東華大學(xué)《高分子材料成型原理》復(fù)習(xí)題及答案

1、東華大學(xué)高分子材料成形原理（考生注意：答案須寫在答題紙上，寫在本試題紙上，一律不給分）一. （試題得分 18 分）判斷題（用“”表示正確，用“”表示不正確）1共混體系具有 互鎖 形態(tài)時(shí) , 其粘度隨著共混比增大而通過(guò)一個(gè)極小值.2紡絲細(xì)流的毛細(xì)斷裂機(jī)理是基于強(qiáng)度理論。3一般熔紡實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)表明，卷繞絲的取向度主要是拉伸流動(dòng)取向的貢獻(xiàn)。4濕法紡絲采用零拉伸時(shí)，其紡絲線上的膨化區(qū)消失。5定張力熱定型的實(shí)質(zhì)是在纖維長(zhǎng)度不變的情況下，讓高彈形變轉(zhuǎn)化成塑性變形。6一次成型是利用塑料的塑性變形而成型，二次成型是利用塑料的推遲變形而成型，即是在塑料處于彈性狀態(tài)條件下進(jìn)行的。7. 注塑機(jī)的螺桿形式和結(jié)構(gòu)與擠出機(jī)的

2、螺桿完全相同。8天然橡膠的化學(xué)結(jié)構(gòu)是順式聚異戊二烯。9壓延效應(yīng)就是壓延后的膠片容易出現(xiàn)一種縱橫方向物理機(jī)械性能的差異，即在縱方向的抗張強(qiáng)度小、伸長(zhǎng)率大、收縮率小，而在橫方向的抗張強(qiáng)度大、伸長(zhǎng)率小、收縮率大。產(chǎn)生這種現(xiàn)象的原因，主要是橡膠分子鏈及針狀或片狀的填料粒子，經(jīng)壓延后產(chǎn)生取向排列的結(jié)果。二. （試題得分 16 分）選擇題1. 對(duì)于切力變稀的紡絲流體 ,_a.0b. a0且aac. a0且 a2. “溶解度參數(shù)相近原則”適用于估計(jì)（）的互溶性。a. 非極性高聚物與極b. 非極性高聚物與非性溶劑c.極性高聚物與極性極性溶劑d. 極性高聚物與非極溶劑性溶劑3在同樣的結(jié)晶條件下，下列成纖高聚物中

3、，（）的結(jié)晶速度最高。a.petb.pa6c.pa66d.等規(guī)pp4.溶劑的擴(kuò)散系數(shù)ds 和凝固劑的擴(kuò)散系數(shù)dn 隨凝固浴中溶劑含量的增加而（） 。a. 增大c. 有極小值b. 減小d. 有極大值5干法紡絲線上，在噴絲孔出口處，除去溶劑的機(jī)理以（）為主。a. 紡絲線內(nèi)部的b. 閃蒸擴(kuò)散c. 對(duì)流傳質(zhì)d. 紡絲線內(nèi)部的擴(kuò)散和對(duì)流傳質(zhì)6拉伸過(guò)程中晶區(qū)取向因數(shù) fc 與非晶區(qū)取向因素 fa 的大小通常為（）。a. fcfab. fafcc.開(kāi)始時(shí) fcfa ，然后 d. 開(kāi)始時(shí) fafc ，然后fafcfcfa7. 二次成型只適用于（ ）的熱塑性聚合物a. tg 或 tm比室溫低得 b. tg 或

4、tm與室溫相近多c. tg 或 tm比室溫高得多d. 所有8. 下列橡膠品種中，（ ） 既可作為耐熱橡膠的生膠品種，也可用作耐寒橡膠的生膠品種。a. 天然橡膠b. 氯丁橡膠c.氟橡膠d. 硅橡膠三. （試題得分 24 分）簡(jiǎn)答題1. 簡(jiǎn)述聚合物在螺桿擠壓機(jī)中熔融的能量來(lái)源。2根據(jù) brodkey 混合理論 , 聚合物共混體系與聚合物添加劑體系涉及的混合機(jī)理有何差別?3. 簡(jiǎn)述塑料擠出成型過(guò)程中，在擠出機(jī)均化段熔體的流動(dòng)形式。4. 根據(jù)硫化歷程圖的分析，橡膠的硫化歷程可分為哪四個(gè)階段？各個(gè)階段中橡膠的結(jié)構(gòu)產(chǎn)生了什么變化？四討論題（試題得分42 分）1. 試述聚合物分子結(jié)構(gòu)對(duì)聚合物流體剪切粘性的影

5、響。2. 試述根據(jù)拉伸應(yīng)變速率不同而將整個(gè)熔體紡絲線分成的三個(gè)區(qū)域中速度和軸向速度梯度分布的特征及其對(duì)初生纖維結(jié)構(gòu)的影響。3. 試述濕紡初生纖維中形成空隙的機(jī)理及其影響因素。內(nèi)容提要： 東華大學(xué)高分子材料成形原理期末考試試題一 （試題得分 18 分）判斷題1（ ）2. （ ）3（ ）4（ ）5（ ）6（）7. （ ）8 ( )9 ( )二 （試題得分 16 分）選擇題1.東華大學(xué)高分子材料成形原理期末考試試題一 （試題得分 18 分）判斷題1（ ）2. （ ）3（ ）4（ ）5（ ）6（ ）7. （ ）8 ( )9 ( )二 （試題得分 16 分）選擇題1. c2. b3c4c5b6a7. c

6、8. d三 （試題得分 24 分）簡(jiǎn)答題1. 簡(jiǎn)述聚合物在螺桿擠壓機(jī)中熔融的能量來(lái)源。答：其能量來(lái)源于兩個(gè)方面： 一是依靠機(jī)筒沿螺槽深度方向自上而下傳導(dǎo)而來(lái)的能量 （如圖 5-2 ），這是加熱器裝在機(jī)筒外壁上， 上下溫差大， 左右溫差小的必然結(jié)果； 二是通過(guò)熔膜移走而使熔融層受到剪切作用，使部分機(jī)械能轉(zhuǎn)變熱能（粘性耗散）的必然結(jié)果。2根據(jù) brodkey 混合理論 , 聚合物共混體系與聚合物添加劑體系涉及的混合機(jī)理有何差別 ?答： 根據(jù) brodkey 混合理論 ,擴(kuò)散有分子擴(kuò)散、 渦旋擴(kuò)散和體積擴(kuò)散三種形式。在聚合物加工中，渦旋擴(kuò)散很難實(shí)現(xiàn)，體積擴(kuò)散占支配地位，聚合物共混體系和聚合物添加劑體

7、系的混合中均存 在體積擴(kuò)散。聚合物添加劑體系的混合中，如果參與混合的是低分子物質(zhì)（如抗氧劑、發(fā)泡劑、顏料劑等），分子擴(kuò)散可能是一個(gè)重要因素。但聚合物共混體系的混合中，不存在分子擴(kuò)散。3.(塑料 )4根據(jù)硫化歷程圖的分析，橡膠的硫化歷程可分為哪四個(gè)階段？各個(gè)階段中橡膠的結(jié)構(gòu)產(chǎn)生了什么變化？答：根據(jù)硫化歷程圖的分析，橡膠的硫化歷程可分為四個(gè)階段：即焦燒階段、熱硫化階段、平坦硫化階段和過(guò)硫化階段。焦燒階段：是熱硫化開(kāi)始前的延遲作用時(shí)間段，即誘導(dǎo)期，硫黃分子和促進(jìn)劑體系之間反應(yīng)生成一種活性更大的中間化合物，然后進(jìn)一步引發(fā)橡膠分子鏈，產(chǎn)生可交聯(lián)的自由基。熱硫化階段：這一階段是硫化反應(yīng)的交聯(lián)階段，逐漸生成

8、網(wǎng)構(gòu)，促使橡膠彈性和抗張強(qiáng)度急劇上升。這個(gè)階段是衡量硫化反應(yīng)速度的標(biāo)志。平坦硫化階段：這一階段是網(wǎng)構(gòu)形成的前期。此時(shí)交聯(lián)反應(yīng)已趨于完成，既而發(fā)生交聯(lián)鍵的重排、裂解等反應(yīng)。過(guò)硫化階段：硫化反應(yīng)中網(wǎng)構(gòu)形成的后期，主要是交聯(lián)鍵發(fā)生重排作用，以及交聯(lián)鍵和鏈段熱裂解的反應(yīng)。四討論題（試題得分42 分）1 試述聚合物分子結(jié)構(gòu)對(duì)聚合物流體剪切粘性的影響。答：聚合物分子結(jié)構(gòu)包括鏈結(jié)構(gòu)、相對(duì)分子質(zhì)量及相對(duì)分子質(zhì)量分布。（1）鏈結(jié)構(gòu)的影響聚合物的鏈結(jié)構(gòu)對(duì)流變性能有較大影響。聚合物分子鏈柔性越大，纏結(jié)點(diǎn)越多，鏈的解纏和滑移越困難，聚合物流動(dòng)時(shí)非牛頓性越強(qiáng)。聚合物分子鏈剛性增加，分子 間作用力愈大，粘度對(duì)剪切速率的敏

9、感性減小， 但粘度對(duì)溫度的敏感性增加， 提高這類聚合物的加工溫度可有效改善其流動(dòng)性。聚合物分子中支鏈結(jié)構(gòu)的存在對(duì)粘度也有很大的影響。具有短支鏈的聚合物的粘度低于具有相同相對(duì)分子質(zhì)量的直鏈聚合物的粘度；支鏈長(zhǎng)度增加，粘度隨之上升， 支鏈長(zhǎng)度增加到一定值，粘度急劇增高，且可能比直鏈聚合物大若干倍。在相對(duì)分子質(zhì)量相同的條件下，支鏈越多，越短，流動(dòng)時(shí)的空間位阻越小，粘度越低，越容 易流動(dòng)。較多的長(zhǎng)支鏈可增加與臨近分子的纏結(jié)幾率，使流體流動(dòng)阻力增加，粘度增大；長(zhǎng)支鏈越多，粘度升高愈多，流動(dòng)性愈差。長(zhǎng)支鏈的存在也增大了聚合物粘 度對(duì)剪切速率的敏感性。當(dāng)零切粘度相同時(shí)，有長(zhǎng)支鏈聚合物比無(wú)支鏈聚合物開(kāi)始出現(xiàn)非

10、牛頓流動(dòng)的臨界剪切速率 要低，長(zhǎng)支鏈對(duì)粘度的影響較復(fù)雜。鏈結(jié)構(gòu)中含有大的側(cè)基時(shí)，聚合物中自由體積增大，流體粘度對(duì)壓力和溫度敏感性增加。（2）相對(duì)分子質(zhì)量的影響聚合物相對(duì)分子質(zhì)量增大，不同鏈段偶然位移相互抵消的機(jī)會(huì)增多，因此分子鏈重心轉(zhuǎn)移減慢，要完成流動(dòng)過(guò)程就需要更長(zhǎng)的時(shí)間和更多的能量，所以聚合物的粘度隨相對(duì)分子質(zhì)量的增大而增加。聚合物流體的的零切粘度0 與相對(duì)分子質(zhì)量的關(guān)系可以表示為：當(dāng)，時(shí)=2.55.0 ，說(shuō)明聚合物在臨界相對(duì)分子質(zhì)量以上，由于大分子鏈間發(fā)生纏結(jié)， 其流體濃度將隨相對(duì)分子質(zhì)量的增加而急劇地增大。即 lg 0 與 lg呈直線關(guān)系，且在臨界相對(duì)分子質(zhì)量處有拐點(diǎn)。（3）相對(duì)分子質(zhì)量

11、分布的影響在平均相對(duì)分子質(zhì)量相同、相對(duì)分子質(zhì)量分布不同是時(shí)，聚合物熔體的粘度隨相對(duì)分子質(zhì)量分布寬度而迅速下降，其流動(dòng)行為表現(xiàn)出更多的非牛頓性。相對(duì)分子質(zhì)量 分布窄的聚合物在較寬的剪切速率范圍內(nèi)流動(dòng)時(shí)， 表現(xiàn)出更多的牛頓特性， 其熔體粘度對(duì)溫度變化的敏感性要比相對(duì)分子質(zhì)量分布寬的聚合物要大。相對(duì)分子質(zhì)量分 布寬的聚合物，對(duì)剪切敏感，即使在較低剪切速率或剪切應(yīng)力下流動(dòng)時(shí)， 也比相對(duì)分子質(zhì)量分布窄的聚合物更具有假塑性。 因?yàn)橄鄬?duì)分子質(zhì)量分布寬的聚合物中，有 一些分子特別長(zhǎng)，而另一些分子特別短，長(zhǎng)的那部分分子在剪切速率增大時(shí)，形變較大，所以粘度下降較多。2試述根據(jù)拉伸應(yīng)變速率不同而將整個(gè)熔體紡絲線分成

12、的三個(gè)區(qū)域中速度和軸向速度梯度分布的特征及其對(duì)初生纖維結(jié)構(gòu)的影響。答：根據(jù)拉伸應(yīng)變速率的不同，可將整個(gè)紡絲線分成三個(gè)區(qū)域（可以作圖）。區(qū)（擠出脹大區(qū)）和區(qū)（形變區(qū)）交界處對(duì)應(yīng)于直徑膨化最大的地方，通常離噴絲板不超過(guò) 10mm。在此區(qū)中，熔體在進(jìn)入孔口時(shí)所儲(chǔ)存的彈性能，以及在孔 流區(qū)貯存的并來(lái)不及在孔道中松弛的那部分彈性能將在熔體流出孔口處發(fā)生回彈， 從而在細(xì)流上顯現(xiàn)出體積膨化的現(xiàn)象。 由于體積膨化，故沿紡程減小，軸向速度梯度為負(fù)值，即，在細(xì)流最大直徑處，軸向速度梯度為零，即。在改變噴絲頭拉伸比的情況下，脹大比隨的增大而下降，當(dāng)拉伸比增至一定值時(shí)，擠出脹大區(qū)可完全消失。熔紡的通常較大，故區(qū)通常不

13、存在。在形變細(xì)化區(qū)中，在張力作用下，細(xì)流逐漸被拉長(zhǎng)變細(xì)，故沿紡程 x 的變化常呈 s 形曲線，拐點(diǎn)把區(qū)劃分為區(qū)a和區(qū) b：在區(qū)a 中，；在區(qū)b中，。 區(qū)的長(zhǎng)度通常在 50150cm左右，具體隨紡絲條件而定。 如圖中頸縮結(jié)束點(diǎn)隨紡絲速度增大而向前移動(dòng)。 此區(qū)的長(zhǎng)度本身就是一種非常重要的特性， 它既能決定紡絲裝置的結(jié)構(gòu)，又是鑒別紡絲線對(duì)外來(lái)干擾最敏感的區(qū)域。這一區(qū)中出現(xiàn)極大值，一般為10-50, 隨紡絲速度、冷卻條件和材料流變特性而異。如pet高速紡絲中，的極大值可達(dá) 1500 以 上。區(qū)是熔體細(xì)流向初生纖維轉(zhuǎn)化的重要過(guò)渡階段， 是發(fā)生拉伸流動(dòng)和形成纖維最初結(jié)構(gòu)的區(qū)域，因此是紡絲成形過(guò)程最重要的區(qū)

14、域。在此區(qū)中熔體細(xì)流被迅速拉 長(zhǎng)而變細(xì)，速度迅速上升，速度梯度也增大。由于冷卻作用，絲條溫度降低，熔體粘度增加，致使大分子取向度增加，雙折射上升；如卷繞速度很高，還可能發(fā)生大 分子的結(jié)晶。該區(qū)的終點(diǎn)即為固化點(diǎn)。在區(qū)中，熔體細(xì)流已固化為初生纖維，不再有明顯是流動(dòng)發(fā)生。 纖維不再細(xì)化，保持不變，。纖維的初生結(jié)構(gòu)在此繼續(xù)形成。此區(qū)的結(jié)晶發(fā)生在取向狀態(tài)，這取向狀態(tài)影響結(jié)晶的動(dòng)力學(xué)和形態(tài)學(xué)。 在高速紡絲時(shí)， 區(qū)的長(zhǎng)度也會(huì)由于運(yùn)行的固體絲條的空氣阻力而影響絲條的張力。3. 試述濕紡初生纖維中形成空隙的機(jī)理及其影響因素。答：濕紡初生纖維中形成空隙的機(jī)理主要有以下兩種：（1）與擴(kuò)散相分離速率有關(guān)。reuver

15、s 根據(jù)相分離速率快慢，定義了兩種雙擴(kuò)散類型。當(dāng)聚合物溶液浸入凝固浴后，溶劑與沉淀劑的雙擴(kuò)散迅速引發(fā)溶液的相分離者稱為瞬時(shí)雙擴(kuò)散；而當(dāng)延續(xù)一定時(shí)間后才引起聚合物溶液相分離者稱為豫遲雙擴(kuò)散。當(dāng)凝固浴中溶劑含量較高時(shí)，降低了濃度梯度，使得原液細(xì)流的凝固變得緩和。在豫遲時(shí)間內(nèi)，原液釋放的溶劑較它從凝固浴中汲取的凝固劑多，在界面處有一個(gè)非 常陡的聚合物濃度梯度，隨著豫遲時(shí)間的延長(zhǎng)， 界面不斷增厚，直到聚合物稀相核出現(xiàn)為止。 如果整個(gè)凝固過(guò)程受豫遲雙擴(kuò)散的控制，初生纖維便會(huì)形成一個(gè)沒(méi)有核孔而且非常致密的結(jié)構(gòu)。在絕大多數(shù)情況下，凝固初期表層的厚度還比較薄，雙擴(kuò)散速度往往比較快，相分離界面處的原液組成立刻產(chǎn)

16、生聚合物稀相核。瞬時(shí)雙擴(kuò)散引起瞬時(shí)相分離的纖維總 是存在聚合物稀相核結(jié)構(gòu)。 smoldors 認(rèn)為這是形成大孔結(jié)構(gòu)的原因。若部分聚合物稀相核進(jìn)一步生長(zhǎng)，便形成大孔；否則在已有的前沿繼續(xù)形成新的核，這 樣形成的初生纖維則具有均勻的海綿狀結(jié)構(gòu)。但是這種紡絲成形條件很難維持，往往得不到完全為這種結(jié)構(gòu)的初生纖維。（2）與擴(kuò)散相分離機(jī)理有關(guān)。當(dāng)紡絲溶液中聚合物濃度低于臨界濃度時(shí)，首先在細(xì)流表面出現(xiàn)皮層，然后通過(guò)此皮層，溶劑從細(xì)流內(nèi)部擴(kuò)散出來(lái)，非溶劑從凝固浴中滲透進(jìn)去，紡絲液體積發(fā)生變 化，內(nèi)部進(jìn)行凝固。由于皮層是頗為剛性的， 聚合物粒子的合并使內(nèi)部體系收縮時(shí)， 皮層不能按比例發(fā)生形變， 這就是纖維內(nèi)部形

17、成空隙的原因。凝固劑濃度越低，纖維內(nèi)部形成的空隙就越大。當(dāng)紡絲液中聚合物濃度高于臨界點(diǎn)濃度時(shí)，聚合物粒子的聚集均勻地形成纖維結(jié)構(gòu)，不產(chǎn)生皮層。因此， 盡管凝固的進(jìn)行不如低濃度紡絲中那樣迅速，但由于不存在皮層，纖維內(nèi)部與凝固浴之間溶劑和非溶劑的擴(kuò)散移動(dòng)會(huì)很流暢地進(jìn)行，使纖維結(jié)構(gòu)均勻，從而不形成空洞。影響空隙的因素涉及濕法成形的所有工藝參數(shù)：（1） 溶劑種類。例如，腈綸初生纖維的比表面積因溶劑而異。此表面積較大，說(shuō)明初生纖維空隙的尺寸較小。采用無(wú)機(jī)溶劑紡制腈綸，一般不形成大空洞。在硫氰酸鈉法 中，即使將凝固浴溫度由正常的 010升至 50，此時(shí)紡絲已很難進(jìn)行， 但所得初生纖維中仍無(wú)大空洞。 這顯然是由于無(wú)機(jī)溶劑 sr 小于有機(jī)溶劑，凝固比較 緩和的緣故。（2）聚合物溶劑種類。溶劑種類早期曾采用過(guò)丙烯腈均聚物紡絲，由于水是沉淀劑，而均聚物中缺乏親水性基團(tuán)，所以凝固過(guò)程十 分激烈。這種腈綸初生纖維中有大量的大空洞產(chǎn)生，干燥后大空洞體積縮小或閉合， 但并未根除，纖維在服用過(guò)程中因受摩擦而沿空洞發(fā)生縱向撕裂。 腈綸第二、三 單體的采用賦予纖維以彈性、染色性的同時(shí)，第三單體一般還具有親水性。因此，共聚物在含水凝固浴中的凝固要比均聚物的凝固溫和，這就從根本上解決了纖維的原纖化問(wèn)題。（3）凝固浴濃度。凝固浴濃度對(duì)腈綸初生纖維空隙的影響表明，當(dāng)凝固浴濃度較低時(shí)，因