剪切速率之間呈非線性關(guān)系的均稱為非牛頓流體 凡是滿足假塑性流體的流行為的指數(shù)函數(shù)的流體是假塑性流體。是牛頓流體本身所 固有的性質(zhì)，其大小表征牛頓流體抵抗力引起流動(dòng)變形的能力。表征的非牛頓流體 （服從指數(shù)流動(dòng)規(guī)律）在外力作用下抵抗變形的能力。 2. 描述假塑性流體的公式中，K、km、n的意義及關(guān)系? 答： K-與聚合物和溫度有關(guān)的常數(shù)，可反應(yīng)了聚合物熔體的粘稠性，稱為黏度系數(shù)；n- 與聚合物和溫度有關(guān)的常數(shù)，可反映聚合物熔體偏離牛頓性質(zhì)的程度，稱之為非牛頓 性質(zhì)的指數(shù)；m-與聚合物和溫度有關(guān)的常數(shù)，可反應(yīng)了聚合物熔體的流動(dòng)性，稱之為 流動(dòng)系數(shù)；n-與聚合物和溫度有關(guān)的常數(shù)，稱為流動(dòng)指數(shù)。它們之間的關(guān)系如下： k=, m=,3. 何為聚合物流體流變性？聚合物流體流變行為的類型和特點(diǎn)？答：聚合物處于粘流狀態(tài)(塑化狀態(tài))，因?yàn)樵谶@種狀態(tài)下聚合物不僅易于流動(dòng)，而且易于變形，這種現(xiàn)象稱之為聚合物流體流變性。聚合物流體流變行為的類型和特點(diǎn)液體的流動(dòng)和變形受到的應(yīng)力有剪切、拉伸和壓縮三種應(yīng)力。三種應(yīng)力中，剪切應(yīng)力對(duì)塑料的成型最為重要。聚合物流體根據(jù)其流動(dòng)特點(diǎn)可以分為以下幾類：1）牛頓流體：剪切應(yīng)力與剪切速率呈直線關(guān)系，粘度依賴于流體的分子結(jié)構(gòu)和其它外界條件，與剪切應(yīng)力和剪切速率的變化無(wú)關(guān)。2）賓漢流體：這種流體與牛頓流體相同的是，其剪切應(yīng)力和剪切速率的關(guān)系表現(xiàn)為直線，不同的是它的流動(dòng)只有當(dāng)剪切應(yīng)力高至于一定值y后才發(fā)生塑性流動(dòng)。3）假塑性流體這種流體是非牛頓流體中最為普通的一種，它所表現(xiàn)的流動(dòng)曲線是非直線的。流體的表觀粘度隨剪切應(yīng)力的增加而降低。多數(shù)聚合物的熔體，也是塑料成型中處理最多的一類物料，以及所有聚合物在良溶劑中的溶液，其流動(dòng)行為都具有假塑性流體的特征。4）膨脹性流體：這種流體的流動(dòng)曲線也不是直線，與假塑性流體不同的是它的表觀粘度會(huì)隨剪切應(yīng)力的增加而上升。屬于這一類型的流體大多數(shù)是固體含量高的懸浮液。4. 影響粘度的主要因素有哪些？答： 1）溫度對(duì)粘度的影響通過(guò)調(diào)節(jié)溫度可以改變高分子的加工性，隨著溫度的升高使得聚合物大分子的熱運(yùn)動(dòng)和分子間的距離增大，熔體粘度逐步降低。2）壓力對(duì)粘度的影響對(duì)于聚合物熔體，由于其具有長(zhǎng)鏈結(jié)構(gòu)和分子鏈內(nèi)旋轉(zhuǎn)，熔體的可壓縮性比普通流體大得多。尤其是聚合物成型時(shí)是在高壓下，如注射成型時(shí)受壓達(dá)35300MPa，體積收縮較大，分子間作用力增大，聚合物熔體的粘度也隨之增大，粘度與壓力成正比關(guān)系。3）剪切速率對(duì)粘度的影響多數(shù)聚合物的熔體屬于非牛頓型流體中的假塑性流體，粘度隨剪切速率的增大而降低。5. 影響結(jié)晶的主要因素有哪些？答：1）溫度：聚合物的結(jié)晶條件、結(jié)晶度都取決于熔體溫度和聚合物在熔融狀態(tài)的停留時(shí)間。因此，注射成型時(shí)應(yīng)采用較低的模溫和較短的注射時(shí)間，以利提高結(jié)晶速率，從而提高塑件的某些力學(xué)性能。應(yīng)根據(jù)聚合物結(jié)晶參數(shù)選擇模溫和冷卻速度，使結(jié)晶度盡可能達(dá)到最接近平衡值，從而獲得最佳塑件性能。2）壓力和切應(yīng)力：壓力增大使聚合物能在高于正常情況下的熔化溫度發(fā)生結(jié)晶，壓力越高，結(jié)晶溫度也越高。當(dāng)熔體受很大切應(yīng)力作用時(shí)可產(chǎn)生均勻的微晶結(jié)構(gòu)。剪切造成的分子取向也可大大加速結(jié)晶過(guò)程。3）分子結(jié)構(gòu)：聚合物分子結(jié)構(gòu)越簡(jiǎn)單、越規(guī)整，則結(jié)晶越快，結(jié)晶程度越高，同一種聚合物的最大結(jié)晶速率隨相對(duì)分于質(zhì)量的增大而減小。4）添加劑：聚合物中的固體雜質(zhì)、水分和添加助劑對(duì)聚合物的結(jié)晶過(guò)程將產(chǎn)生影響。在塑件生產(chǎn)中，常常主動(dòng)采用具有促進(jìn)結(jié)晶過(guò)程的添加物，使其起到異質(zhì)生核的作用。結(jié)晶速度加快，晶粒尺寸變小，從而改善了塑件的性能。5）熱處理（退火）：熱處理能夠使結(jié)晶聚合物的結(jié)晶度增加，比較不穩(wěn)定結(jié)晶結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變?yōu)榉€(wěn)定的結(jié)晶結(jié)構(gòu)。6. 何為聚合物取向？答：聚合物的大分子、細(xì)而長(zhǎng)的纖維狀填料分子在成型過(guò)程中由于受到應(yīng)力作用而產(chǎn)生分子整齊、平行排列的現(xiàn)象，這種現(xiàn)象稱之為分子取向。根據(jù)應(yīng)力性質(zhì)，取向結(jié)構(gòu)分為流動(dòng)取向和拉伸取向兩種類型。流動(dòng)取向是在剪切應(yīng)力作用下沿著熔體流動(dòng)方向形成的；拉伸取向是由拉應(yīng)力引起的，取向方向與應(yīng)力作用方向一致。7. 流動(dòng)取向?qū)χ破沸阅苡泻斡绊?？答：取向作用?duì)塑件的使用性能有很大影響，未取向的聚合物，機(jī)械性能各向是相同的。而取向后聚合物，機(jī)械性能呈現(xiàn)各向異性。塑件沿流動(dòng)方向的抗拉強(qiáng)度高于垂直方向上的強(qiáng)度。例如在注射成型塑件中，沿流動(dòng)方向的抗拉伸強(qiáng)度約為垂直方向上的1-3倍，而抗沖擊強(qiáng)度則為1-10倍。聚合物的取向?qū)е鲁霈F(xiàn)的各向異性對(duì)塑件使用性能是不利的，許多厚度較大的塑件，取向或取向程度的不均使塑件在某些方向上機(jī)械性能提高，而在另外一些方向上卻降低了性能，有時(shí)還會(huì)發(fā)生翹曲甚至開(kāi)裂，影響塑件的使用性能。8. 掌握分析流動(dòng)取向的方法（注意：聚向程度取決于剪切力大小、作用時(shí)間和解取向的程 度）答：為了改善聚合物分子取向?qū)λ芗|(zhì)量的影響，可在成型后進(jìn)行解取向熱處理，塑件中的分子鏈段得到足夠的松弛，從而解除不穩(wěn)定的取向單元；此外，還可適當(dāng)提高摸具溫度，以使取向分子依靠自身的熱運(yùn)動(dòng)來(lái)消除取向。9. 何為聚合物降解？答：聚合物分子在成型過(guò)程中可能會(huì)受到熱和應(yīng)力的作用或者聚合物中微量水分、酸、堿等雜質(zhì)及空氣中氧的作用導(dǎo)致其相對(duì)分子質(zhì)量降低，大分子結(jié)構(gòu)改變等化學(xué)變化。通常把聚合物相對(duì)分子質(zhì)量降低的過(guò)程則稱為聚合物的降解。10. 發(fā)生熱降解的塑料主要有哪些？如何有效防止熱降解？答：容易發(fā)生熱降解的聚合物有PVC、PVDC、POM等。1）嚴(yán)格控制原材料的技術(shù)指標(biāo)，使用合格的原材料，避免因原料不純對(duì)降解發(fā)生催化作用。2）成型前應(yīng)對(duì)成型原料進(jìn)行預(yù)熱干燥處理，嚴(yán)格控制含水量不超過(guò)工藝要求和塑件性能要求的數(shù)值，特別是ABS、有機(jī)玻璃、尼龍、聚碳酸酯、聚酪、聚礬等吸濕性強(qiáng)的塑料，使用前通常應(yīng)使水分含量降低到0.010.05。3）確定合理的工藝條件，針對(duì)各種聚合物對(duì)熱和應(yīng)力的敏感性的差異，合理選擇成型溫度、壓力和時(shí)間，使各工藝條件達(dá)到最優(yōu)匹配。尤其對(duì)那些熱穩(wěn)定性差、加工溫度和分解溫度接近的聚合物尤為重要。一般加工溫度應(yīng)低于聚合物的分解溫度。4）設(shè)計(jì)模具和選用設(shè)備要求結(jié)構(gòu)合理，盡量避免流道中存在死角及流道過(guò)長(zhǎng)，改善加熱與冷卻裝置的效率。5）對(duì)熱、氧穩(wěn)定性較差的聚合物或加工溫度較高時(shí)加入熱穩(wěn)定劑、抗氧劑等，防止高溫與氧接觸，以加強(qiáng)聚合物對(duì)降解的抵抗能力，還應(yīng)盡量減少高溫停留的時(shí)間。11. 何為聚合物的可模塑性？注射成型方法對(duì)聚合物的可模塑性要求是什么？答：是指在一定的溫度和壓力作用下聚合物在模具中模塑成型的能力。注射成型方法對(duì)聚合物的可模塑性要求是：能充滿模具型腔獲得制品所需尺寸精度，有一定的密實(shí)度，滿足制品合格的使用性能等。12. 試述注射成型的四個(gè)階段對(duì)制品成型及性能的影響。答：1）沖模階段：料溫降至軟化溫度以后，制品中凍結(jié)的定向分子將使制品有各向異性，此制品在溫度變化較大的使用過(guò)程中會(huì)出現(xiàn)裂紋，而且制品的熱穩(wěn)定性也差。高速?zèng)_模時(shí)，產(chǎn)生的摩擦熱使塑料熔體的溫度保持較高值，分子定向程度減少，制品熔接強(qiáng)度提高沖模過(guò)快是，在嵌件后部熔接不好使制品強(qiáng)度變劣。2）壓實(shí)階段：對(duì)提高制品密度，降低收縮率及克服表面缺