第一篇：高分子材料成型加工

第一章

1.高分子材料的定義

以高分子材料為主要組分的材料

2.高分子材料成型加工的定義

高分子材料是通過成型加工工藝得到具有實用性的材料或制品過程的工程技術

3.高分子材料工程特征的含義

高分子材料制品的性能既與材料本身的性質有關，有很大程度上受成型加工過程所產生的附加性質的影響

第三章

2.熱穩(wěn)定劑是一類能夠防止高分子材料在成型加工或使用過程中因受熱而發(fā)生降解或交聯的添加劑

分類： 鉛鹽類穩(wěn)定劑，有機錫類穩(wěn)定劑，有機銻類穩(wěn)定劑，有機輔助穩(wěn)定劑，復合穩(wěn)定劑，稀土類穩(wěn)定劑

用于食品： 有機錫類穩(wěn)定劑，復合穩(wěn)定劑，稀土類穩(wěn)定劑

3.Pvc塑料

因為PVC是一種極現在高溫下的加工成型。

？？/、？性高分子，分子間的作用力很強，導致加工溫度超過其分解溫度，只有加入熱穩(wěn)定劑才能實

4.抗氧劑是指可抑制或延緩高分子材料自動氧化速度，延長其使用壽命的物質。

抗臭氧劑是指可以阻止或延緩高分子材料發(fā)生臭氧破壞的化學物質。

不同：抗氧劑是抑制擴散到制品內部的氧，而抗臭氧只是在制品表面上發(fā)揮作用。

5.光穩(wěn)定劑是可有效地抑制光致降解物理和化學過程的一類添加劑。

？/、？/ 8.潤滑劑是降低熔體與加工機械或成型模具之間以及熔體內部相互直接按的摩擦和黏附，改善加工流動性，提高生產能力和制品外觀質量的一類添加劑。

因為其可以調節(jié)PVC樹脂熔化速率和降低熔體黏度 9.？？？

10.硫化促進劑：提高硫化速度，縮短硫化時間，降低硫化溫度，減少了硫化劑用量，提高或改善硫化膠物理機械性能

硫化活性劑：提高膠料中硫化促進劑的活性，減少硫化促進劑的用量，縮短硫化時間 防焦劑：少量加入即可防止或延遲膠料在加工和貯存時產生焦燒 12.著色劑，發(fā)泡劑，阻燃劑，抗靜電劑，偶聯劑，防霉劑

第四章

1.高分子材料制品設計中，成型加工方法選擇的依據是什么？

制品形狀，產品尺寸，材料特征，公差精度，加工成本

2.？？ 3.？？ 4.高分子材料進行配方設計的一般原則和依據各是什么？

制品的性能要求：抓住主要矛盾，用其所長，避其所短，必要時可共混或復合改性

成型加工性能的要求：各種成型加工方法的工藝和設備各有其特點，對材料的要求也不同，故需充分考慮。

原材料的要求：材料的主體成分-高分子化合物決定了材料的基本性能，添加劑對材料及其制品的性能有很大的影響

產品的經濟成本要求：在滿足使用性能的前提下，選用質量穩(wěn)定可靠，價格低的原材料，調節(jié)配方，盡可能的減少成本

5.配方有哪幾種表示方法？各有何作用？相互關系是什么？

以質量份數表示的配方：以高分子化合物為100份，計量容易，應用廣泛，適于工業(yè)生產

以質量百分數表示的配方：以混合料為100份，計算原材料消耗，定額指標等方便，便于財務的成本核算及定價

以體積百分數表示的配方：以混合體積為100份，便于計算體積成本及原材料倉儲體積

生產配方：生產中實際使用的配方表示形式，便于直接計算，符合生產實際

相互關系：？/?、??？

第六章

1．物料的混合有哪三種基本運動形式？聚合物成型時熔融物料的混合以哪一種運動形式為主？為什么？

答：混合涉及到三種擴散的基本運動形式，即分子擴散、渦流擴散和體積擴散。

體積擴散，即對流混合。是指流體質點、液滴或固體粒子由系統的一個空間位臵向另一空間位臵的運動，兩種或多種組分在相互占有的空間內發(fā)生運動，以期達到各組分的均勻分布。在聚合物加工中，這種混合占支配地位。

2．什么是“非分散混合”，什么是“分散混合”，兩者各主要通過何種物料運動和混合操作來實現？ 答：非分散混合。在混合中僅增加粒子在混合物中分布均勻性而不減小粒子初始尺寸的過程稱為非分散混合或簡單混合。

這種混合的運動基本形式是通過對流來實現的，可通過包括塞形流動和不需要物料連續(xù)變形的簡單體積排列和臵換來達到。

分散混合。是指在混合過程中發(fā)生粒子尺寸減小到極限值，同時增加相界面和提高混合物組分均勻性的混合過程。分散混合的目的是把少數組分的固體顆粒和液滿分散開來，成為最終粒子或允許的更小顆?；蛞旱?，并均勻地分布到多組分中，這就涉及少組分在變形粘性流體中的破裂問題，這是靠強迫混合物通過窄間隙而形成的高剪切區(qū)來完成的。

3.為什么在評定固體物料的混合狀態(tài)時不僅要比較取樣中各組分的比率與總體比率的差異大小，而且還要考察混合料的分散程度？ 答：衡量混合效果需從物料的均勻程度和組分的分散程度兩方面來考慮。均勻程度指混入物所占物料的比率與理論或總體比率的差異。但就是相同比率的混合情況也是十分復雜的。在取樣分析組成時，若一次抽取的試樣的量足夠多，或者，一次取樣量雖不多，但取樣的次數足夠多，雖然每次抽取的試樣分析結果有所出入，但（取多個試樣分析結果的平均值時，）仍可得出混合情況相同的結論。然而從混合料中各組分的分散程度來看，則可能相差甚遠。因此，在判定物料的混合狀態(tài)時，還必須考慮各組分的分散程度。

4.溫度對生膠塑煉有何影響？為什么天然橡膠在110℃時塑煉效果最差？ 答：低溫下，氧和橡膠大分子的直接引發(fā)氧化作用很小，但是低溫橡膠的粘度很高，機械剪切作用力大大提高，橡膠大分子鏈在機械力作用下的斷裂破壞是主要的，其斷裂生成的大分子游離基立即與周圍的空氣中的氧相結合，生成分子量較小的穩(wěn)定大分子，自由基活性得到終止。高溫時，氧和橡膠大分子的化學活潑性大大提高，氧可以直接引發(fā)大分子發(fā)生氧化裂解反應，隨著溫度的升高反應速度急劇加大，所以機械塑煉效果也隨之加大。當天然橡膠在110攝氏度的時候，它的機械力作用是最小的時候，氧化裂解的作用也是最小的時候。5．天然橡膠的低溫機械塑煉的目的及其原理與聚氯乙烯塑料中添加鄰苯二甲酸二丁酯的目的及其原理有何異同？

答：天然橡膠的低溫機械塑煉的目的是提高天然橡膠的可塑性，便于配合劑在基體中的均勻分布，也有利于后續(xù)的成型加工；原理是在主要在機械力的作用下，使大分子鏈發(fā)生斷鏈。

聚氯乙烯塑料中添加鄰苯二甲酸二丁酯的目的是為了降低大分子鏈之間的作用下，提高鏈段的運動能力，使得玻璃化溫度降低，最終制品的韌性增強，柔性增大。

6．何謂橡膠的混煉？用開煉機混煉時三階段及配合劑的加入次序？ 答：混煉就是將各種配合劑與可塑度合乎要求的生膠或塑煉膠在機械作用下混合均勻，制成混煉膠的過程。開煉機混煉經歷包輥、吃粉、翻搗三個階段。

配合劑加入順序是混煉主要的工藝條件，為了能在較短的混煉時間里得到質量良好的混煉膠，應根據配合劑的作用、用量及其混煉特性來合理安排加入順序。一般原則是；難分散的、量少的先加；易分散的、量多的后加；硫化劑和促進劑分開加，以免混在一起加入時因局部溫度過高而使膠料焦燒；硫黃最后加。所以通常配合劑加入順序為： 生膠一固體軟化劑—促進劑、活性劑、防老劑一補強劑、填充劑一液體軟化劑—硫黃及超促進劑。

7．何謂膠料混煉過程中產生的結合橡膠？

答：生膠在塑煉時橡膠大分子斷鏈生成自由基，這種情況在混煉時同樣會發(fā)生。在混煉過程中，橡膠分子斷鏈生成大分子自由基可以與炭黑粒子表面的活性部位結合，也可以與發(fā)黑聚集體在混煉時被搓開所產生的具有較高活性的新生面結合，或者已與炭黑結合的橡膠又通過纏結或交聯結合更多的橡膠，形成一種不溶于橡膠溶劑的產物--結合橡膠。

8.區(qū)分“簡單組分高分子材料”和“復雜組分高分子材料”，并請各舉2-3例

答：簡單組分高分子材料：主要由高聚物組成(含量很高，可達95%以上)，加入少量(或不加入)抗氧劑、潤滑劑、著色劑等添加劑。如： PE、PP、PTFE。

復雜組分高分子材料：復雜組分塑料則是由合成樹脂與多種起不同作用的配合劑組成，如填充劑、增塑劑、穩(wěn)定劑等組成。如：PF、SPVC 9.成型用的塑料形態(tài)有哪幾種？各種形態(tài)的塑料有什么不同的特點？它們的應用情況如何？

答：熱塑性塑料：熱塑性塑料分子結構都是線型結構，在受熱時發(fā)生軟化或熔化，可塑制成一定的形狀，冷卻后又變硬。在受熱到一定程度又重新軟化，冷卻后又變硬，這種過程能夠反復進行多次。如聚氯乙烯、聚乙烯、聚苯乙烯等。塑性塑料成型過程簡單，能夠連續(xù)化生產，并且具有相當高的機械強度，因此發(fā)展很快。

熱固性塑料：熱固性塑料的分子結構是體型結構，在受熱時也發(fā)生軟化，可以塑制成一定的形態(tài)，但是受熱到一定程度或加入少量固化劑后，就硬化定型，再加熱也不會變軟和改變形態(tài)了。熱固性塑料加工成型后，受熱不再軟化，因此不能回收再用，如酚醛塑料、氨基塑料、環(huán)氧樹脂等都是屬于此類塑料。熱固性塑料成型工藝過程比較復雜，所以連續(xù)生產有一定的困難，但其耐熱性好、不容易變形，而且價格比較低廉。

工程塑料：工程塑料是可作為工程結構材料和代替金屬制造機器零部件等的塑料。例如聚酰胺、聚碳酸酯、聚甲醛、ABS樹脂、聚四氟乙烯、聚酯、聚砜聚酰亞胺等。工程塑料具有密度小、化學穩(wěn)定性高、機械性能良好、電絕緣性優(yōu)越、加工成型容易等特點，廣泛應用于汽車、電器、化工、機械、儀器、儀表等工業(yè)，也應用于宇宙航行、火箭、導彈等方面。

通用塑料：是指產量大、價格低、應用范圍廣的塑料，主要包括聚烯烴、聚氯乙烯、聚苯乙烯、酚醛塑料和氨基塑料五大品種。人們日常生活中使用的許多制品都是由這些通用塑料制成。10．什么叫塑料的混合和塑化，其主要區(qū)別在哪里？

答：這是物料的初混合，是一種簡單混合，是在樹脂的流動溫度以下和較低剪切作用下進行的，在這一混合過程中，只是增加各組分微?？臻g的無規(guī)則排列程度，而不減小粒子的尺寸。一般是一個間歇操作過程。

塑化物料在初混合基礎上的再混合過程，是在高于樹脂流動溫度和較強剪切作用下進行的。塑化的目的是使物料在溫度和剪切力的作用下熔融，獲得剪切混合的作用，驅出其中的水分和揮發(fā)物，使各組分的分散更趨均勻，得到具有一定可塑性的均勻物料。11．哪些機械通常用于塑料的初混合？哪些機械用于塑煉？ 答：初混合：在大批量生產時，較多使用高速混合機，其適用于固態(tài)混合和固液混合。S型和Z型捏合機主要適用于固態(tài)和液態(tài)混合，對物料有較強的撕捏作用，另外還有轉鼓式混合機和螺帶式混合機。塑化常用的設備主要是開放式塑煉機、密煉機和擠出機。12.塑料的塑化與橡膠的塑煉二者的目的和原理有何異同？

答：：塑化：再混合，是高一級的混合。在高于流動溫度（Tf或Tm）和較強烈的剪切速率下進行?；旌虾螅芰细鹘M份的物理和化學性質有所變化。其目的是使物料在一定溫度和剪切力下熔融，驅出其中的水份和揮發(fā)物。使各組份的分散更趨均勻，得到具有一定可塑性的均勻物料。

塑煉：使生膠由強韌的彈性轉變?yōu)槿彳浀谋阌诩庸さ乃苄誀顟B(tài)的過程。目的是使生膠獲得一定的可塑性，使之適合于混煉、壓延、壓出、成型等工藝操作；使生膠的可塑性均勻化，以便得到質量均勻的膠料。（目的是降低彈性，增加可塑性，獲得流動性；混煉時配合劑易于分散均勻，便于操作；使生膠分子量分布變窄，膠料質量均勻一致。）

13.什么是“生膠的塑煉”，什么是“塑料的塑煉”，為什么要分別對生膠和塑料進行塑煉？兩者分別可采取哪些措施，提高塑煉效果？ 答：生膠的塑煉：使生膠由強韌的彈性轉變?yōu)槿彳浀谋阌诩庸さ乃苄誀顟B(tài)的過程。目的是使生膠獲得一定的可塑性，使之適合于混煉、壓延、壓出、成型等工藝操作；使生膠的可塑性均勻化，以便得到質量均勻的膠料。（目的是降低彈性，增加可塑性，獲得流動性；混煉時配合劑易于分散均勻，便于操作；使生膠分子量分布變窄，膠料質量均勻一致。）

塑料的塑煉：再混合，是高一級的混合。在高于流動溫度（Tf或Tm）和較強烈的剪切速率下進行?；旌虾笏芰细鹘M份的物理和化學性質有所變化。其目的是使物料在一定溫度和剪切力下熔融，驅出其中的水份和揮發(fā)物。使各組份的分散更趨均勻，得到具有一定可塑性的均勻物料。

14.聚氯乙烯粒狀塑料與酚醛壓塑粉在配臵過程中的塑化工序、目的、作用原理有何不同？

答：聚氯乙烯粒狀塑料：通過雙鍵聚合而成，經過篩選、配料、混合、塑化成粒狀。

酚醛壓塑粉：過濾、配料、混合、塑化的粉狀塑料。目的：都是為了得到制品成型前的物料。

原理：使用的機械不同，他們的自身的物理化學性質不同，致使他們得到的物料不同。

15、何謂塑料溶液和溶膠塑料？

答：塑料溶液的主要組成是作為溶質的合成樹脂及各種配合劑和作為溶劑的有機溶劑。溶劑的作用是為了分散溶解樹脂，使得到的塑料溶液獲得流動性。溶劑對制品是沒有作用的，只是為了加工而加入的一種助劑，在成型過程中必須予以排出。

溶膠塑料又稱糊塑料，是固體樹脂穩(wěn)定地懸浮在非水液體介質中形成的分散體(懸浮體)。在溶膠塑料中氯乙烯聚合物或共聚物應用最廣，通常稱聚氯乙烯糊。

溶膠塑料中的非水液體主要是在室溫下對樹脂溶劑化作用很小而在高溫下又很易增塑樹脂的增塑劑或溶劑，是分散劑。有時還可加入非溶劑性的稀釋劑，甚至有些加入熱因性樹脂或其單體。除此之外，溶膠塑料還因不同的要求加入膠凝劑、填充劑、表面活性劑、穩(wěn)定劑、著色劑等各種配合劑，因此，溶液塑料的組成是比較復雜的，其在室溫下是非牛頓液體，具有一定流動性。16.簡述聚合物共混的目的及原則

答：1.利用各聚合物組分的性能，取長補短，消除各單一聚合物組分性能的缺點，保持各自的優(yōu)點，得到綜合性能優(yōu)異的聚合物材料。2.少量的某一聚合物作為另一個聚合物的改性劑，獲得顯著的改性效果。

3.通過共混改善聚合物的加工性能。

第七章

1．何謂熱固性塑料的固化速度？固化速率太慢或太快對制品有何影響？

答：這是熱固性塑料成型時特有的也是最重要的工藝性能，它是衡量熱固性塑料成型時化學反應的速度。它是以熱固性塑料在一定的溫度和壓力下，壓制標難試樣時，使制品的物理機械性能達到最佳值所需的時間與試件的厚度的比值(s/mm厚度)來表示，此值愈小，固化速率愈大。

固化速率應當適中，過小則生產周期長，生產效率低，但過大則流動性下降，會發(fā)止塑料尚未充滿模具型腔就已固化的現象，就不能適于成型薄壁和形狀復雜的制品。

2．簡述熱固性塑料模壓成型的工藝步驟。

答：熱固性塑料模壓成型工藝過程通常由成型物料的準備、成型和制品后處理三個階段組成。

1、計量；

2、預壓；

3、預熱；

4、嵌件安放；

5、加料；

6、閉模；

7、排氣；8．保壓固化；

9、脫模冷卻；

10、制品后處理；

3．試分析模壓溫度的高低對模壓成型工藝的影響。

答：模壓溫度是指成型時所規(guī)定的模具溫度，對塑料的熔觸、流動和樹脂的交聯反應速度有決定性的影響。

在一定的溫度范圍內，模溫升高、物料流動性提高，充模順利，交聯固化速度增加，模壓周期縮短，生產效率高。但過高的模壓溫度會使塑料的交聯反應過早開始和固化速度太快而使塑料的熔融粘度增加，流動性下降，造成充模不全。另外一方面，由于塑料是熱的不良導體，模溫高，固化速度快，會造成模腔內物料內外層固化不一，表層先行硬化，內層固化時交聯反應產生的低分子物難以向外揮發(fā)，會使制品發(fā)生腫脹、開裂和翹曲變形，而且內層固化完成時，制品表面可能已過熱，引起樹脂和有機填料等分解，會降低制品的機械性能。因此模壓形狀復雜、壁薄、深度大的制品，不宜選用高模溫，但經過預熱的塑料進行模壓時，由于內外層溫度較均勻，流動性好，可選用較高模溫。

模壓溫度過低時，不僅物料流動性差，而且固化速度慢，交聯反應難以充分進行，會造成制品強度低，無光澤，甚至制品表面出現腫脹，這是由于低溫下固化不完全的表層承受不住內部低分子物揮發(fā)而產生的壓力的緣故。

4.在熱固性塑料模壓成型中，提高模溫應相應地降低還是升高模壓壓力才對模壓成型工藝有利？為什么？

答：在熱固性塑料模壓成型中，提高模溫一般應相應地升高模壓壓力才對模壓成型工藝有利。在一定范圍內模溫提高能增加塑料的流動性，模壓壓力可降低；但模溫提高也會使塑料的交聯反應速度加速，從而導致熔融物料的粘度迅速增高，因而需更高的模壓壓力。綜合以 上因素，提高模溫一般應相應地提高模壓壓力。

5.熱固性塑料模壓成型中物料的預熱溫度對模壓壓力有何影響？為什么？

答：進行預熱可以使物料熔化速度加快，黏度下降，流動性提高，模壓壓力降低；但如果預熱溫度過高會使塑料在預熱過程中有部分固化，會抵消預熱增大流動性效果，模壓時需更高的壓力來保證物料充滿型腔。在預熱時軟化傾向>交聯傾向，一般經過預熱的物料可使用較低的模壓壓力。

6．在高分子材料成型加工中，哪些地方要求交聯？交聯能賦予高聚物制品哪些性能？

答：未硫化的橡膠Tg 在室溫以下，常溫下發(fā)黏，強度很低，基本無使用價值。通過硫化(交聯)，才能使用。酚醛樹脂、氨基樹脂、環(huán)氧樹脂、不飽和聚酯等是具有活性官能團的低分子量的齊聚物，也只有通過交聯，才能充分發(fā)揮它們的特性。在聚乙烯、聚氯乙烯、聚氨酯等泡沫塑料生產中，交聯也是極為重要的工藝技術，交聯有助于提高泡孔壁的強度。交聯后的性能取決于交聯密度。交聯密度高，相鄰交聯點之間相對分子質量小，鏈段活動性受到限制，Tg 隨之增高。交聯改善了高分子材料的力學性能、耐熱性能、化學穩(wěn)定性能和使用性能。

7．試述天然橡膠以硫磺硫化后的制品大分子結構特征。

答：硫化后，橡膠大分子結構中各部位已程度不同地形成了網狀結構，大分子鏈之間有主價鍵力的作用，使大分子鏈的相對運動受到一定的限制，在外力作用下，不易發(fā)生較大的位移，變形減小，強度增大，失去可溶性，只能有限溶脹。

8．試述橡膠硫化后的物理性能的變化，并解釋之。

答：天然橡膠在硫化過程中，隨著線型大分子逐漸變?yōu)榫W狀結構，可塑性減小，拉伸強度、定伸強度、硬度、彈性增加，而伸長率、永久變形、疲勞生熱等相應減小，但若繼續(xù)硫化，則出現拉伸強度、彈性逐漸下降，伸長率、永久變形反而會上升的現象。這些現象都是線形大分子轉變?yōu)榫W狀結構的特征。

9．生膠和硫化膠在分子結構及性能上有何不同？

答：硫化前：結構：線性大分子，分子與分子之間無價鍵力；

性能：可塑性大，伸長率高，具可溶性。

硫化后：結構：1）化學鍵；2）交聯鍵的位臵；3）交聯程度；

4）交聯

性能：1）力學性能（定伸強度、硬度、拉伸強度、伸

長率、彈性）；2）物理性能；3）化學穩(wěn)定性 10.橡膠的硫化歷程分為幾個階段？各階段的實質和意義是什么？ 答：橡膠在硫化過程中，其各種性能隨硫化時間增加而變化。將與橡膠交聯程度成正比的某一些性能(如定伸強度)的變化與對應的硫化時間作曲線圖，可得到硫化歷程圖。橡膠的硫化歷程可分為四個階段：焦燒階段、預硫階段、正硫化階段和過硫階段。

焦燒階段。又稱硫化誘導期，是指橡膠在硫化開始前的延遲作用時間，在此階段膠料尚未開始交聯，膠料在模型內有良好的流動性。對于模型硫化制品，膠料的流動、充模必須在此階段完成，否則就發(fā)生焦燒，出現制品花紋不清，缺膠等缺陷。

預硫階段。焦燒期以后橡膠開始交聯的階段。在此階段，隨著交聯反應的進行，橡膠的交聯程度逐漸增加，并形成網狀結構，橡膠的物理機械性能逐漸上升，但尚未達到預期的水平，但有些性能如抗撕裂性、耐磨性等卻優(yōu)于正硫化階段時的膠料。預硫階段的長短反映了橡膠硫化反應速度的快慢，主要取決于膠料的配方。

正硫化階段。橡膠的交聯反應達到一定的程度，此時的各項物理機械性能均達到或接近最佳值，其綜合性能最佳。此時交聯鍵發(fā)生重排、裂解等反應，膠料的物理機械性能在這個階段基本上保持恒定或變化很少．所以該階段也稱為平坦硫化階段。

過硫階段。正硫化以后繼續(xù)硫化便進入過硫階段。交聯反應和氧化及熱斷鏈反應貫穿于橡膠硫化過程的始終，只是在不同的階段，這兩種反應所占的地位不同，在過硫階段中往往氧化及熱斷鏈反應占主導地位，因此膠料出現物理機械性能下降的現象。

11．橡膠制品生產過程中，剩余焦燒時間的長短與橡膠制品的類型有什么關系？

答：不同的硫化方法和制品，對焦燒時間的長短亦有不同要求。在硫化模壓制品時，總是希望有較長的焦燒期，使膠料有充分時間在模型內進行流動，而不致使制品出現花紋不清晰或缺膠等缺陷。在非模型硫化中，則應要求硫化起步應盡可能早一些，因為膠料起步快而迅速變硬，有利于防止制品因受熱變軟而發(fā)生變形。不過在大多數情況下，仍希望有較長的焦燒時間以保證操作的安全性。12.何謂返原性膠料和非返原性膠料？

答：在過硫階段中不同的橡膠出現的情況是不同的。天然橡膠、丁苯橡膠等主鏈為線型大分子結構，在過硫階段斷鏈多于交聯而出現硫化返原現象；而對于大部分合成橡膠，如丁苯、丁腈橡膠，在過硫階段中易產生氧化支化反應和環(huán)化結構，膠料的物理機械性能變化很小，甚至保持恒定，這種膠料稱硫化非返原性膠料。

13.何謂硫化三要素？對硫化三要素控制不當會造成什么后果？ 答：硫化溫度、硫化壓力和硫化時間。

硫化溫度是促進硫化反應的主要因素，提高硫化溫度可以加快硫化速度，縮短硫化時間，提高生產效率。

硫化壓力的選取主要根據膠料的性質、產品結構和其他工藝條件等決定的。對流動性較差的，產品形狀結構復雜的，或者產品較厚、層數多的宜選用較大的硫化壓力。硫化溫度提高，硫化壓力也應高一些。但過高壓力對橡膠的性能也不利，高壓會對橡膠分子鏈的熱降解有加速作用；對于含纖維織物的膠料，高壓會使織物材料的結構被破壞，導致耐屈撓性能下降。

橡膠在硫化過程中，性能在不斷變化，所以選取恰當的硫化時間對保證制品質量十分重要。在一定的硫化溫度和壓力下，橡膠有一最宜的硫化時間，時間太長則過硫，時間太短則欠硫，對產品性能都不利。14.何謂正硫化和正硫化時間？正硫化時間的測定方法有哪幾種？各有何特點？

答：正硫化是一個階段，在正硫化階段中，膠料的各項物理機械性能保持最高值，但橡膠的各項性能指標往往不會在同一時間達到最佳值。

橡膠處在正硫化時，其物理機械性能或綜合性能達到最佳值，預硫或過硫階段膠料性能均不好。達到正硫化所需的時間為正硫化時間。測定正硫化點的方法很多，主要有物理機械性能法、化學法和專用儀器法。

(1)物理機械性能法。此法的缺點是麻煩，不經濟。

(2)化學法。測定橡膠在硫化過程中游離硫的含量，以及用溶脹法測定硫化膠的網狀結構的變化來確定正硫化點。此法誤差較大，適應性不廣，有一定限制。

(3)專用儀器法。這是用專門的測試儀器來測定橡膠硫化特性并確定正硫化點的方法。目前主要有門尼粘度計和各類硫化儀，其中轉子旋轉振蕩式硫化儀用得最為廣泛。

15．某一膠料的硫化溫度系數為2，當硫化溫度為137℃時，測出其硫化時間為80min，若將硫化溫度提高到143℃，求該膠料達正硫化所需要的時間？上述膠料的硫化溫度時間縮短到60min時，求所選取的硫化溫度是多少？

t答：1?Kt280?2t2143?13710T2?T110

t2=52min 80?260T2?13710

1.249=0.3010(T2-137)

T2=141.2℃

16.某膠料的硫化溫度系數為2，在實驗室中用試片測定，當硫化溫度為143℃時，硫化平坦時間為20---80min，該膠料在140℃下于模型中硫化了70min,問是否達到正硫化？

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在硫化平坦時間20---80min范圍內

∴該膠料已達到正硫化

17．繪出增強熱固性塑料層壓板成型時熱壓過程五個時期的溫度和壓力與時間的關系曲線，并說明各時期的溫度和壓力在成型中的作用。答：壓制的溫度控制一般分為五個階段

預熱階段：板坯的溫度由室溫升至樹脂開始交聯反應的溫度，使樹脂開始熔化，并進一步滲入增強材料中，同時排出部分揮發(fā)物。此時的壓力＝最高壓力的1/3～1/2。

中間保溫階段：樹脂在較低的反應速度下進行交聯固化反應，直至溢料不能拉成絲，然后開始升溫升壓。

升溫階段：將溫度和壓力升至最高，加快交聯反應。（此時樹脂的流動性已下降，高溫高壓不會造成膠料流失）

熱壓保溫階段：在規(guī)定的溫度和壓力下，保持一定時間，使樹脂充分交聯固化。

冷卻階段：樹脂在充分交聯后，使溫度逐漸降低，進行降溫冷卻。

第八章

1．擠出機螺桿在結構上為何分段？分段的根據是什么？

答：根據物料在螺桿中的溫度、壓力、黏度等的變化特征，可將螺桿分為加料段、壓縮段、均化段三段。

2．擠出螺桿一般分為哪幾段？每段各有什么作用？對于晶態(tài)塑料的擠出成型，應選擇何種螺桿？其L2 的長度有何特征，為什么？ 答：根據物料在螺桿中的溫度、壓力、粘度等的變化特征，可將螺桿分為加料段、壓縮段和均化段三段。

加料段：加料段的作用是對料斗送來的塑料進行加熱，同時輸送到壓縮段。塑料在該段螺槽始終保持固體狀態(tài)。壓縮段：又叫相遷移段，其作用是對加料段送來的料起擠壓和剪切作用，同時使物料繼續(xù)受熱，由固體逐漸轉變?yōu)槿廴隗w，趕走塑料中的空氣及其他揮發(fā)成分，增大塑料的密度，塑料通過壓縮段后，應該成為完全塑化的粘流狀態(tài)。

均化段：又叫計量段，其作用是將塑化均勻的物料在均化段螺槽和機頭回壓作用下進一步攪拌塑化均勻，并定量定壓地通過機頭口模擠出成型。

對于晶態(tài)塑料的擠出成型：擠出結晶型熱塑性塑料的加料段要求較長，使塑料有足夠的停留時間，慢慢軟化，該段約占螺桿全長的60% 65%；結晶型塑料，熔融溫度范圍較窄，壓縮段較短，為3 5Ds；為了穩(wěn)定料流，均化段應有足夠的長度，通常是螺桿全長的20% 25%。

其L2 的長度較短，因為其熔融溫度范圍較窄。

3．什么叫壓縮比？擠出機螺桿設計中的壓縮比根據什么來確定？ 答：螺桿的壓縮比A：指螺桿加料段第一個螺槽的容積與均化段最后一個螺槽的容積之它表示塑料通過螺桿的全過程被壓縮的程度。A愈大，塑料受到擠壓的作用也就愈大，排除物料中所含空氣的能力就大。但A太大，螺桿本身的機械強度下降。壓縮比一般在2 5之間。

壓縮比的大小取決于擠出塑料的種類和形態(tài)，粉狀塑料的相對密度小，夾帶空氣多，其壓縮比應大于粒狀塑料。另外擠出薄壁狀制品時，壓縮比應比擠出厚壁制品大。壓縮比的獲得主要采用等距變深螺槽、等深度變距螺槽和變深變距螺槽等方法，其中等距變深螺槽是最常用的方法。

4．什么是擠出機螺桿的長徑比？長徑比的大小對塑料擠出成型有什么影響？長徑比太大又會造成什么后果？

答：螺桿的長徑比L/Ds：指螺桿工作部分的有效長度L與直徑Ds之比，此值通常為15 25，但近年來發(fā)展的擠出機有達40的，甚至更大。

L/Ds大，能改善塑料的溫度分布，混合更均勻，并可減少擠出時的逆流和漏流，提高擠出機的生產能力。L/Ds過小，對塑料的混合和塑化都不利。因此，對于硬塑料、粉狀塑料或結晶型塑料要求塑化時間長，應選較大的L/Ds。L/Ds大的螺桿適應性強，可用于多種塑料的擠出。

但L/Ds大大，對熱敏性塑料會因受熱時間大長而易分解，同時螺桿的自重增加，制造和安裝都困難，也增大了擠出機的功率消耗。目前，L/Ds以25居多。

5．漸變型和突變型螺桿有何區(qū)別？它們各適合哪類塑料的擠出？為什么？

答：等距變深螺桿按其螺槽深度變化的快慢(即壓縮段的長短)又可分為等距漸變形螺桿和等距突變形螺桿。非晶型塑料宜選用漸變形螺桿，結晶型塑料宜選用突變形螺桿。

6．如欲提高擠出機加料段固體輸送能力，應對設備采取什么措施？指出其理論依據。答：固體塞的移動情況是旋轉運動還是軸向運動占優(yōu)勢，主要決定于螺桿表面和料筒表面與物料之間的摩擦力的大小。只有物料與螺桿之間的摩擦力小于物料與料筒之間的摩擦力時，物料才沿軸向前進；否則物料將與螺桿一起轉動，因此只要能正確控制物料與螺桿及物料與料筒之間的靜摩擦因數，即可提高固體輸送能力。

為了提高固體輸送速率，應降低物料與螺桿的靜摩擦因數，提高物料與料筒的徑向靜摩擦因數。要求螺桿表面有很高的光潔度，在螺桿中心通入冷卻水，適當降低螺桿的表面溫度，因為固體物料對金屬的靜摩擦因數是隨溫度的降低而減小的。

7．塑料在擠出機中的熔化長度的意義是什么？

答：擠出過程中，在加料段內是充滿未熔融的固體粒子，在均化段內則充滿著已熔化的物料，而在螺桿中間的壓縮段內固體粒子與熔融物共存，物料的熔化過程就是在此區(qū)段內進行的，故壓縮段又稱為熔化區(qū)。在熔化區(qū)，物料的熔融過程是逐漸進行的，自熔化區(qū)始點A開始，固體床的寬度將逐漸減小，熔池的寬度逐漸增加，直到熔化區(qū)終點B，固體床的寬度下降到零，進入均化段，固體床消失，螺槽全部充滿熔體。從熔化開始到固體床的寬度降到零為止的總長度，稱為熔化長度。

8．塑料熔體在擠出機螺槽內有幾種流動形式？造成這幾種流動的主要原因是什么？

答：從壓縮段送入均化段的物料是具有恒定密度的粘流態(tài)物料，在該段物料的流動已成為粘性流體的流動，物料不僅受到旋轉螺桿的擠壓作用，同時受到由于機頭口模的阻力所造成的反壓作用，物料的流動情況很復雜。

通常把物料在螺槽中的流動看成由下面四種類型的流動所組成：(1)正流：是物料沿螺槽方向向機頭的流動，這是均化段熔體的主流，是由于螺桿旋轉時螺棱的推擠作用所引起的，從理論分析上來說，這種流動是由物料在深槽中受機筒摩擦拖曳作用而產生的，故也稱為拖曳流動，它起擠出物料的作用。

(2)逆流：沿螺槽與正流方向相反的流動，它是由機頭口模、過濾網等對料流的阻礙所引起的反壓流動，故又稱壓力流動，它將引起擠出生產能力的損失。

(3)橫流：物料沿x軸和y軸兩方向在螺槽內往復流動，也是螺桿旋轉時螺棱的推擠作用和阻擋作用所造成的，僅限于在每個螺槽內的環(huán)流，對總的擠出生產率影響不大，但對于物料的熱交換、混合和進一步的均勻塑化影響很大。

(4)漏流：物料在螺桿和料筒的間隙沿著螺桿的軸向往料斗方向的流動，它也是由于機頭和口模等對物料的阻力所產生的反壓流功。9.分析擠出成型時，螺桿均化段末端黏流態(tài)物料的壓力與哪些因素有關？

10.各種擠出成型制品的生產線由各自的主、輔機組成，請歸納它們的工藝過程，用框圖表示

11.塑料薄膜擠出生產工藝方法有哪幾種？簡要分析各種方法的工藝特點。不同成型方法所得的塑料薄膜性能有何不同的特點及應用情況如何？

12．管材擠出的工藝過程是什么？擠出管材如何定徑？

答：管材擠出的基本工藝是：由擠出機均化段出來的塑化均勻的塑料，經過過濾網、粗濾器而達分流器，并為分流器文架分為若干支流，離開分流器文架后再重新匯合起來，進入管芯口模間的環(huán)形通道，最后通過口模到擠出機外而成管子，接著經過定徑套定徑和初步冷卻，再進入冷卻水槽或具有噴淋裝臵的冷卻水箱，進一步冷卻成為具有一定口徑的管材，最后經由牽引裝臵引出并根據規(guī)定的長度要求而切割得到所需的制品。

管材擠出裝臵由擠出機、機頭口模、定型裝臵、冷卻水槽、牽引及切割裝臵等組成，其中擠出機的機頭口模和定型裝臵是管材擠出的關鍵部件。

管材擠出后，溫度仍然很高，為了得到準確的尺寸和幾何形狀以及表面光潔的管子，應立即進行定徑和冷卻，以使其定型。

外徑定型是使擠出的管子的外壁與定徑套的內壁相接觸而起定型作用的，為此，可用向管內通入壓縮空氣的內壓法或在管子外壁抽真空法來實現外徑定型。

內壓法進行外徑定型的定徑套如圖所示。定型時，可通過分料筋的孔道通入一定壓力的壓縮空氣(一般為0.05--0.3MPa表壓)。并在擠出的管端或管內封塞。定徑套的外壁為夾套，內通冷卻水以冷卻管子，經定徑后的管子離開定徑套時不再變形。

第九章

1.何謂注射成型，它有何特點？請用框圖表示一個完整的注射成型工藝過程。

答：塑料的注射成型又稱注射模塑，或簡稱注塑，是塑料制品成型的重要方法。目前注射制品約占塑料制品總量的30%。在工程塑料中有80%是采用注射成型。

注射成型是間歇生產過程，除了很大的管、棒、板等型材不能用此法生產外，其他各種形狀、尺寸的塑料制品都可以用這種方法生產。它不但常用于樹脂的直接注射，也可用于復合材料、增強塑料及泡沫塑料的成型，也可同其他工藝結合起來，如與吹脹相互配合而組成注射—吹塑成型。

塑料的注射成型是將粒狀成粉狀塑料加入到注射機的料筒，經加熱熔化呈流動狀態(tài)，然后在注射機的柱塞或移動螺桿快速而又連續(xù)的壓力下，從料簡前端的噴嘴中以很高的壓力和很快的速度注入到閉合的模具內。充滿模腔的熔體在受壓的情況下，經冷卻（熱塑性塑料）或加熱(熱固性塑料)固化后，開模得到與摸具型腔相應的制品。

2.塑料擠出機的螺桿與移動螺桿式注射機的螺桿在結構特點和各自的成型作用上有何異同？

答：注射螺桿與擠出螺桿在結構上有如下區(qū)別： 1)注射螺桿的長徑比較小，在10 15之間。2)注射螺桿壓縮比較小，在2 2.5之間。

3)注射螺桿均化段長度較短，但螺槽深度較深，以提高生產率。為了提高塑化量，加料段較長，約為螺桿長度的一半。4)注射螺桿的頭部呈尖頭型，與噴嘴能很好的吻合。

注射螺桿起預塑化和注射作用，是間歇操作過程，它對物料的塑化能力、穩(wěn)定以及操作連續(xù)性等要求沒有擠出螺桿那么嚴格。

注射機的螺桿功能為加料、輸送、塑化和注射；而擠出機的螺桿功能則是加料、輸送、塑化和擠出。

注射機螺桿的運動方式為：旋轉、軸向運動；而擠出機的螺桿運動方式為旋轉。

注射機的螺桿頭部為尖頭；而擠出機的螺桿頭部為圓頭、平頭。3.請從加熱效率出發(fā)，分析柱塞式注射機上必須使用分流梭的原因。

答：分流梭裝在料筒前的中心部分，是兩端錐形的金屬圓錐體，形如魚雷，因此也叫魚雷頭。分流梭的作用是將料筒內流經該處的料成為薄層，使塑料流體產生分流和收斂流動，以縮短傳熱導程。既加快了熱傳導，也有利于減少或避免塑料過熱而引起的熱分解現象。同時，塑料熔體分流后，在分流梭與料簡間隙中流速增加，剪切速度增大，從而產生較大的摩擦熱，料溫升高，粘度下降，使塑料得到進一步的混合塑化，有效提高柱塞式注射機的生產率及制品質量。

柱塞式注射機必須采用分流梭，移動螺桿式注射機的塑化效果好，不采用分流梭。

4.注射機的噴嘴有哪幾種類型？各適合何種聚合物材料的注射成型？

答：在料筒的前部，是連接料筒和塑模的通道，其作用是引導塑化料從料筒進入棋具，并使有一定的射程。噴嘴的內徑一般都是自進口逐漸向出口收斂，以便與模具緊密接觸，由于噴嘴的內徑不大，當塑料通過時，流速增大，剪切速度增加，能使塑料進一步塑化。熱塑性塑料的注射噴嘴類型很多，結構各異，使用最普遍的有如下三種形式：

1)通用式噴嘴：是最普遍的形式，制造方便，無加熱裝臵，注射壓力損失小，常用于聚乙烯、聚苯乙烯、聚氯乙烯及纖維素等的注射成型。2)延伸式噴嘴：是通用式噴嘴的改進型，制造方便，有加熱裝臵，注射壓力降較小，適用于有機玻璃、聚甲醛、聚砜、聚碳酸酯等高粘度樹脂。

3)彈簧針閥式噴嘴：是一種自鎖式噴嘴，結構較復雜，制造困難，流程較短，注射壓力降較大，較適用于尼龍、滌綸等熔體粘度較低的塑料注射。

5.以柱塞式注射機成型聚丙烯制品時，注射機料筒的加熱效率為0.8，如果聚丙烯預熱溫度50℃，注射料溫230℃，注射機的料筒最高溫度應控制幾度？ 答：

T?TOE?,TO?50℃,T?230,E?0.8,代入得TW?275℃Tw?TO

6.試分析注射成型中物料溫度和注射壓力之間的關系，并繪制成型區(qū)域示意圖。

答：在同一塑料的摩擦因數和熔融黏度是隨料筒溫度和模具溫度而變動的，故注射壓力與料溫是相互制約的，料溫高時，注射壓力減?。环粗?，所需注射壓力加大。

7.保壓在熱塑性塑料注射成型過程中的作用是什么？保壓應有多少時間？何謂凝封？

答：保壓階段。是熔體充滿模腔時起至柱塞或螺桿撤回時為止的一段時間。在這段時間內，塑料熔體會因受到冷卻而發(fā)生收縮，柱塞或螺桿需保持對塑料的壓力，使模腔中的塑料進一步得到壓實，同時料筒內的熔體會向模腔中繼續(xù)流入以補足因塑料冷卻收縮而留出的空隙。隨模腔內料溫下降，模內壓力也因塑料冷卻收縮而開始下降。保壓時間一般約20-100s，大型和厚制品可達2-5min。塑料注射充模保壓時，澆注系統的熔體先行冷卻硬化的現象叫“凝封”，凝封可防止模腔內尚未冷卻的熔體向噴嘴方向倒流。8.試述晶態(tài)聚合物注射成型時溫度（包括料溫和模溫）對其結晶性能和力學性能的影響。

答：料筒的溫度的高低主要決定與塑料的性質，必須把塑料加熱到黏流溫度（Tf）或熔點以上，但必須低于其分解溫度。？？？？？不會 模具溫度不但影響塑料充模時的流動行為，而且影響制品的物理機械性能和表觀質量。實際上冷卻速度的大小取決于塑料熔體溫度(Tm)與冷卻介質溫度(Tc)的溫差；當Tc＜Tg為驟冷，Tc≈Tg為中速冷，Tc＞Tg為緩冷。結晶型塑料注射入模具后，將發(fā)生相轉變，冷卻速率將影響塑料的結晶速率。緩冷，即模溫高，結晶速率大，有利結晶，能提高制品的密度和結品度，制品成型收縮性較大，剛度大，大多數力學性能較高，但伸長率和沖擊強度下降；反過來，驟冷所得制品的結晶度下降，韌性較好。但驟冷不利于大分子的松弛過程，分子取向作用和內應力較大。中速冷塑料的結晶和取向較適中，是用得最多的條件。實際生產中用何種冷卻速度，還應按具體的塑料性質利制品的使用性能要求來決定。、9．聚丙烯和聚苯乙烯注射成型時，考慮到產品的性能和生產效率，它們的模具溫度應分別控制在哪個溫度范圍最適宜？為什么？（PP：Tg＝－10℃左右，PS：Tg＝80℃左右）

答：聚丙烯的結晶能力較強，提高模具溫度有助于改善熔體在模內的流動性，減小內應力和分子的定向作用，增強制件的密度和結晶度甚至能夠提前脫模；但制件的冷卻時間、收縮率和脫模后的翹曲變形將增大。制品結晶度的增加，制件的表面粗糙度值也會隨之減小。綜合考慮PP 模具溫度Tc>Tg，生產上常用溫度為40-90℃

無定形塑料注射充模后無相轉變，故模溫高低主要影響充模時間長短，較低的模溫，冷卻快，生產效率提高。PS 熔融黏度較低，采用偏低的模溫Tc

11．試分析注射成型過程中快速充模和慢速充模各有什么利弊。

答：充模速度↑，物料受剪切↑，生熱↑，T ↑，黏度下降，充模壓力↑，充模順利，能提高制品的熔接縫強度，生產周期縮短；但速度↑↑，料流為湍流，嚴重時引起噴射用，卷入空氣，可引起塑料局部燒傷及分解，使制品不均勻，內應力較大表面常有裂紋。慢速充模時，熔體以層流狀態(tài)流動，順利將模腔內的空氣排出，制品質量較均勻；但充模過慢，會使熔體在流道中冷卻降溫，引起黏度提高，流動性下降，引起充模不全，并出現分層和結合不好的熔接痕，影響制品強度和表面質量。

12.簡述熱固性塑料和橡膠的注射成型原理。答：熱固性塑料注射成型原理：其主要組分是線型或帶有支鏈的低分子量聚合物，而且聚合物分子鏈上存在可反應的活性基團，因此，熱固性塑料受熱成型過程中不僅發(fā)生物理狀態(tài)的變化，而且還發(fā)生不可逆的化學變化。加進料筒內的熱固性塑料受熱轉變?yōu)轲ち鲬B(tài)，而成為具有一定流動性的熔體，但有可能因發(fā)生化學反應而使黏度升高，甚至交聯硬化為固體。所以為了便于注射成型能順利進行，要求成型物料首先在溫度相對較低的料筒內預塑化到半熔融狀態(tài)，注入高溫模腔后繼續(xù)加熱，物料就通過自身反應基團或反應活性點與加入的固化劑作用，經一定時間的交聯固化反應，使線性樹脂逐漸變成體型結構。

橡膠的注射成型原理：橡膠注射成型是將膠料通過注射機進行加熱，然后在壓力作用下從機筒注入密閉的模型中，經熱壓硫化而成為制品的生產方法，其注射模具是直接裝在注射機上，生產時將帶狀膠料喂入加料口，經預熱、塑化后由注射機的螺桿或柱塞直接注入模型就地硫化。

第二篇：高分子加工助劑名詞解釋

1助劑是某些材料和產品在生產或加工過程中所需要添加的各種輔助化學品用以改善生產工藝和提高產品性能,樹脂和生膠加工成塑料和橡膠制品這一過程中所需要的各種輔助化學品。

2噴聚:固體助劑的析出； 發(fā)汗:液體助劑的析出。

3焦燒現象：是指橡膠膠料在加工過程中產生的早期硫化的現象。

4促進劑的后效應：在硫化溫度以下,不會引起早期硫化達到硫化溫度時則硫化活性大的這種性質。5色母粒:是一種把超常量的顏料或染料均勻載附于樹脂之中而制得的聚集體。

6增塑劑：是加進塑料體系中增加塑性同時又不影響聚合物本質特性的物質。

外增塑劑：一般為外加到聚合體系中的高沸點的較難揮發(fā)的液體或低熔點固體物質。

內增塑劑：在聚合物的聚合過程中引入能降低了聚合物分子鏈的結晶度增加了塑料的塑性第二單體物質。主增塑劑：分子既能插入聚合物的無定形區(qū)域同時又能插入結晶區(qū)域的增塑劑。

輔助增塑劑：分子僅能插入部分結晶的聚合物的無定形區(qū)域的增塑劑,此增塑劑又叫非溶劑型增塑劑。7相容性：增塑劑與樹脂相互混合時的溶解能力,是增塑劑最基本要求之一。

8聚能密度(CED)：單位體積溶劑的蒸發(fā)能。9溶解度參數：單位體積溶劑的蒸發(fā)能的平方根所得值。1濁點(Tc)：聚合物與增塑劑的稀均相溶液,在冷卻下變成渾濁時的溫度。

2塑化效率：使樹脂達到某一柔軟程度的增塑劑用量稱為該增塑劑的塑化效率。

3聚合物的氧化是指隨著時間的增加聚合物的性能降低,又稱為自動氧化。分為誘導期、強烈氧化期。4抗氧劑：是指對高聚物受氧化并出現老化現象能起到延緩作用的一類化學物質。

主抗氧劑：主抗氧劑被認為是一種自由基的清洗劑,它通過偶合反應(即終止反應)或給出一個氫原子來阻止聚合物中的自由基的破壞作用。輔助抗氧劑：助抗氧劑的作用是可分解聚合物氧化所產生的過氧化物。5金屬離子鈍化劑：具有防止重金屬離子對聚合物產生引發(fā)氧化作用的物質。

6穩(wěn)定劑：是防止或延緩聚合物在加工、貯藏和使用過程中老化變質的化學藥品。

熱穩(wěn)定劑：主要用于PVC和其他含氯的聚合物,既不影響其加工與應用,又能在一定程度上起到延緩其熱分解的作用的一類助劑。光穩(wěn)定劑：凡能抑制或減緩光氧老化進行的的物質稱為光穩(wěn)定劑或紫外光穩(wěn)定劑。7自由基捕獲劑：是一類具有空間位阻效應的哌啶衍生物類光穩(wěn)定劑,簡稱為受阻胺類光穩(wěn)定劑(HALS)。8光氧老化或光老化：分子材料長期暴露在日光或短期置于強熒光下,由于吸收了紫外線能量,引起了自動氧化反應,導致了聚合物的降解,使得制品變色、發(fā)脆、性能下降,以致無法再用。

9阻燃劑：能夠增加材料耐燃性的物質叫阻燃劑。0燃燒速度：指試樣單位時間內燃燒的長度。1協同效應：指兩種或兩種以上的助劑配合使用時,其總效應大于單獨使用時各個效應的總和。

協同作用體系：阻燃劑的復配是利用阻燃劑之間的相互作用,從而提高阻燃效能,稱為協同作用體系。2燃燒速度：是指試樣單位時間內燃燒的長度。燃燒速度是用水平燃燒法和垂直燃燒法等來測得。3氧指數：是指試樣像蠟燭狀持續(xù)燃燒時,在氮-氧混合氣流中所必須的最低氧含量。

4外摩擦：高分子材料在成型加工時,聚合物熔體與加工設備表面間的摩擦。內摩擦：高分子材料在成型加工時,熔融聚合物分子間存在的摩擦。5潤滑劑：為減少高分子內摩擦和外摩擦,改進塑料熔體的流動性,防止高分子材料在加工過程中對設備的粘附現象,保證制品表面光潔度而加入的物質稱為潤滑劑。6脫模劑：對加工模具和被加工材料完全保持化學惰性的物質稱為脫模劑。

7發(fā)泡劑：是一類能使處于一定粘度范圍內的液態(tài)或塑性狀態(tài)的橡膠、塑料形成微孔結構的物質。

發(fā)泡助劑：發(fā)泡過程中,能與發(fā)泡劑并用并能調節(jié)發(fā)泡劑分解溫度和分解速度的物質,或能改進發(fā)泡工藝,穩(wěn)定泡沫結構和提高發(fā)泡體質量的物質。物理發(fā)泡劑:依靠在發(fā)泡過程中本身物理狀態(tài)變化來達到發(fā)泡目地的一類化合物；化學發(fā)泡劑:在一定溫度下會熱分解而產生一種或多種氣體,使聚合物發(fā)泡。

8抗靜電劑：添加在樹脂、燃料中或涂附在塑料制品、合成纖維表面的用以防止高分子材料和液體燃料靜電危害的一類化學添加劑統稱為抗靜電劑。外用抗靜電劑：采用涂布、噴霧、浸漬等方法使它附在塑料、纖維表面,耐久性較差,所以又叫做暫時性抗靜電劑。內用型抗靜電劑(或混煉型抗靜電劑)：在樹脂加工過程中(或在單體聚合過程中)添加到樹脂組成中的抗靜電劑,因其有較好的耐久性,又稱為永久性抗靜電劑。9偶聯劑：是能改善填料與高分子材料之間界面特性的一類物質。

0著色劑：在聚合物中加入的改變制品顏色,提高制品美觀性的助劑。

著色力：指顏料影響整個混合物料顏色的能力,著色力大,使用著色劑量就小,成本也低。

1遮蓋力：指著色劑阻止光線穿透著色制品的能力。2增透劑：能改善結晶聚合物透明性的助劑。3遷移性：指著色劑向介質滲色或向接觸的物質遷移的現象。一般地說,有機酸的無機鹽(色淀性顏料)遷移性比較??；分子量較高者比較低者遷移性小。4防霉劑:(生物抑制劑)有抑制霉菌生長和殺滅霉菌的功能。5熒光增白劑：能增加塑料制品的白度、亮度使色彩更加鮮艷奪目的物質。

6防霧劑：又稱流滴劑,是防止透明材料霧害的一類添加劑。

7老化：高分子材料在成型、貯存、使用過程中發(fā)生結構變化,逐漸地失去使用價值的現象。

第三篇：鋼筋分類加工、成型方案

B、C鋼筋進場、堆放、加工、成型、綁扎

操作程序及管理辦法

一般鋼筋出廠時，都有標牌，標牌上標明等級。當沒有時，螺紋鋼上都有標記（廠名）、規(guī)格、等級； 等級：Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ ； 代號：A、B、C、D。一般表示為：等級標記規(guī)格。

建筑工程使用的鋼筋主要是按照抗拉強度劃分：

抗拉強度2400kg/cm2稱1級鋼筋，圖紙上用A表示；

抗拉強度3400kg/ cm2的16Mn鋼屬2級鋼筋，圖紙上用下加一橫的B表示； 抗拉強度3800kg/ cm2的25MnSi鋼屬3級鋼筋，圖紙上用中間兩豎、下加一橫的C表示。

 因為Ⅱ、Ⅲ（B、C）級從外觀上看區(qū)別不是很大，容易混淆，所以在 鋼筋進場、堆放、加工成型、綁扎時要注意一下事項：

1、進場：根據材料進場計劃，收料員要認真核對進場鋼筋的規(guī)格、數量、型號。馬上通知施工員安排有關人員根據進場鋼筋的規(guī)格、數量、型號分類堆放整齊。及時插好標牌、標牌上要寫明規(guī)格、型號生產廠家書寫必須認真（標牌由后勤部門負責制作）。

2、加工成型：操作人員必須認真閱讀圖紙、熟悉施工規(guī)范、相關圖集、以及作業(yè)指導書。根據鋼筋配料單將加工好的鋼筋用廢舊橡膠內胎剪成小方塊記好鋼筋使用在什么構件上，如（KL-

1、LL-

3、TL-4）以20#鐵絲纏在鋼筋端（部由班組施工工長負責督促完成）。

3、綁扎：根據圖紙、對照鋼筋配料單由鋼筋工長發(fā)料，對綁扎班組進行現場交底，班組施工工長要求對圖紙、鋼筋配料單了如指掌，確保操作層鋼筋綁扎符合設計要求及施工規(guī)范要求。

4、檢查：由質量員對鋼筋進場、加工、成型、綁扎的全過程進行全面控制，發(fā)現問題及時整改杜絕B、C混淆使用。

5、處罰：對施工過程中麻麻蠻干的，除對其進行批評教育外，還要進行經濟處罰（具體有棟號長、質量員執(zhí)行）。

6、如果條件允許可以加將B、C分在兩個加工區(qū)進行加工，再進行分類標識。

（鋼筋工程作業(yè)指導書）

龍信建設集團連云港金鷹國際項目部

2011年3月8日

第四篇：高分子材料加工成型原理作業(yè)

《高分子材料加工成型原理》主要習題

第二章 聚合物成型加工的理論基礎

1、名詞解釋：牛頓流體、非牛頓流體、假塑性流體、脹塑性流體、拉伸粘度、剪切粘度、滑移、端末效應、鯊魚皮癥。

牛頓流體：流體的剪切應力和剪切速率之間呈現線性關系的流體，服從牛頓黏性定律的流體稱為非牛頓流體。

非牛頓流體：流體的剪切應力和剪切速率之間呈現非線性關系的流體，凡不服從牛頓黏性定律的流體稱為非牛頓流體。

假塑性流體：是指無屈服應力,并具有黏度隨剪切速率或剪切應力的增大而降低的流動特性的流體，常稱為“剪切變稀的流體”。

脹塑性流體：是指無屈服應力,并具有黏度隨剪切速率或剪切應力的增大而升高的流動特性的流體，常稱為“剪切增稠的流體”。P13 拉伸粘度：用拉伸應力計算的粘度，稱為拉伸粘度，表示流體對拉伸流動的阻力。

剪切粘度：在剪切流動時，流動產生的速度梯度的方向與流動方向垂直，此時流體的粘度稱為剪切粘度。

滑移：是指塑料熔體在高剪切應力下流動時，貼近管壁處的一層流體會發(fā)生間斷的流動。P31 端末效應：適當增加長徑比聚合物熔體在進入噴絲孔喇叭口時，由于空間變小，熔體流速增大所損失的能量以彈性能貯存于體系之中，這種特征稱為“入口效應”也稱“端末效應”。

鯊魚皮癥：鯊魚皮癥是發(fā)生在擠出物表面上的一種缺陷，擠出物表面像鯊魚皮那樣,非常毛糙。如果用顯微鏡觀察,制品表面是細紋狀。它是不正常流動引起的不良現象,只有當擠出速度很大時才能看到。

6、大多數聚合物熔體表現出什么流體的流動行為？為什么？P16 大多數聚合物熔體表現出假塑性流體的流動行為。假塑性流體是非牛頓型流體中最常見的一種，聚合物熔體的一個顯著特征是具有非牛頓行為，其黏度隨剪切速率的增加而下降。此外，高聚物的細長分子鏈，在流動方向的取向粘度下降。

7、剪切流動和拉伸流動有什么區(qū)別？

拉伸流動與剪切流動是根據流體內質點速度分布與流動方向的關系區(qū)分，拉伸流動是一個平面兩個質點的距離拉長，剪切流動是一個平面在另一個平面的滑動。

8、影響粘度的因素有那些？是如何影響的？

剪切速率的影響：粘度隨剪切速率的增加而下降； 溫度的影響：隨溫度升高，粘度降低； 壓力的影響：壓力增加，粘度增加；

分子參數和結構的影響：相對分子質量大，粘度高；相對分子質量分布寬，粘度低；支化程度高，粘度高；

添加劑的影響：加入增塑劑會降低成型過程中熔體的粘度；加入潤滑劑，熔體的粘度降低；加入填料，粘度升高。

12、何謂熔體破裂？產生熔體破裂的原因是什么？如何避免？

高聚物熔體在擠出過程中，當擠壓速率超過某一臨界值時擠出物表面出現眾多的不規(guī)則的結節(jié)、扭曲或竹節(jié)紋，甚至支離和斷裂成碎片或柱段，這種現象稱為熔體破裂。

原因：一種認為是由于熔體流動時，在口模壁上出現了滑移現象和熔體中彈性恢復所引起；另一種是認為在口模內由于熔體各處受應力作用的歷史不盡相同，因而在離開口模后所出現的彈性恢復就不可能一致，如果彈性恢復力不為熔體強度所容忍，就會引起熔體破裂。

避免熔體破裂需注意：控制剪切應力與熔體溫度；設計口模模唇時，提供一個合適的入口角，使用流線型的結構是防止聚合物熔體滯留并防止擠出物不穩(wěn)定的有效方法。

第三章 成型用的物料及其配制

4、簡述增塑劑的增塑機理，如何選用增塑劑？

增塑劑在加入聚合物大分子后，增塑劑的分子因溶劑化及偶極力等作用而“插入”聚合物分子之間并于聚合物分子的活性中心發(fā)生時解時結的聯結點，由于有了增塑劑-聚合物的聯結點，聚合物之間原有的聯結點就會減少，從而使其分子間的力減弱，并導致聚合物一系列性能的改變。選用增塑劑要選擇與樹脂的相容性好、增速效率高、增塑效果持久、低溫柔韌性好、電絕緣性好、耐老化性好、阻燃性好、毒性低等。

5、何謂穩(wěn)定劑？簡述熱穩(wěn)定劑的穩(wěn)定機理。

凡在成型加工和使用期間為有助于材料性能保持原始值或接近原始值而在塑料配方中加入的物質稱為穩(wěn)定劑。熱穩(wěn)定劑的作用機理歸納如下：（1）捕捉降解時放出的HCL。(2）置換不穩(wěn)定的氯原子（3）鈍化具有催化作用的金屬氯化物（4）防止自動氧化（5）與共軛雙鍵結構起加成作用（6）能與自由基起反應。

8、何謂潤滑劑？為什么潤滑劑有內、外之分？

為改進塑料熔體的流動性能，減少或避免對設備的摩擦和粘附以及改進制品表面光亮度等，而加入的一類助劑稱為潤滑劑。

潤滑劑中有一類與高聚物有一定的相容性，加入后可減少高聚物分子的內聚力，降低其熔融粘度，從而減弱高聚物分子間的內摩擦，此類潤滑劑為內潤滑劑。還有一類與高聚物僅有很小的相容性，它在加工機械的金屬表面和高聚物表面的界面上形成一潤滑層，以降低高聚物與加工設備之間的摩擦，此類潤滑劑為外潤滑劑。不同的相容性讓潤滑劑有了內外之分。

第五章 擠出成型

2、普通螺桿在結構上為何分段，分為幾段？各段的作用如何？

螺桿的主要功能包括輸送固體物料，壓緊和熔化固體物料，均化、計量和產生足夠的壓力以擠出熔融物料，所以根據物料在螺桿上運轉的情況可將螺桿分為加料、壓縮和計量三段。

加料段是自物料入口向前延伸約4~8D的一段，主要功能是卷取加料斗內物料并傳送給壓縮段，同時加熱物料；壓縮段（又稱過渡段）是螺桿中部的一段，在這段中物料除受熱和前移外，主要是由粒狀固體逐漸被壓實并軟化為連續(xù)的熔體，同時還將夾帶的空氣排出；計量段是螺桿的最后一段，其長度約為6~10D，主要的功能是使熔體進一步塑化均勻，克服口模的阻力使物料定量、定壓的由機頭和口模流道中擠出，所以這一段也稱為均化段。

3、根據固體輸送率的基本公式，分析當螺桿的幾何參數確定之后，提高固體輸送率的途徑及工業(yè)實施方法。

提高固體輸送率可從擠出機結構和擠出機擠出工藝兩個方面采取措施。從擠出機結構角度來考慮，可增加螺槽深度；其次，可降低塑料與螺桿的摩擦系數，這就需要提高螺桿的表面光潔度；再者，可增大塑料與料筒的摩擦系數，料筒內表面要盡量光潔。

從擠出工藝角度來考慮，關鍵是控制送料段料筒和螺桿的溫度。

9、何謂螺桿壓縮比？為什么要有壓縮比？在螺桿結構上如何實現？

通常將加料段一個螺槽的溶劑與計量段一個螺槽容積之比稱為螺桿的壓縮比。

壓縮比對塑料擠出成型工藝控制有重要影響。擠出不同的塑料，根據塑料的物理性能選擇螺桿的壓縮比。

實現壓縮比的途徑：變動螺紋的高度或導程；螺桿根徑由小變大或外徑由大變?。宦菁y的頭數由單頭變成二頭或三頭。

13、用方框圖表示出擠出成型工藝，并注明各工藝環(huán)節(jié)所用的設備。

各工藝環(huán)節(jié)所用的設備：

原料的預處理和混合：烘箱或烘房； 擠出成型：擠出機、擠出機機頭口模；

定性裝置：真空定徑（真空定徑套、冷卻水槽、真空泵等）和內壓定徑； 冷卻裝置：浸浴式冷卻水箱或噴淋式冷卻水箱； 牽引裝置：滾輪式牽引機或履帶式牽引機；

切割裝置：圓盤鋸切割機或自動星型鋸切割機。

第六章 注射模塑

1、名詞解釋：塑化、塑化壓力、注射壓力

塑化是注射成型的準備過程，是指物料在料筒內受熱達到流動狀態(tài)并具有良好的可塑性的全過程。

塑化壓力：采用螺桿式注射機時，螺桿頂部熔料在螺桿轉動后退時所受到的壓力稱為塑化壓力，亦稱背壓。

注射壓力：是指柱塞或螺桿頂部對塑料所施加的壓力，由油路壓力換算而來。

2、注射成型方法適合于何種制品的生產？為什么？請用框圖形式表示一個完整的注 射成型工藝過程。

適合于熱塑性塑料及多種熱固性塑料制品的生產。

注射成型的成型周期短、生產效率高，能一次成型外形復雜、尺寸精準、帶有嵌件的制品；生產熱固性塑料時，不僅使其制品質量穩(wěn)定、尺寸精準和性能提高，而且使成型周期大大縮短，勞動條件也得到改善。

6、與擠出機的螺桿相比，注射機的螺桿在結構上、運動上及功能上有何特點？

（1）注射螺桿在旋轉時有軸向位移，因此螺桿的有效長度是變化的；（2）注射螺桿的長徑比較小，一般為10-15之間；（3）注射螺桿的壓縮比較小，一般為2-2.5之間；

（4）注射螺桿因有軸向位移，因此加料段應該長，約為螺桿長度的一半，而壓縮段和計量段則各為螺桿長度的四分之一；注射螺桿的螺槽較深以提高生產率；

（5）注射螺桿在轉動時只需要它能對物料進行塑化，不需要它提供穩(wěn)定的壓力，塑化中物料承受的壓力是調整背壓來實現的；

（6）為使注射時不致出現熔料積存或沿螺槽回流的現象，應考慮螺桿頭部的結構。

13、為什么要保壓？保壓對制品性能有何影響？

熔體注入模腔后，由于模具的低溫冷卻作用，使模腔中的熔體產生收縮。為了保證注射制品的致密性、尺寸精度和強度，必須使注射系統對模具施加一定的壓力（螺桿對熔體保持一定的壓力），對模腔塑件進行補縮，直到澆注系統的塑料凍結為止。

對制品的密度、克服制品表面缺陷、制品的致密性、尺寸精度和強度都有一定的影響。

第七章 壓延成型 簡述壓延機的基本結構和工作原理。

各類壓延機除輥筒數目及排列方式不同外，其基本結構大致相同，主要由機座、機架、輥筒、輥距調節(jié)裝置、潤滑系統、傳動裝置、緊急停車裝置等部分組成。

壓延成型主要依靠輥筒異向旋轉，將熔融塑化的物料帶入輥筒間隙，由于輥筒間速比的存在，輥隙間有速度梯度，使料層間產生相對運動。使熔料在輥筒間隙中受到輥筒擠壓延展、拉伸而成為具有一定規(guī)格尺寸連續(xù)片（膜）狀制品。

第五篇：材料成型與加工技術(DOC)

第一章 緒 論

制造業(yè)是提高國家工業(yè)生產率、經濟增長、國家安全及生活質量的基礎，是國家綜合實力的重要標志?，F如今我國制造業(yè)面臨巨大挑戰(zhàn)，因而加強材料成形加工技術與科學基礎研究，大力采用先進制造技術，對國民經濟的發(fā)展具有重要意義。

材料成形加工技術與科學既是制造業(yè)的重要組成部分，又是材料科學與工程的四要素之一，對國民經濟的發(fā)展及國防力量的增強均有重要作用?！靶乱淮牧暇_成形加工技術”與“多學科多尺度模擬仿真”是現代兩個重要學科研究前沿領域。高新技術材料的出現，將加速發(fā)展以“精確成形”及“短流程”為代表的材料加工工藝，包括：全新的成形加工方法與工藝，及傳統成形加工方法的改進與工序綜合?！澳M仿真”是產品計算機集成制造、敏捷制造的主要內容，是實現制造業(yè)信息化的先進方法。并行工程已成為產品及相關制造過程集成設計的系統方法，以計算機模擬仿真與虛擬現實技術為手段的虛擬制造設計將是先進制造技術的重要支撐環(huán)境。網絡化、智能化是現代產品與工藝過程設計的趨勢，綠色制造是現代材料加工技術的進一步發(fā)展方向。

面對市場經濟、參與全球競爭，必須加強材料成形加工科學與技術的基礎和應用研究。只有使用先進的材料加工技術，才能獲得高質量產品的結構和性能，這些高性能的先進材料包括傳統材料和新材料。發(fā)展材料成形加工技術對我國制造業(yè)以高新技術生產高附加值的優(yōu)質零部件有積極作用，可擴大材料及制造范圍、提高生產率、降低產品成本、增強企業(yè)國際競爭能力。

制造業(yè)在過去的幾年中發(fā)生了巨大變化，而現代高科技及新材料的出現將導致材料成形加工技術的進一步發(fā)展與變革，出現全新的成形加工方法與工藝，傳統加工方法不斷改進并走向工藝綜合，材料成形加工技術則逐漸綜合化、多樣化、柔性化、多科學化。

第二章 現代材料成形加工技術與科學

2.1現代材料成形加工技術的作用與地位

我國已是制造大國，僅次于美、日、德，位居世界第四位。材料成形加工行業(yè)則是制造業(yè)的重要組成部分，材料成形加工技術也是先進制造技術的重要內容。鑄造、鍛造及焊接等材料加工技術是國民經濟可持續(xù)發(fā)展的主體技術。目前，在汽車行業(yè)中汽車重量的65%以上仍由鋼鐵、鋁及鎂合金等材料通過鑄造、鍛壓、焊接等加工方法而成形。材料成形加工技術與科學又是材料科學與工程的四要素之一，它不僅賦予零部件以形狀，而且給予零部件以最終性能及使用特性。

制造業(yè)在過去的幾年中發(fā)生了巨大的變化，這種變化還會延續(xù)。高速發(fā)展的工業(yè)技術要求材料加工產品精密化、輕量化、集成化；國際競爭更加激烈的市場要求產品性能高、成本低、周期短；日益惡化的環(huán)境要求材料加工原料與能源消耗低、污染少；另外材料成形本身制造好、成品率高。為了生產高精度、高質量的產品，材料正由單一的傳統型向復合型、多功能型發(fā)展；材料加工技術逐漸綜合化、多樣化、柔性化、多科學化。

面對市場經濟、參與全球競爭，必須加強材料成形加工科學與技術的基礎和應用研究。只有使用新近的材料加工技術才能獲得高質量產品的結構和性能，這些高性能的先進材料包括傳統材料和新材料。發(fā)展材料成形加工技術對我國制造業(yè)已高新技術生產高附加值的優(yōu)質零部件有積極作用。

2.2材料成形加工技術的發(fā)展趨勢

美國在“新一代制造計劃”中指出，未來的制造模式將是批量小、質量高、成本低、交貨期短、生產柔性、環(huán)境友好；未來的制造企業(yè)要掌握十大關鍵技術，其中包括快速產品與工藝開發(fā)系統、新一代制造工藝及裝備及模擬與仿真三項關鍵技術。其中新一代工藝包括精確成形加工制造或稱凈終成形加工工藝。凈終成形加工工藝要求材料成形加工制造向更輕、更薄、更強、更韌及成本低、周期短、質量高的方向發(fā)展。

輕量化、精確化、高效化將是未來材料成形加工技術的重要發(fā)展方向。近年來，隨著汽車工業(yè)的迅速發(fā)展，對通過降低產品的自重以降低能源消耗 和減少污染（包括汽車尾氣和廢舊塑料）提出了更迫切的要求，輕質、高質量的綠色環(huán)保材料將成為人們的首選。鎂合金就是被世界各國材料界看好的最具有開發(fā)和應用發(fā)展前途的金屬材料。

鎂合金壓鑄件廣泛應用于交通工業(yè)（汽車、摩托車及飛機零件等）、IT行業(yè)（手機、筆記本等）、小型家電行業(yè)（攝像機、照相機及其它電子產品外殼等）。汽車離合器和變速箱殼體采用鎂合金壓鑄件比鋁合金重量分別減輕2.6kg和2.5kg。同時，壓鑄鎂鋁合金產品在體育運動（自行車架與踏板、滑雪板等）、手工工具（鏈鋸、巖鉆等）、國防建設（輕型武器、步兵裝備）等領域亦有十分廣闊的應用前景。

2.3材料成形加工過程的建模與仿真

隨著計算機技術的發(fā)展，技術材料科學已成為一門新興的交叉學科，成為材料研究的重要手段，是除實驗和理論外解決材料科學中實際問題的第三個重要研究方法。它可以比理論和實驗做得更深刻、更全面、更細致，可以進行一些理論和實驗暫時還做不到的研究。因此，基于知識的材料成形工藝模擬仿真是材料科學與工程的前沿領域及研究熱點，而高性能、高保真和高效率則是模擬仿真的努力目標。根據美國科學研究院工程技術委員會的測算，模擬仿真可提高產品質量5～15倍，增加材料出品率25%，降低工程技術成本13%～30%，降低人工成本5%～20%，增加投入設備的利用率30%～60%，縮短產品設計和試制周期30%～60%，增加分析問題廣度和深度的能力3～3.5倍等。

2.4材料的快速成形與虛擬制造

我國制造業(yè)的主要問題之一是缺乏創(chuàng)新產品的開發(fā)能力，因而缺乏國際市場競爭能力。隨著全球化市場的激烈競爭，加快產品開發(fā)速度已成為競爭的重要手段之一。制造業(yè)要滿足日益變化的用戶要求，必須有較強的靈活性，以最快的速度提供高質量產品。

虛擬制造是CAD、CAM和CAPP等軟件的集成技術，其關鍵是建立制造過程的計算模型，虛擬仿真制造過程。虛擬制造以并行方式進行產品設計、加工和裝配，對各單元采用分布管理，而且不受時間、空間限制。虛擬制造的基礎是虛擬現實技術。所謂“虛擬現實”技術是利用計算機和外觀設備，生成與真實環(huán)境一致的三維虛擬環(huán)境，使用戶通過輔助設備從不同的“角度”和“視點”與環(huán)境中的“現實”交互。與智能制造、虛擬工廠、網絡化制造集成，材料加工過程建模與仿真將成為制造業(yè)新產品過程設計的非常有效的工具。

第三章 新一代材料成形加工

3.1材料成形加工技術發(fā)展特征

材料成形加工技術在現代發(fā)展的過程中，形成“精密”、“優(yōu)質”、“快速”、“復合”、“綠色”、“信息化”的特征。

1.材料成形加工技術的“精密”特征：成形精度向凈成形的方向發(fā)展 材料成形加工技術的重要特征是精密化，以制造技術而論，從尺度上看，精密制造技術已經跨越了微米級技術，進入了亞微米和納米技術領域。材料成形加工技術也在朝著精密化的方向發(fā)展，表現為零件成形的尺寸精度正在從近凈成形向凈成形，即近無余量成形方向發(fā)展。“毛坯”與“零件”的界限越來越小。

2.材料成形加工技術的“優(yōu)質”特征：成形質量向近無缺陷、“零”缺陷的方向發(fā)展

如果說凈成形技術主要反映的是成形加工技術的尺寸與形狀精密的特征，反映了成形加工保證尺寸及形狀的精密程度，那么，反映成形加工優(yōu)質特征的則是近無缺陷、“零”缺陷成形加工技術。這個“缺陷”是指不致引起早期失效的臨界缺陷的概念。采取的主要措施有：采用先進工藝、凈化熔融金屬、增大合金組織的致密度，為得到健全的鑄件、鍛件奠定基礎；采用模擬技術、優(yōu)化工藝技術，實現一次成形及試模成功，保證質量；加強工藝過程監(jiān)控及無損檢測，及時發(fā)現超標零件；通過零件安全可靠性能研究及評估，確定臨界缺陷量值等。

3.材料成形加工技術的“快速”特征：成形過程向快速方向發(fā)展

為滿足現代消費觀念的變革以及市場的劇烈競爭化，“客戶化、小批量、快速交貨”的要求不斷增加，需要材料成形加工技術的快速化。

成形加工技術的快速特征表現在各種新型高效成形工藝不斷涌現，星星鑄造、鍛造、焊接方法都從不同角度提高生產效率。

3.2新一代材料成形加工技術

制造技術可分為加工制造和成形制造（以液態(tài)鑄造成形、固態(tài)塑性成形及連接成形等為代表）技術，其中成形制造不僅賦予零件以形狀，而且決定了零件的組成。

3.2.1精確成形加工技術

近年來出現了很多新的精確成形加工制造技術。在轎車工業(yè)中還有很多材料精確成形新工藝，如用精確鍛造成形技術生產凸輪軸等零件，液壓脹形技術，半固態(tài)成形及三維擠壓發(fā)等。摩擦壓力焊接技術近來也備受人們關注。

以擠壓鑄造及半固態(tài)鑄造為代表的精確成形技術由于熔體在壓力下充型、凝固，從而使零件具有好的表面及內部質量。半固態(tài)鑄造是一種生產結構復雜、近凈成形、高品質鑄件的材料半固態(tài)加工技術。半固態(tài)鑄造鋁合金零件在汽車上的應用其區(qū)別于壓力鑄造和鍛壓的主要特征是：材料處于半固態(tài)時在較高壓力（約200MPa）下充型和凝固。材料在壓力作用下凝固可形成細小的球狀晶粒組織。

3.2.2快速原型制造技術

隨著全球化及市場的激烈競爭，加快產品開發(fā)速度已成為競爭的重要手段之一。制造業(yè)要滿足日益變化的用戶需求，制造技術必須具有較強的靈活性，能夠以小批量甚至單批量生產迎合市場?？焖僭椭圃旒夹g以離散和堆積原理為基礎和特征，將零件的電子模型按一定方式離散成為可加工離散面、離散線和離散點，然后采用多種手段將這些離散的面、線和點堆積形成零件的整體形狀。有人因該技術高度的柔性而稱之為“自由成形制造”。近年來快速原型制造已發(fā)展為快速模具制造及快速制造，這些技術能大大縮短產品的設計開發(fā)周期，解決單件或小批零件的制造問題。

3.3新一代產品制造設計的研究

未來智能制造公司需要一系列核心智能，以便在集成設計、制造和商業(yè)服務系統內進行智能商務運作。這一系列的智能核心即可預測性、可生產性和廉價性、污染防治、產品與工藝性能。

研究這些特點已使集成設計、制造和服務成為一個具有競爭力的系統學科。如果將這種集成工程系統理解成為一種科學，就可以將其歸為已經成熟的分析方法，然后就可以確定基本參數及如何測量它們，從而可以預測期行為。下面是在材料加工和新一代產品制造設計中將建模與仿真用作智能核心的基本要點：

1.數字產品和工藝建模的可預測性

隨著具有競爭力的縮減產品發(fā)展與實現周期的蓬勃發(fā)展，在產品與工藝合成中的所有決策需要精度的建模與仿真工藝，以使物理基礎的或行為基礎的設計屬性生效。在動力學、熱力學、理學、材料和行為系統中有效運用建模工具是未來數字制造的先決條件。這些模型和知識要在網絡和協作環(huán)境下共享，最新的SGI（美國圖形工作站生產廠商）工作站可以在數分鐘至數小時內解決極為復雜的工程問題。制造商可以使用高度工程化的仿真模型來幫助供貨商改變模型設計和運送近于零缺陷的鑄件給消費者，這樣會盡量減少返工和缺陷。2.材料的可生產性和廉價性

廉價的制造材料對制造業(yè)特別是航空業(yè)一直是一個挑戰(zhàn)。隨著對環(huán)境和性能的規(guī)范和限制越來越多，各公司正在尋找更好的超級合金高溫材料和類似網狀的工藝技術，以降低原材料和制造運作過程的成本。現在，研究機構中的多數研究工具和工藝模型對公司在制造過程中預測并驗證材料屬性是遠遠不夠的。我們必須將著眼點從尺寸精確性擴展到材料性能，以便獲得對工藝、機器和零件的品質的全面了解。這將引導我們開創(chuàng)集材料、制造、物理和計算學等交叉學科的研究工作，以推進我們對制造學的了解。

3.綠色生產和工藝的污染防治

我們需要新的規(guī)范使傳感器和工藝控制這種技術更好的整合，以便更少的發(fā)展和安裝成本提供更高的能源效率并降低污染。綠色制造系統應改進以使工廠監(jiān)控工藝參數，并直接、精確和快速的獲得真實的工藝信息。另外，需要可代替的化學基礎的涂層技術來影響化學自由制造工藝，還需要新型的傳感器通過化學手段監(jiān)控和控制腐蝕環(huán)境。正在出現的技術，諸如微電子機械基礎的工藝傳感器和無線電通信，需要發(fā)展和工程化以滿足這些挑戰(zhàn)性的需求。

4.產品與工藝性能的先進維護技術

服務和維護對于保持產品和工藝的質量及客戶的滿意度是非常重要的。確定系統失效原因的難點歸結為幾種因素，包括系統復雜性、不確定性和缺乏足夠的糾錯工具。當前，許多組織工業(yè)正實行的服務和維護就是基于響應的方法。組織我們解決這些問題的基本原因是對制造機器和設備每天的情況了解不足。我們只是不知道如何定量預測零件和機器的性能退化。我們缺乏有效地預測模型和工具，它們可以告訴我們給定工藝參數的具體值時會有什么情況發(fā)生。我們要進行研究，以了解產品和機器故障生產的原因，開發(fā)智能和可重復配置這些目標，需要智能軟件和網絡設備來提供預先維護能力，諸如性能退化測量、故障修復、自維護和遠程診斷。這些特點允許制造和加工工業(yè)能發(fā)展預先維護策略，以保證產品和工藝性能，并最終消除不必要的系統癱瘓。

第4章 綠色再制造與材料成形加工的可持

續(xù)發(fā)展

在當今全球經濟發(fā)展的同時，對自然資源的任意開發(fā)利用帶來了全球的生態(tài)破壞、資源短缺、環(huán)境污染等重大問題。其中，機電產品制造業(yè)是最大的資源使用者，也是最大的環(huán)境污染資源之一。通過研究再制造工程理論和技術，可以為廢舊產品的科學利用提供依據，指導規(guī)范當前的再制造市場。

再制造工程是以產品全壽命周期設計和管理為指導，以優(yōu)質、高效、節(jié)能、環(huán)保為目標，以先進技術和產業(yè)化市場為手段，來恢復或改造廢舊產品的一系列技術措施或工程活動的總稱。通過再制造的研究，可形成閉環(huán)的產品物質及信息流系統，實現由產品的開環(huán)處理和材料資源的閉環(huán)回收，發(fā)展到產品閉環(huán)使用的高級階段，實現高級資源物質流的最優(yōu)化循環(huán)。

4.1再制造過程的設計基礎

針對失效的產品進行再制造，首先要對其進行再制造設計，再制造的設計基礎包括產品的失效機理及壽命預測、再制造性的評價等內容。

4.1.1產品失效機理及壽命預測

產品服役的環(huán)境行為及失效機理研究是實施再制造工程重要的基礎理論依據。從宏觀和微觀上研究零部件在復雜的環(huán)境中失效的機理和損傷的規(guī)律。主要研究復雜環(huán)境中多因素非線性耦合作用下的零部件失效機理，包括腐蝕介質與力學因素聯合作用下的零件損傷機理，溫度場與應力場耦合作用下的零部件損傷行為，多軸載荷作用下零部件的疲勞破壞行為，以及汽液固多相流環(huán)境中零部件的腐蝕、沖蝕、穴蝕交互損傷規(guī)律。

產品壽命預測與剩余壽命評估方法建立在零部件失效分析的基礎上，應用力學理論建立失效行為的數學模型，并與加速試驗結果相結合，以建立產品壽命的預測評估系統，評估新品、再制造產品的壽命及產品的剩余壽命。

4.1.2產品再制造性的評價

廢舊產品的再制造性是決定其能否進行再制造的前提，是再制造基礎理論研究中的首要問題。再制造性是指將技術、經濟和環(huán)境等因素綜合分析后，廢舊產品所具有的通過維修或改造后恢復或超過原產品性能的能力。

4.2再制造材料成形加工關鍵技術

廢舊產品經過再制造論證后，要實施再制造必須依賴于先進的材料成形加工技術。

4.2.1復合表面工程技術

零件的失效多起源于表面，因此表面工程技術是再制造過程中的核心技術。表面過程，是經表面預處理后，通過表面涂覆、表面改性或多種表面工程技術復合處理，改變固體金屬表面或非金屬表面的形態(tài)、化學成分、組織結構和應力狀態(tài)等，已獲得所需要表面性能的系統工程。表面工程是由多個學科交叉、綜合而發(fā)展起來的新興學科，它以“表面”為研究核心，在有關學科理論的基礎上，根據零件表面的失效機制，以應用各種表面工程技術及其復合為特色，逐步形成了與其他學科密切相關的表面工程基礎理論。表面工程的最大優(yōu)勢是能夠以多種方法制備出優(yōu)于本體材料性能的表面功能薄層，賦予零件耐高溫、防腐蝕、耐磨損、抗疲勞、防輻射等性能。表面工程的基本特征是綜合、交叉、復合、優(yōu)化。復合表面工程是先進表面工程的重要基礎內容。復合表面工程主要包括多種表面技術的復合和多種表面材料的復合兩種形式。國外稱之為第二代表面工程新技術。

1.多種表面技術的復合

多種表面技術的復合能夠形成新的涂層體系，并建立表面工程新領域。單一的表面技術由于其固有的局限性，往往不能滿足日益苛刻的工況條件的要求。綜合運用多種表面技術的復合可以通過最佳協同效應獲得了“1+1>2”的效果，解決了一系列高新技術發(fā)展中特殊的工程技術難題。

多種表面技術的復合主要研究內容包括：

⑴ 研究可產生協同效應的多種技術之間的復合和設計；表面復合涂層在惡劣工況下表面或界面之間的協同效應機理。

⑵ 研究表征功能梯度材料（FGM）性能與組成的梯度變化，應用計算機逆向設計對FGM覆層的組成和結構進行優(yōu)化；開發(fā)熱噴涂、電刷鍍、氣相沉積等工藝制備FGM覆層的技術；研究金屬、金屬間化合物、陶瓷等FGM涂層性能。

⑶ 應用物理氣相沉積、化學氣相沉積和高能束輔助沉積在再制造毛坯上形成超硬膜。研究真空膜層成膜界面行為與膜層性能關系；形核及生長動力學；在晶格錯配度較大條件基體強度與超硬膜結合強度的關系；復合膜組元之間的交互作用。

2.多種表面材料的復合

多種表面材料形成的復合涂層不但具有單一結構涂層所具有的性能，還因復合材料的不同而獲得特殊性能或具有多功能的性能涂層，復合涂層的研究和應用日益增多。由各種材料復合獲得的復合涂層種類主要有：金屬基陶瓷復合涂層、陶瓷復合涂層、梯度功能復合涂層等。

4.2.2納米表面工程技術

納米表面工程是以納米材料和其他低維非平衡材料為基礎，通過特定的加工技術或手段，對固體表面進行強化、改性、超精細加工或賦予表面新功能的系統工程。納米涂層及納米表面自修復材料和技術是以納米材料為基礎，通過特定的工藝手段，對固體的表面進行強化、改性，或者賦予表面新功能，或者對損傷的表面進行自修復。例如：

⑴ 納米顆粒復合電鍍刷技術 ⑵ 納米顆粒復合原位動態(tài)自修復技術 ⑶ 納米材料熱噴涂技術 ⑷ 金屬表面納米晶化技術

納米表面工程的主要技術基礎包括：

① 納米涂層的制備技術的基礎研究，特別是研究納米材料在介質中的分散和穩(wěn)定等關鍵工藝；納米涂層的高強度、高韌性及其他特殊優(yōu)異性能；納米涂層對熱疲勞及高溫磨損等苛刻條件下的微裂紋萌生、擴展和損傷抑制機理；納米涂層抗氧化性和熱穩(wěn)定性的機理等。

② 研究非晶復合納米晶涂層形成的機理與影響因素，包括材料表面納米結構和非晶納米晶復合涂層結構和體相的物理化學現象；涂層顯微組織的形成與演化規(guī)律、缺陷與熱應力的形成機理、界面結合情況等。研究非平衡條件下低維材料的結構與行為以及宏觀與微觀的一體化，包括“尺度問題”和“表面、界面問題”，為開發(fā)納米電刷鍍技術、納米熱噴涂技術、納米氣相沉積等及其復合技術提供技術基礎。

③ 納米原位動態(tài)減摩自修復技術的基礎研究。在不停機、不解體的狀況下，應用摩擦化學理論，利用納米顆粒的特性在摩擦微損傷表面原位動態(tài)形成自修復膜層的方法及材料。研究內容包括：納米結構的潤滑膜、自修復薄膜等的生長機理和服役特性；納米潤滑添加劑對摩擦表面的強化和對初期磨損表面的原位動態(tài)自修復等機制；納米添加劑的組成、形態(tài)、結構、反映活性等與損傷動態(tài)自修復功能的關系規(guī)律，開發(fā)與摩擦表面結合良好、具有優(yōu)良抗磨損和承載能力的納米磨損動態(tài)自修復技術及摩擦表面原位強化技術。

4.2.3特殊環(huán)境下的應急再制造技術

我國有大量的設備服役在苛刻的環(huán)境條件下，如在野外環(huán)境下石油、天然氣設備；水電、公路鐵路施工設備等；在嚴重快速磨損的高原沙漠地區(qū)，在高溫、高濕、高煙霧海洋環(huán)境下的嚴重腐蝕或磨損等。特殊環(huán)境下的裝備應急再制造關鍵技術以恢復服役性能為重點，對再制造的時間、空間、標準、技術條件等有特殊要求，具有現場性、應急性、易噪性等特點。研究內容主要包括：

1.應急快速維修技術

高科技條件下的局部戰(zhàn)爭及生產線協同運行等作業(yè)方式縮短了損傷裝備修理的時間和空間，因此應急快速維修的地位和作用也變得更為重要。采用先進技術快速修復損傷的裝備，使其迅速恢復戰(zhàn)斗力和生產力，是高科技條件下的作戰(zhàn)與生產對應急維修技術的要求，也是裝備再制造的重要研究方向。主要技術基礎：

⑴ 研究軍用裝備的戰(zhàn)傷特點及裝備突發(fā)故障規(guī)律，建立應急維修技術專家系統。

⑵ 開發(fā)適應于高低溫、高負荷、強輻射等苛刻條件下使用的耐磨、防腐化學粘涂材料（復合型膠粘劑、納米膠粘劑、特種功能膠粘劑）；研究粘結粘涂層的衰變性能；研究快速固化機理和技術，如紫外線固化、微波固化技術等；重點開發(fā)適用于戰(zhàn)傷及突發(fā)損傷的粘接、冷焊、扣合、堵漏等應急快速搶修技術。

⑶ 研究提高部隊作戰(zhàn)和野外施工作業(yè)應急機動保障能力的關鍵技術，開發(fā)通用化、小型化、標準化、智能化、數字化的靠前搶修配套工具和儀器，開發(fā)多種現場搶修車及方艙等。

2.再制造毛坯快速成形技術

再制造毛坯快速成形技術，是利用原有廢舊的零件作為再制造零件毛坯原料，根據離散和堆積成形原理，利用CAD零件模型所確定的幾何信息，采用積分原理和先進熔覆技術進行金屬的熔融堆積，快速成形。主要技術基礎：

⑴ 建立產品結構、零部件及表面涂層體系的再制造計算機輔助工程系統（RCAE），研究零件受損檢測和幾何特征定位，開發(fā)再制造毛坯表面三維幾何參量測試及再制造建模系統。

⑵ 研究適宜快速成形的高熔點材料，解決金屬直接快速成形的致密性、成形材料與基體的結合強度、成形材料間的內聚強度等問題。

結 論

本文指出我國制造業(yè)的基礎共性技術領域材料成形加工技術與科學的發(fā)展方向，以推動該領域的發(fā)展和進步。

新一代制造工藝及裝備、建模與仿真及快速產品與工藝開發(fā)系統是面向現代的三項關鍵先進制造技術。輕量化、精確化、高效化將是新一代成形加工技術的重要發(fā)展方向，材料成形加工向更輕、更薄、更精、更強、更韌、質量高、周期短及成本低的方向發(fā)展。

在新一代成形加工技術與材料成形加工的發(fā)展中不斷面臨的環(huán)保、資源、市場競爭等問題上，綠色再制造又成為了成形加工技術的進一步發(fā)展趨勢。綠色再制造材料成形加工關鍵技術基礎的研究目標和內容涉及材料學科和機械學科的前沿，符合廢品資源化和我國可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略的原則和內容，其中許多技術基礎的研究內容優(yōu)又是根據我國廢舊產品再制造的需求提出的，具有較強的學科創(chuàng)新性、前瞻性以及廣闊的應用與發(fā)展前景。

參考文獻

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成都理工大學

材料成型與加工技術

姓名：陳康

學號：2015050207 專業(yè)：機械工程及其自動化

院系：核技術與自動化學院

2016年1月5日