聚合物成型加工基础练习题 下载本文

26. 造成压延产品横向厚度不均的重要因素之一是辊筒的变形和辊筒表面温度不均匀,应当如何防止? 参考答案:

压延产品质量的一个突出问题是横向厚度不均,通常是中间和两端厚而近中区两边薄,俗称“三高两低”现象。这种现象主要是辊筒的弹性变形和辊筒两端温度偏低引起的。

结果——使物料中间厚、两边薄 (2)防止措施

中 高 度:这一措施是将辊筒的工作面磨成腰鼓形。辊筒中部凸出的高度h称为中高度或凹凸系数,其值很小。一般只有百分之几到十分之几毫米。产品偏薄或物料粘度偏大所需要的中高度偏高。

轴 交 叉:压延机相邻两辊筒的轴线一般都是在同一平面上相互平行的。在没有负荷下可以便其间隙保持均匀一致。如果将其中一个辊筒的轴线在水平面上稍微偏动一个角度时(轴线仍不相交),则在辊筒中心间隙不变的情况下增大了两端的间隙,这就等于辊筒表面有了一定弧度。

预 应 力:这种方法足在辊筒轴承的两侧设一辅助轴承,用液压或弹簧通过辅助轴承对辊筒施加应力,使辊筒预先产少弹性变形,其方向正与分离力所引起的变形方向相反。这样,在压延过程中辊筒所受的两种变形便可互相抵消。所以这种装置也称为辊筒反弯曲装置。 辊筒表面温度变化的影响:

在压延机辊筒上,两端温度常比中间的低。其原因一方面是轴承的润滑油带走了热量另—方面是辊筒不断向机架传热。辊筒表面温度不均匀,必然导致整个辊筒热膨胀的不均匀,这就造成产品两端厚的现象。

为了克服辊筒表面的温差,虽然在温度低的部位采用红外线或其他方法作补偿加热,或者在辊筒两边近中区采用通风冷却,但这样又会造成产品内在质量的不均。因此,保证产品横向厚度均匀的关键仍在于中高度、轴交叉和预应力装置的合理设汁、制造和使用。

原料配制

27. 塑料分类的常用方法有哪些,各自包含哪些种类?

答:塑料的分类可按照不同的标准进行,以下是主要的几种分类方法。 (1)按塑料中树脂的化学成分分

元素聚合物 为基础的塑料:氟塑料、有机硅塑料无机聚合物 为基础的塑料:聚硫酸铁、聚氯化磷腈有机树脂 为基础的塑料:PE、PP、PVC等(2)按塑料的产量分

通用塑料:指一般用途的塑料。优点:成本低、产量大、用途广泛、性能变化大、制品多样;缺点:机械性能和耐热性不高 工程塑料:指适于作工程机构件和化工设备等工业用途的塑料,与通用塑料无严格的区分。优点:强度、刚性、硬度等均比通用塑料高、耐高、低温性能好。 缺点:产量相对小,成本较高。 特种工程塑料:相对于通用工程塑料而言,其耐热等级更高,价格更贵,产量更小。主要品种包括:聚苯硫醚、聚醚醚酮、聚酰亚胺等。

(3)按塑料具有的特定功能分

可分为多种多样的功能性塑料,即在特定的应用领域内具有某种突出的特殊性能,如耐腐蚀塑料,高绝缘性塑料,导电塑料,磁性塑料,医用塑料,光敏塑料等等。

(4)按化学结构及热行为分

热塑性:以热塑性树脂为基础,其树脂的结构一般为直链型或带有少量支链的线性结构,多数为碳-碳为主链的聚合物。分子链之间主要以次价力或氢键相吸引而显示一定强度,同时表现出弹性和塑性。在适当的溶剂中能溶解;在加热状态下能熔化,其间只经历物理过程,不发生化学变化。即所谓的“可溶、可熔”的特性。

热塑性塑料中的树脂,按照聚集态结构又分为结晶态和非结晶态两种。

热固性:起初,一般是分子量不高的预聚物或齐聚物,在适当的溶剂中可以溶解或溶胀;受热也可以熔化。但是,热固性树脂具有一定的反应活性,在熔化和继续受热过程中,具有反应活性的官能团(基团)会发生化学反应,形成新的化学键,即所谓的“固化反应”。经过“固化反应”的塑料,由原来的线性结构演变为三维体型(网状)结构。这时的塑料不能溶于溶剂,受热也不会熔化。即“不溶、不熔”。

2. LDPE、HDPE、LLDPE结构和性能上有何差异?

答:PE主链基本上是饱和的脂肪烃长链,具有与烷烃相似的结构。但其化学组成随着PE的聚合条件不同,有高(HDPE)、低密度聚乙烯(LDPE)之分,主链上有数目不同,长短不等的支链侧基,甚至也有少量不同类型的双键,在LDPE中尚有一定量的碳基和醚基。不同品种PE上支链数目的大小依次为LDPE>线性低密度聚乙烯(LLDPE)>HDPE,支链越多其耐光降解和氧化能力越差。HDPE中仅有少数短支链,系线型大分子,大分子链之间没有键连接,因此软而富有弹性;LDPE则为有长,短支链的线型大分子,支链使大分子链间距离增大,大分子堆砌松散,密度低结晶度也低,更柔软,因而LDPE的硬度、强度和耐热性等都随之下降。

HDPE近乎线型分子,分子链能规整排列、紧密堆砌,易形成结晶结构,因而密度大而结晶度高;LDPE主链上多而长的支链影响了大分子链排列的规整性,堆砌不紧密,阻碍了结晶,所以不同类型聚乙烯的结晶度不同,LDPE为65%左右,HDPE为80~90%左右,LLDPE为65~75%左右。随结晶度的提高,PE制品的密度、刚性、硬度和强度等性能提高,但其冲击性能下降。聚乙烯品种之间不仅结晶度有差别,结晶形态与晶体参数也不尽相同。

由于各种聚乙烯结晶性能的不同,而且通常结晶度较大,因此,熔体冷却后收缩率大,它随密度不同而异。LDPE的收缩率为1~3.6%;HDPE的收缩率则高达1.5~3.6%。因而,在设计制品及模具时,应予考虑。PE熔点明显,熔程范围窄,这对选择成型加工时的加工温度及PE熔体停留时间极为重要。

29. 从分子结构、聚集态结构等方面分析聚丙烯的典型特征。

答:PP主链碳原子上交替存在着甲基,使其与聚乙烯有存在一些差别:甲基的存在使主链略显僵硬,分子对称性下降,僵硬性使聚丙烯的结晶温度、熔融温度增高,而对称性下降又使它熔融温度降低,就最规整的聚丙烯而言,其净效应是熔融温度比最规整的聚乙烯提高近50℃。聚丙烯中的侧甲基还使叔C原子活化,也影响了聚丙烯的化学特性,如对氧更敏感,更不稳定,热和高能射线辐照导致聚丙烯发生断链而不是交联。聚丙烯中的侧甲基还使所有其它结构特征也发生相应变化。因此,聚丙烯一系列性能除与相对分子质量及其分布有关外,还与其结构特征有很大关系。

有规聚丙烯结构规整,结晶能力很强。聚丙烯的晶体形态较复杂,在不同温度条件下会显示五种晶型,α、β、γ、δ和拟六方。其α晶型为单斜晶系所形成的最普通形式,约在138℃产生,结构最稳定,熔融温度最高。β晶态是在128℃下等温结晶、热压成型加入晶粒成核剂时产生的,其稳定性比α晶差,熔融温度约145~150℃,在熔融温度以上热处理时即全部熔化,然后可再结晶成态α态。各种晶型对PP的性能影响是错综复杂的,这也就决定了PP的性能随成型条件而变化的多样性,以及对条件控制选择的灵活性。

30. PVC加工过程中为什么会颜色变深?

答: PVC分子链中含有强极性的氯原子,分子间作用力大,这使PVC制品的刚性、硬度、力学较高,并赋予优异的难燃性能,但其介电常数和介电损耗角正切值比PE大。PVC树脂含有聚合反应中残留的少量双键、支链及引发剂残基,加之两相邻碳原子之间含有氯原子和氢原子,易脱氯化氢,使PVC在光、热作用下易发生降解反应。PVC的热稳定性十分差,受热分解脱出氯化氢(HCl),并形成多烯结构。PVC加热到100℃,就开始脱HCl;达到130℃时,已比较严重,超过150℃,则脱HCl十分迅速。与此同时,PVC的颜色也逐渐发生变化,由白-微红-粉红-浅黄-褐色-红棕-红黑-黑色。而PVC的熔融温度为160℃,因此纯PVC树脂难以用热塑性方法加工。

31. 从分子结构出发分析PC结构和性能的关系?

答: 苯环是大共扼的芳香环,它本身是分子主链上不能弯曲的刚性部分,它减小分子链的柔曲性,又减小聚合物在有机溶液中的溶解性和吸水性。

氧基(-O-)的作用相反,它增大链的柔曲性,使链段容易绕氧基的两端键发生内旋转,并增大聚合物在有机溶剂中的溶解性。

O极性较大的碳基

C,增加分子间的作用力,使分子间靠得紧些。由于分子链

各处粗细不同,空间障碍(位阻)加强,从而使分子彼此之间的刚性有所加强。

碳基和氧基结合成的酯基是聚碳酸酯较易溶于极性有机溶剂的一个重要原因,也是聚碳酸酯的电绝缘性能不及非极性的聚乙烯和弱极性的聚苯乙烯的基本原因,它较易水解而断裂。

CH3C异丙基

CH3上带有两个非极性的甲基,

一方面位阻增大,使得大分子内旋转不易,

刚性增加,另一方面增加了链间距,减弱了分子间作用力,这两个影响相互矛盾,而使分子链刚性和位阻增大的影响略大。

总的看来,苯撑()和羰基使分子链刚性增加的影响超过了氧基的相

反作用。但氧基的存在使聚碳酸酯又具有相当的韧性。

聚碳酸酯分子链的刚性相当大(包括由于相邻分子间刚性的彼此加强),致使玻璃化转变温度较高;较大的分子间作用力和刚性分子链彼此缠结不易解除,使分子间相对滑动困难,从而熔融温度较高。链的刚性大又使高聚物在受力下的形变成小,尺寸稳定,并阻碍大分子取向和结晶,而当受外力强迫取向后不易松弛,所以在制品中的残留内应力难以消除。由于相当大的刚性和较大的分子间作用力加强了一定的位阻,所以其机械强度也较高。

32. 高分子材料成型加工过程中为什么要使用助剂?

答:加工助剂就是改善塑料的使用性能、加工性能或降低成本而添加的物质。成型加工过程中之所以要使用助剂是从使用性能、加工性能、成本以及特殊性能要求等方面考虑的。 (1)使用性能:任何一种聚合物(树脂)都很难同时满足使用性能要求。例如:强度:玻纤增强的塑料(玻璃钢);韧性:PS、PP、PA等 + 弹性体(橡胶等);表面性能:印刷、染色;(2)加工性能(高速化):如流动性:润滑剂(PVC降解);加工窗口:增塑剂使Tf降低;稳定剂使Td升高;(3)降低成本:填料的使用

(4)特殊性能要求:塑料制品,特别是有特殊用途的塑料制品,如色泽、抗静电、抗粘、阻燃等,也需加入助剂。

(5)环保、污染(公害防止技术):消除废旧塑料的污染;生物降解材料—淀粉;化学降解—稀土化合物。