目录
第一章绪论
1.1设计题目 (3)
1.2设计任务 (3)
1.3 ABS塑料简要概述及研究意义 (3)
1.4 ABS的燃烧机理 (4)
1.5阻燃剂的作用机理 (4)
第二章制备阻燃ABS原料的选取及配方设计
2.1 主要原料的选取 (6)
2.2 助剂的选择 (7)
2.3 配方设计 (7)
第三章生产中物料相关计算
3.1物料衡算内容及选定基准 (8)
3.2物料衡算相关计算 (8)
3.3物料衡算流程图 (11)
第四章生产设备的选型
4.1设备选型的原则及其分类 (12)
4.2设备的技术条件和要求 (13)
4.3 定性设备的选取 (13)
4.3.1 储罐的选取 (13)
4.3.2 自动配料秤的选取 (15)
4.3.3 高速搅拌机的选取 (16)
4.3.4 失重式喂料机 (17)
4.3.5 仓壁振动器的选取 (17)
4.3.6 挤出机的选取 (18)
4.3.7 水槽的选取 (19)
4.3.8 风力吹干机的选取 (20)
4.3.9 切粒机的选取 (20)
4.3.10 振动筛的选取 (21)
4.3.11设置搅拌槽混匀前、后期物料 (21)
4.3.12 烘干机的选取 (21)
4.3.13 台秤的选取 (22)
4.3.14 打包机的选择 (23)
第五章阻燃ABS树脂生产工艺流程
5.1 概述 (24)
5.2 生产方法的确定 (24)
5.3 工艺流程 (24)
5.3.1 工艺流程 (24)
5.3.2 造粒方法 (25)
5.3.3 物料输送方式 (25)
设计体会 (26)
参考文献 (27)
第一章绪论
1.1设计题目
设计题目为：年产1000吨阻燃ABS树脂成型工艺设计。
1.2设计任务
（1）生产方法论证；
（2）阻燃ABS树脂配方的确定；
（3）挤出生产过程的物料衡算、挤出设备选型、挤出成型工艺参数设计；
（4）工艺流程图纸1张；
（5）设计说明书1份；
1.3ABS 塑料简要概述及研究意义
ABS(Acrylonitrile Butadiene Styrene)树脂是是五大合成树脂之一,由丙烯腈、丁二烯和苯乙烯组成的三元共聚物，因而能表现三种组分之间的协同性能：丙烯晴组分在ABS中表现的特性是耐热性、耐化学性、刚性、抗拉强度，丁二烯表现的特性是抗冲击强度，苯乙烯表现的特性是加工流动性，光泽性。这三组分的结合，优势互补，使ABS树脂具有优良的综合性能, 刚性好，冲击强度高、耐热、耐低温、耐化学药品性、机械强度和电器性能优良，较好的热稳定性和化学稳定性、较好的流动性，易于加工，加工尺寸稳定性和表面光泽好，容易涂装，着色，还可以进行喷涂金属、电镀、焊接和粘接等二次加工。ABS树脂是目前产量最大，应用最广泛的聚合物，它将PS,SAN,BS的各种性能有机地统一起来，兼具韧，硬，刚相均衡的优良力学性能。
ABS是一种用途极广的热塑性工程塑料，在ABS消费结构中主要是家用电器、机械配件、办公用品和用具等。主要有电视机、电冰箱、洗衣机、电风扇、空调、计算机、复印机、电话、吸尘器等，此外还有汽车、摩托车和管道等。上述用途中ABS主要做内外壳体、支撑和各种零配件。同时在通讯器材、商品器材、文教娱乐用品及建材的需求前景也十分看好。ABS树脂已是目前我国产量最大、应用最广泛的通用工程塑料。但ABS氧指数
仅18.3-20(<21)，属于易燃材料[1]。在ABS的实际应用中，使用ABS制作的一些电子电器配件壳体燃烧引起的火灾时有发生，同时燃烧时放出黑烟和有毒气体，其发烟量是各种塑料中最大的，这不仅会造成严重的财产损失，还会给人类的生命安全和生存环境带来极大威胁，限制了其在居民住宅、家电、管道等很多方面的使用。随着科技进步和生活质量的提高，人们安全意识越来越强，国内外对汽车、建筑、家用电器，办公用品等方面使用的塑料材料提出了严格的防火阻燃要求，制定了相应的技术标准与规范[2]。因此ABS的阻燃问题越来越受到世界各国的高度重视，研究和开发阻燃的ABS显得非常重要。
1.4 ABS的燃烧机理[3]
ABS树脂的燃烧机理十分复杂，由于所用原料的种类、比例、工艺条件、生产方法的多样化，ABS树脂的实际组成千差万别，变动极大，其燃烧性能也有差异。一般随丁二烯成分增加，树脂透明性降低，可燃性增加。这是由于聚丁二烯相中存在取代的叔碳原子，有利于氧从丁二烯中夺氢，并引发氧化，加速ABS的降解。也有人认为ABS热-氧老化可从丙烯腈-丁二烯和丁二烯-苯乙烯共聚物的热降解来说明，在丙烯腈-丁二烯共聚物的热解产物里没有发现丙烯腈的特有产物HCN，这是因为丁二烯部分的热解产生不饱和成分，很快与HCN反应所致。ABS树脂本质上和其它高聚物一样，燃烧过程中产生特别活泼的自由基HO·，而HO·的浓度是决定燃烧速度的关键。当高分子和HO·相遇，生成高分子自由基和
水，在氧存在下，又产生出HO·自由基，可使反应继续进行，最后生成CO
2和H
2
O。为了阻
止塑料燃烧，其基本方法是抑制可燃性气体的发生和隔绝空气中的氧气。一般来说，燃烧过程包括加热、熔融、解聚、分解、氧化和着火等步骤。在燃烧过程的各个步骤中，其进行速度将受到许多因素的制约，除外界因素外，高分子材料燃烧的难易主要取决与自身的燃烧特性。
1.5 阻燃剂的作用机理
ABS树脂的燃烧机理十分复杂，但本质上和其它高聚物一样，燃烧过程中产生特别活泼的自由基HO?，而HO?的浓度是决定燃烧速度的关键。当高分子和HO?相遇到，生成高分
子自由基和水，在氧存在下，又产生出HO?自由基，可使反应继续进行，最后生成CO
2和H
2
O。
ABS燃烧的三要素是可燃物、氧气和热能，要想阻止燃烧就得除去三要素中的至少一个。
为此采用添加化学阻燃剂是十分有效的。阻燃剂的作用机理比较复杂，就目前研究的结果，可以从以下几个方面来考虑[4-8]：
(1)由于阻燃剂或其分解产物的脱水作用使树脂炭化，减少产生火焰的燃烧和可燃气体的生成。
(2)由于含水化合物在高温时的剧烈分解脱水而吸收大量热能，降低了环境温度。
(3)阻燃剂的分解产物形成了不挥发性的保护膜，包覆在树脂表面，阻止燃烧。
(4)含卤阻燃剂在高温分解形成的卤化氢稀释了聚合物分解产生的可燃气体，使燃烧变得困难；同时，卤化氢又是HO?的捕获体，能大大降低HO?浓度，终止链反应而起到阻燃作用。
(5)阻燃剂分解产生的不可燃气体覆盖在树脂表面而断绝了氧的供应而阻燃。
(6)由于阻燃剂分解而复合产生密度较大的气体。或高沸点液体，覆盖在材料表面而断绝了氧的供给。
第二章制备阻燃ABS原料的选取及配方设计
2.1 原料的选取
（1）SAN树脂，丙烯晴和苯乙烯的共聚物；SAN是苯乙烯系中产品最大的共聚物。苯乙烯丙烯晴是苯乙烯丙烯晴的共聚物，是一种无色透明，具有较高的机械强度的聚丙烯基工程塑料。SAN的化学稳定性要比聚苯乙烯好。SAN类产品的透明度和抗紫外性能不如聚甲基丙烯酸甲酯类产品但是价格相对便宜。
【性状】透明椭圆柱固体颗粒，椭圆长泾4毫米，短径2毫米，柱体长度3-4毫米。透明度高，一般有浅蓝色和浅黄色两种底色。
【密度】1.06-1.1 g/cm3
【毒性】无毒
【用途】化妆品容器、圆珠笔杆、打火机外壳、冰箱抽屉、低挡太空杯等。
（2）ABS改性剂；KT-4（丁二烯类三元共聚物），淡黄色颗粒，用于ABS 增韧等，提高ABS的抗冲击性，可直接与各种ABS原料、回料等混合，直接注射成型，提高ABS制品的抗冲击强度，表：ABS树脂增韧典型数据
（3）主阻燃剂：十溴联苯醚；相对分子质量959.17，理论溴含量约为83.31%。工业品为白色粉末，熔点300℃-310℃，溴含量約83%，真密度約3.3 g/cm3
堆积密度为1.42g/cm3(密装)或1.07g/cm3（松装）。可用于阻燃剂ABS、HIPS、PP、PC、PBT、PET、PVC、热塑性弹性体、环氧树脂、不饱和聚酯、涂料、胶黏剂及纺织品。根据我们要生产的产品，我们选择的阻燃试剂能拥有以下性能物理机械性能----拉伸屈伸极限39.2MPa，拉伸模量2.2GPa，屈服点伸长
率2.6%，弯曲强度68.9MPa,弯曲模量2.3GPa。
（4）辅阻燃剂：三氧化二锑；相对分子质量291.60，理论含锑量83.54%，白色晶体，受热时显黄色。有立方晶型及斜方晶型，在自然界中以方锑矿及锑华存在。不溶于水和乙醇，溶于浓盐酸、硫酸、浓碱、草酸，是一种两性化合物，与卤素阻燃剂并用于增强阻燃效能。
2.2 助剂的选择
（1）亚磷酸三苯酯；密度：1.186g/cm3，性状：低于室温时为无色至淡黄色单斜晶体。室温以上时为无色淡黄色透明油状液体，有刺激性气味。作用：做稳定剂，增加塑料稳定剂。
(2) 磷酸三甲苯酯；熔点：-33℃，密度：相对密度（水=1）1.16，稳定性：稳定，外观与性状：无色或淡黄色的透明油状液体。
（3）EBS；化学名称 N,N’—乙撑双硬脂酰胺外观:白色粉状
本品可用于PVC、PP、PE、PS、ABS、AS、PC、POM、PET、PA、PBT等热塑性树脂制品中，用作润滑剂。
除了润滑剂外，EBS同样可作为PVC、 PP、 PE、 PS、 ABS、 AS 、PC、 POM 、PET、PA 、PBT等热塑性树脂的优质脱模剂。
2.3 配方设计
所需原料及配比如表1：
（表1）原料与配比
原料比例%
SAN 62.4
ABS改性剂 17.6
十溴联苯醚 14
三氧化二锑 3.5
亚磷酸三苯酯 1.8
磷酸三甲苯酯 0.2
EBS 0.5
第三章生产中物料相关计算
3.1 物料衡算内容及选定基准
1.内容要求：对年产1000吨阻燃ABS树脂进行物料衡算。
2.选定计算基准：
（1）年工作日：297天（去除一系列影响正常生产的天数）（2）实际开车时间：297天*24小时=7128小时
（3）总损耗率 1.2%
3.2物料衡算相关计算
物料相关计算如下：
1.年产阻燃ABS树脂总量：
M
=1000／（1-1.2%）=1012.15（吨）
总
2．粉料中各组分需要量：
（1）ABS改性剂：
年需M=1012.15*17.6%=178.138（吨）
一天需M=年需/297=0.600（吨）
每小时需要量M=一天需/24=25（kg）
年总体积V=年需/堆积密度=494.828（m3）
一天体积需V=年总体积/297=1.666（m3）（2）SAN树脂：
年需M=1012.15*62.4%= 631.582 （吨）
一天需M=年需/297=2.127（吨）
每小时需要量M=一天需/24=88.625（kg）
年总体积V=年需/堆积密度=584.798（m3）
一天体积需V=年总体积/297=1.969（m3）（3）十溴联苯醚：
年需M=1012.15*14%=141.701（吨）
一天需M=年需/297=0.477（吨）
每小时需要量M=一天需/24= 19.875（kg）
年总体积V=年需/堆积密度=132.431（m3）
一天体积需V=年总体积/297=0.446（m3）（4）三氧化二锑：
年需M=1012.15*3.5%=35.425（吨）
一天需M=年需/297=0.119（吨）
每小时需要量M=一天需/24=4.958（kg）
年总体积V=年需/堆积密度=6.8125（m3）
一天体积需V=年总体积/297=0.0229（m3） (5)亚磷酸三苯酯：
年需M=1012.15*1.8%=18.2187（吨）
一天需M=年需/297=0.0613（吨）
每小时需要量M=一天需/24=2.554（kg）
年总体积V=年需/堆积密度=15.387（m3）
一天体积需V=年总体积/297=0.0518（m3）（6）磷酸三甲苯酯：
年需M=1012.15*0.2%=2.0243（吨）
一天需M=年需/297=6.816*E-3（吨）
每小时需要量M=一天需/24=0.284（kg）
年总体积V=年需/堆积密度=1.745（m3）
一天体积需V=年总体积/297=5.875*E-3（m3） (7)EBS:
年需M=1012.15*0.5%=5.0608（吨）
一天需M=年需/297=0.017（吨）
每小时需要量M=一天需/24=0.708（kg）
年总体积V=年需/堆积密度=3.163（m3）
一天体积需V=年总体积/297=0.0106（m3）
综合上述，粉料中各组分需要量归纳如表2：
（表2）粉料中各组分需要量
考虑储料罐占地面积和可安装性，ABS改性剂和SAN树脂用量较多每四天购买物料一次，十溴联苯醚和三氧化二锑用量较小每周购买物料一次。
下面分别计算每次购买的最小量，实际购买可整数购买。
（1）ABS改性剂: 质量=一天需*4=2.4（吨）
体积=一天体积需*4=6.664（m3）
（2）SAN树脂：质量=一天需*4=8.508（吨）
体积=一天体积需*4=7.876（m3）
（3）十溴联苯醚：质量=一天需*7=3.339（吨）
体积=一天体积需*7=3.122（m3）
(4)三氧化二锑：质量=一天需*7=0.833（吨）
体积=一天体积需*7=0.1603（m3）
（5）亚磷酸三苯酯：质量=一天需*30=1.839（吨）
体积=一天体积需*30=1.554（m3）
（6）磷酸三甲苯酯：质量=一天需*90=0.6134（吨）
体积=一天体积需*90=0.5288（m3）
（7）EBS：质量=一天需*90=1.53（吨）
体积=一天体积需*90=0.954（m3）
3.3 物料衡算流程图
已知损失量为1.2%
投料量的计算：
混合物密度ρ
=100/(17.6%/0.36+62.4%/1.08+14%/1.07+3.5%/5.2)=0.859g/cm31.
每小时物料体积V=142.00×1000/0.859=0.1653m3
中间料仓设计可储存两小时用量,当容量低于1/3高搅机开始加料到达2/3容量停止加料
则中间料仓加料量:
质量M=混合物密度*每小时物料体积*2=0.859*0.1653*2=283.985kg
体积=每小时物料体积×2=0.1653×2=0.3306 m3
物料衡算流程图：
1012.15吨/年—>高混工段—>挤出成型工段—>造粒工段—>
1000吨/年制品∣＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿∣
↑
总损失为1.2%
混合工段物料平衡表如表3：
（表3）混合工段物料平衡表
工序输入（kg/年）损失（%）输出量（kg/年）
加料1012.15 1012.15
高混+挤出+造粒1012.15 1.2 1000
制品1000 1000
第四章生产设备的选型
4.1 设备选型的原则及其分类
设备选型的原则与确定技术路线和工艺流程一样，应从技术，现实具体情况方面考虑。
1．要求技术上先进，方案的可行性是设备选型的总原则。具体体现在以下几个方面：
（1）所选用的设备应与生产规模相适应，在允许的条件下，获得最大的单位产量；
（2）设备应适应产品品种的要求，确保产品质量；
（3）提高连续化，大型化程度，降低劳动强度，提高劳动生产效率；2．设备的可靠性；
设计中选用的设备一定要可靠，特别是主要设备，应坚持经过生产实践考验的原则。只有设备和材质可靠，才能保证建成以后一次试车生产成功。
根据设备在生产过程中的作用和供应渠道，塑料制品厂生产设备大致可分如下几大类：
（1）专用设备的选择
塑料制品的生产的专用设备，一般是指物料直接经过的机械与设备，并有一定生产技术参数要求的设备。如挤出机与物料直接接触，，大部分为连续旋转，对机械性能及材质的要求较高，加工技术性强。因此，一般都由专业厂家生产，都是定型设备。
（2）通用设备的选择
通用设备一般是指由机械工业部系统主管及生产的泵，风机等设备。选择通用设备时要注意以下的情况：
1.根据工厂中所需要的技术参数，如流量，温度等，并充分考虑生产过程
中发生的情况，合理选择设备。
2.选择通用设备时，应注意设备的材质，既要保证正常生产，又应该注意
节约。
选择时要注意的事项：设备选用容积，要考虑合理的容积，如容积过小，就要增加设备台数；容积过大又会造成浪费。实践证明，贮槽容积一般考虑3-4班的用量较为适宜。
4.2设备的技术条件和要求
1.设备名称，作用和使用场合；
2.有关技术参数：
①操作条件：流量，温度等
②工作介质特性，物料组成，粘度，比重等。
③容积：全容积，有效容积，传热面积等。
3.对设备的结构要求：
①材质要求。
②关键尺寸：外形尺寸，管口方位，管口规格，液面计，试镜，仪表测量孔等。
③搅拌与夹套，搅拌转速的拖动方式。
④安装尺寸：设备基础或支架型式。
4.3 定性设备的选取
4.3.1 贮罐的选取
根据配方母料，则选取贮罐四个，分别承装ABS改性剂，SAN树脂,十溴联苯醚、三氧化二锑。
1.ABS改性剂储罐的选择
ABS 4天上料量为 2.4吨；密度为360kg/m3，则物料的容积:V=(2.4×1000)/360=6.67m3
罐体的技术参数
2.SAN 储料罐的选择
SAN 4天上料量为8.508吨；密度为1080kg/m 3 ，则物料的容积为V=8.508×1000/1080=7.878 m
3
罐体的技术参数
3.十溴联苯醚储罐的选择
十溴联苯醚七天上料量为3.339吨，密度为1017 kg/m 3 则物料的容积为V=3.339×1000/1017=3.283（立方米） 罐体的技术参数
4.三氧化二锑储料罐的选择
Sb2O3 七天上料量为0.833吨，密度为5200kg/m3
则储料罐的容积V=1000*0.833/5200=0.160m3
罐体的技术参数
5.磷酸三甲苯酯、亚磷酸三苯酯容器的选择
由于磷酸三甲苯酯、亚磷酸三苯酯均为液体，且容量较小，所以只需选择两个塑料罐呈装即可。
一个季度（90天）磷酸三甲苯酯上料量：
m=0.6134吨密度=1160kg/m3
则储料罐容积V=0.5288m3
亚磷酸三苯酯一个月（30天）上料量：
m=1.839吨密度=1184kg/m3
则储料罐容积V=1.553m3
6.EBS 一季度上料量：m=1.53吨密度为1600kg/m3
则一季度所需体积V=0.956m3
罐体的技术参数
4.3.2 失重配料秤的选取
在塑料成型加工中，为了改良ABS的性能，需加入多种助剂，为了准确按照配方的比例，助剂及SAN的量需用配料秤严格称量，否则会影响挤出管材的质量。因此必须选用失重配料秤。
高混机的有效容积为330L。
则每锅料重:SAN=330×0.624×1.08=222.3936 kg
十溴联苯醚=330×0.14×1.07=49.434 kg
ABS改性剂=330×0.176×0.36=20.9088 kg
Sb2O3=330×0.035×5.2=60.06 kg
磷酸三甲苯酯=330*0.018*1.184=7.033kg
亚磷酸三苯酯=330*0.002*1.16=7.656kg
EBS=330*0.005*1.6=2.64kg
其中SAN和十溴联苯醚选用XSP-200型，其他选择XSP-006型。
（表7）失重配料秤的工艺参数
4.3.3 高速搅拌机的选取
选取SHR-500C型高速搅拌机，其参数如表8：
（表8）
混合后的密度ρ
=100/(17.6%/0.36+62.4%/1.08+14%/1.07+3.5%/5.2)=0.859kg/L 每小时物料容积V=142.00/0.859=165.31L
高搅机有效容积为330L需台数一台
4.3.4 失重式喂料机
选取T38/T28型，其参数如表9：
（表9）
中间料斗设计成等腰梯形，可储存两小时用量，当容量低于1/3
时高搅机放料，当容积高于2/3时停止放料，则可计算出中间料斗容积，确定其高度为1m ，则2/3V=两小时物料体积
既(2/3)×(1/3)∏R2 ×1=0.17309m3 ×2
可得R=0.7m
为便于中间料斗下料，可在下方开设直径10cm下料口。
4.3.5 仓壁振动器的选取
粉料在储罐里由于时间长，空气潮湿等原因而空气容易结块，因此不易下料，所以要选用仓壁振动器，时物料顺利从料仓口排出，以保证整个生产流程的正常进行。本设计采用CZ型仓壁振动器，该设备用于防止和排除各种料仓由于物料摩擦，潮湿。带电和成分偏析等原因引起的“堵塞和搭块”现象，能时物料从料仓口排出。选用型号LZF-4, LZF-3的仓壁振动器。仓壁振动器的参数如表10：
（表10）
选择LZF-4型号的2个，LZF-6型号的6个。
4.3.6 挤出机的选取
由物料衡算：
1012.15*1000／297*24=142.00㎏／h
每小时生产能力142.00㎏／h
所以，需挤出机台数一台。
根据单螺杆和双螺杆的对比，我们选择双螺杆的原因：与单螺杆相比，双螺杆挤出机造价便宜，产量高，加料容易，塑料在双螺杆挤出机中的停留时间短，具有优异的混合、塑化效果。
双螺杆挤出机的选择：（1）锥形螺杆与平行螺杆相比，锥形螺杆可获得更为稳定的塑化效果，加料表面积较大，塑化压力可减少50%-60%，减少了热降解的
危险，因此我们选择锥形螺杆。（2）啮合行与非啮合行，啮合行的挤出机更适合用于混料，受热时间短，受热均匀，剪切作用强，我们选择啮合行的挤出机。（3）同向与异向，同向双螺杆挤出机的排气效果好，气体易从料斗排出，同向双螺杆速度分布均匀和剪切速率分布多样性，剪切力分布均匀，同向双螺杆混炼效果好，啮合区剪切力均匀，剪切速度大。
SJS-60/22型双螺杆挤出机主要技术参数表
挤出机螺杆各段温度的确定：
加料段：185摄氏度
压缩段：223摄氏度
均化段：230摄氏度
机头： 240摄氏度
挤出机口模的确定：
口模的孔数：15个
孔的直径大约为3.5mm
5.2.7 水槽的选取
5.2.8 风力吹干机的选取
选取风力吹干机，其参数如表12：
（表12）
4.3.9 切粒机的选取
为存储和运输的方便性，需把挤出料条剪切成颗粒状，然后烘干打包。选取
《高分子合成工艺》作业参考答案 第一章 1、单体储存过程中应注意什么问题，储存设备应考虑哪些问题，为什么？答：单体储存过程应该注意： （1）为了防止单体自聚，在单体中添加少量的阻聚剂，如在1，3-丁二烯中加人防 老剂对叔丁基邻苯二酚。 （2）为防止着火事故的发生，单体储罐要远离反应装置，储罐区严禁明火以减少 着火的危险。 （3）防止爆炸事故的发生，首先要防止单体泄漏，因单体泄漏后与空气接触产生 易爆炸的混合物或过氧化物；储存气态单体（乙烯）或经压缩冷却后液化的单体（丙烯、氯乙烯、丁二烯等）的储罐应是耐压的储罐；高沸点的单体储罐应用氮气 保护，防止空气进入。 2、引发剂储存是应注意什么问题？ 答：多数引发剂受热后有分解和爆炸的危险，干燥纯粹的过氧化物最易分解。因此，工业上过氧化物引发剂采用小包装，储存在阴暗、低温条件下，防火、防撞击。 3、聚合反应产物的特点是什么？ 答：聚合物的分子量具有多分散性；聚合物的形态有坚韧的固体、粉状、粒状和高 粘度的溶液；聚合物不能用一般产品精制的方法如蒸馏、重结晶和萃取等方法进行精制和提纯。 4、选择聚合方法的原则是什么？ 答：聚合方法的选择原则是根据产品的用途所要求的产品形态和产品成本选择适当的聚合方法。 自由基聚合可以采用本体、溶液、乳液和悬浮聚合等方法；离子聚合只能采用本体和溶液聚合。 聚合操作可以是连续法或者间歇法；聚合反应器有不同的类别、排热方式和搅拌装置等。 5、如何选用聚合反应器？ 答：根据聚合反应器的操作特性、聚合反应及聚合过程的特征、聚合反应器操作
特性和经济效益等聚合反应的特性以及过程控制的重点，按下列原则选择聚合反应器： 对度高浓物应，在原料配方一定的情况下，当反时物的生成标产）重点在于目1（． 于目标聚合物生成有利时，可选用管式聚合反应器或间歇操作的釜式聚合反应器，当反应物浓度低对目标聚合物生成有利时，可选用连续操作的釜式聚合反应器或多级串联釜式聚合反应器 （2）重点在于确保反应时间的场合可选用塔式或管式聚合反应器 （3）重点在于除去聚合热的场合可以选用搅拌釜式聚合反应器 （4）重点在于除去平衡过程中产生的低分子物的场合，可选用搅拌釜式聚合反应 器，薄膜型聚合反应器或表面更新型聚合反应器 （5）对于高粘度体系，应尽量选择相应的特殊型式的聚合反应器。 6、常见的聚合反应器有哪些？简述釜式聚合反应器结构。 答：常见的聚合反应器有：釜式反应器、管式反应器、塔式反应器、流化床式反应 器、特殊形式聚合反应器。 釜式反应器包括：容器部分、换热装置、搅拌装置、密封装置、其它结构 7、高分子合成工艺路线选择原则？ 答：高分子合成工艺路线的选择原则为：满足产品的性能指标要求；生产的可靠性； 技术上的先进性；经济上的合理性；生产装置大型化；清洁生产、注重可持续发展。 第二章 1、生产单体的原料路线有几条？比较它们的优缺点？ 答：石油化工路线、煤炭路线和其它（农副产品）路线。 对原料来源要求：来源丰富、成本低、生产工艺简单、环境污染小、各种原料能综 合利用、经济合理，可以从着几方面简单分析。 2、简述由最基本的原料（石油、天然气和煤炭）制造高分子材料的过程。 从高分子合成的六个步骤结合具体的例子描述。
挤出1.以硬质PVC为例说明管材挤出成型加工工艺及其特点以及影响因素（10分）? 答：挤出工艺：物料经挤出机塑化、机头口模成型后，经定型装置冷却定型、冷却水槽冷却、牵引、切割，得到管材制品。（3分）??? 特点：①口模横截面积不能大于挤出机料筒横截面积的40％。②挤出机头有直通式和偏移式两类，后者只用于内径尺寸要求精确的产品，很少采用。③定径套内径略大于管材外径；机头上调节螺钉可调节管材同心度；牵引速度可调节管材尺寸；（4分）④PVC，粘度大，流动性差，热稳定性差；生成热多，结合缝不易愈合，管材易定型。（3分）。 影响因素：温度、螺杆转速及冷却、牵引速度、压缩空气? 2.简述挤出成型原理并讨论提高加料段固体输送速率的措施。? 原理：粉（粒）料，加入挤出机经①加热、塑化成熔体，再经机头口模②流动成型成连续体，最后经冷却装置③冷却定型成制品。（4分）。措施：提高螺杆转速，提高料筒内表面摩擦系数fb，降低螺杆外表面摩擦系数fs（4分）。? 3.简述管材挤出的工艺过程及管材挤出的定径方法。? 答：管材挤出的基本工艺是：物料经挤出机塑化、机头口模成型后，经定型装置冷却定型、冷却水槽冷却、牵引、切割，得到管材制品。（3分）（4分)? 管材的内外径应分别等于管芯的外径和口模的内径。管材挤出的定径方法分为定内径和定外径两种。（2分)? 外径定型是使挤出的管子的外壁与定径套的内壁相接触而起定型作用的，为此，可用向管内通入压缩空气的内压法或在管子外壁抽真空法来实现外径定型。（2分)? 内径定型法是将定径套装于挤出的塑料管内，即使挤出管子的内壁与定径套的外壁相接触，在定径套内通以冷水对管子冷却定径。（2分)? 4.挤出时，渐变螺杆和突变螺杆具有不同的加工特点。已知：PVC软化点75~165℃；尼龙的 熔融温度范围则较窄，约10℃，它们应分别选用何种螺杆进行加工？简要说明理由。（12分）? 答：?PVC应选用渐变螺杆而尼龙应选择突变螺杆进行加工。（4分）?因为PVC是无定形塑料，无固定的熔点，软化温度范围较宽，其熔融过程是逐渐进行的，所以选择熔融段较长的渐变螺杆；PA是结晶性塑料，有固定的熔点，熔融温度范围较窄，温度达到熔点后，熔融较快，应选择熔化区较短的突变螺杆。（3分）? 5.根据挤出理论和实践，物料在挤出过程中热量的来源主要有两个，一是物料与物料之间， 物料与螺杆、机筒之间的剪切、摩擦产生的热量，另一个是料筒提供的热量。 6.根据最简流动方程，熔体在螺杆计量段的流动有?正流、逆流、横流和漏流四种? 7.试分析螺杆挤出机生产中产生物料架桥现象的原因。? 答：（1）原料配方中有黏度较大的助剂造成物料结块导致无法下料。? （2）下料段设定的温度过高，引起物料熔化，螺杆无法推进物料，造成物料架桥。 ?（3）喂料系统发生故障，无法正常工作，造成物料架桥。 8.请问为什么挤出机要在料斗座处加冷却装置？? 答：为避免加料斗出现“架桥”现象而影响加料及固体输送效率。? 9.机筒加热和冷却的目的是什么？? 答：加热促进物料塑化；冷却为防物料过热。? 10.什么叫螺杆的长径比？螺杆长径比的增加对物料的加工有何好处？?
第六章压制成型 2. 简述热固性塑料模压成型的工艺步骤。 将热固性模塑料在以加热到指定温度的模具中加压，使物料熔融流动并均匀地充满模腔，在加热和加压的条件下经过一定的时间，使其发生化学反应而变成具有三维体形结构的热固性塑料制品。 (1)计量 (2)预压 (3)预热 (4)嵌件安放 (5)加料 (6)闭模 (7)排气 (8)保压固化 (9)脱模冷却 (10)制品后处理 4. 在热固性塑料模压成型中，提高模温应相应地降低还是提高模压压力才对模压成型工艺有利？为什么？ 在一理论的操作温度下，模温提高时，物料的黏度下降、流动性增加，可以相对应的降低模压；但若继续升高模温会使塑料交联反应速度增快、固化速率升高此时便需要提高模压。一般而言提高温度应提高模压压力。 8. 试述天然橡胶硫化后的物理性能的变化，并解释之。 橡胶在硫化的过程中，交联密度发生了显着的变化。随着交联密度的增加，橡胶的密度增加，气体、液体等小分子就难以在橡胶内运动，宏观表现为透气性、透水性减少，而且交联后的相对分子质量增大，溶剂分子难以在橡胶分子之间存在，宏观表现为能使生胶溶解的溶剂只能使硫化胶溶胀，而且交联度越大，溶胀越少。硫化也提高了橡胶的热稳定性和使用温度范围。 天然橡胶在硫化过程中，随着线型大分子逐渐变为网状结构，可塑性减小，拉伸强度、定伸强度、硬度、弹性增加，而伸长率、永久变形、疲劳生热等相应减小，但若硫化时间再延长，则出现拉伸强度、弹性逐渐下降，伸长率、永久变形反而会上升的现象。 10. 橡胶的硫化历程分为几个阶段？各阶段的实质和意义是什么？ (1) 焦烧阶段又称硫化诱导期，是指橡胶开始前的延迟作用时间，在此阶段胶料尚未开始交联，胶料在模型内有良好的流动性。对于模型硫化制品，胶
1.以硬质PVC为例说明管材挤出成型加工工艺及其特点以及影响因素（10分） 答：挤出工艺：物料经挤出机塑化、机头口模成型后，经定型装置冷却定型、冷却水槽冷却、牵引、切割，得到管材制品。（3分） 特点：①口模横截面积不能大于挤出机料筒横截面积的40％。②挤出机头有直通式和偏移式两类，后者只用于内径尺寸要求精确的产品，很少采用。③定径套内径略大于管材外径；机头上调节螺钉可调节管材同心度；牵引速度可调节管材尺寸；（4分）④PVC，粘度大，流动性差，热稳定性差；生成热多，结合缝不易愈合，管材易定型。（3分）。 影响因素：温度、螺杆转速及冷却、牵引速度、压缩空气 2.简述挤出成型原理并讨论提高加料段固体输送速率的措施。 原理：粉（粒）料，加入挤出机经①加热、塑化成熔体，再经机头口模②流动成型成连续体，最后经冷却装置③冷却定型成制品。（4分）。措施：提高螺杆转速，提高料筒内表面摩擦系数fb，降低螺杆外表面摩擦系数fs（4分）。 3.简述管材挤出的工艺过程及管材挤出的定径方法。 答：管材挤出的基本工艺是：物料经挤出机塑化、机头口模成型后，经定型装置冷却定型、冷却水槽冷却、牵引、切割，得到管材制品。（3分）（4分) 管材的内外径应分别等于管芯的外径和口模的内径。管材挤出的定径方法分为定内径和定外径两种。（2分) 外径定型是使挤出的管子的外壁与定径套的内壁相接触而起定型作用的，为此，可用向管内通入压缩空气的内压法或在管子外壁抽真空法来实现外径定型。（2分) 内径定型法是将定径套装于挤出的塑料管内，即使挤出管子的内壁与定径套的外壁相接触， 在定径套内通以冷水对管子冷却定径。（2分) 4.挤出时，渐变螺杆和突变螺杆具有不同的加工特点。已知：PVC软化点75~165℃；尼龙的熔融温度范 围则较窄，约10℃，它们应分别选用何种螺杆进行加工？简要说明理由。（12分） 答： PVC应选用渐变螺杆而尼龙应选择突变螺杆进行加工。（4分）因为PVC是无定形塑料，无固定的熔点，软化温度范围较宽，其熔融过程是逐渐进行的，所以选择熔融段较长的渐变螺杆；PA是结晶性塑料，有固定的熔点，熔融温度范围较窄，温度达到熔点后，熔融较快，应选择熔化区较短的突变螺杆。（3分） 5.根据挤出理论和实践，物料在挤出过程中热量的来源主要有两个，一是物料与物料之间，物料与螺杆、 机筒之间的剪切、摩擦产生的热量，另一个是料筒提供的热量。 6.根据最简流动方程，熔体在螺杆计量段的流动有正流、逆流、横流和漏流四种 7.试分析螺杆挤出机生产中产生物料架桥现象的原因。 答：（1）原料配方中有黏度较大的助剂造成物料结块导致无法下料。 （2）下料段设定的温度过高，引起物料熔化，螺杆无法推进物料，造成物料架桥。 （3）喂料系统发生故障，无法正常工作，造成物料架桥。 8.请问为什么挤出机要在料斗座处加冷却装置？ 答：为避免加料斗出现“架桥”现象而影响加料及固体输送效率。 9.机筒加热和冷却的目的是什么？ 答：加热促进物料塑化；冷却为防物料过热。 10.什么叫螺杆的长径比？螺杆长径比的增加对物料的加工有何好处？ 答：螺杆有效工作长度与直径之比。n一定时，L/D增加，物料在螺杆中运行时间延长，有利于物料塑化与混合，使升温过程变缓；可使均化段长度增加，可减少逆流和漏流，有利提高生产能力。 11.挤出成型是在什么温度之间进行的？物料在什么温度范围容易挤出？挤出温度由什么决定？ 答：在黏流温度Tf与分解Td之间挤出成型；范围越宽越易挤出成型。具体温度应根据原料的配方、挤出机头结构、螺杆转速来定。
1生产单体的原料路线有哪几种？试比较它们的优缺点？ 答:①石油路线：目前最主要的单体原料路线②煤炭路线：乙炔，电石生产需大量电能，经济上不合理，由于我国历史原因和资源情况，乙炔仍是高分子合成的工业的重要原料。③可再生资源路线，原料不充足，成本高，但充分利用自然资源，变废为宝的基础上，小量生产某些单体出发点还是可取的。 2、如何有C4馏分制取1，3丁二烯？ ①用C4馏分分离出来的丁烯进行氧化脱氢制取②将裂解气分离得到的C4馏分用PM下进行萃取蒸馏抽提制取。 第三章本体聚合 1、简述高压聚乙烯工艺流程 答：精制的乙烯进入一次压缩（一级）；来自低压分离的循环乙烯与相对分子量调节剂混合后，进入一次压缩机入口，压缩至250MPa，然后与来自高压分离器循环乙烯混合后进行二级压缩；冷却单体进入聚合反应器，引发剂溶液用高压泵送入进料口或直接进入气相聚合；然后高压分离、低压分离挤出切粒，未反应单体分离循环使用。 2、高压PE有哪两种主要工艺路线？各有什么特点？ 管式反应器进行、反应釜中进行两条主要工艺路线 管式反应器反应中：物料在管内呈柱塞状流动，无返混现象，反应温度沿反应管长度而变化，得高压聚乙烯分子量分布较宽，耐高压。无搅拌系统，长链分枝少。生产能力取决于反应管参数。 釜式反应器：物料可充分混合，反应温度均匀，还可分区操作。耐高压不如管式，反应能力可在较大范围内变化，反应易控制。PE分布窄，长链分枝多。3、高压PE合成反应条件比较苛刻，具体条件如何？为什么采用这样的工艺条件？ 反应温度设在150℃~330℃，原因有二：①乙烯无任何取代基，分子结构对称，纯乙烯在350℃以上爆炸性分解，从安全角度，避免因某些特殊不可预知的因素造成温度上升，引发事故，故使T＜330℃②PE熔点为130℃，当T＜130℃时造成大量PE凝固，堵塞管道，同样造成反应难以进行，造成事故，故最低温度不低于130℃，一般温度大于150℃。 反应在低压下进行，原因：乙烯常压下位气体，分子间距离远，不易反应，压缩后，分子间距离显著缩短，极大增加了自由基与单体分子之间碰撞几率，易反应，在100~300MPa下，C2H4接近液态烃，近似不可压缩状态，其次T上升，需压力也增加，才能使PE与单体形成均相状态，保持反应顺利进行。 转化率15～30%：明显低于其他单体本体聚合，f造成大量乙烯需要循环使用。—CH高，热容小，f提高1%，温度上升12~13℃，如果反应热不能与时移除，极易造成温度急剧上升，从而造成爆炸发生，故一般提高f困难，另外提高f，
1.高分子材料成型加工：通常是使固体状态(粉状或粒状)、糊状或溶液状态的高分子化合物熔融或变形，经过模具形成所摇的形状并保持其已经取得的形状，最终得到制品的工艺过程。 2.热塑性塑料：是指具有加热软化、冷却硬化特性的塑料(如:ABS、PP、POM、PC、PS、PVC、PA、PMMA等),它可以再回收利用。具有可塑性可逆 热固性塑料：是指受热或其他条件下能固化或具有不溶（熔）特性的塑料(如:酚醛树脂、环氧树脂、氨基树脂、聚胺酯、发泡聚苯乙烯、不饱和聚酯树脂等)具有可塑性,是不可逆的、不能再回收利用。 3. 通用塑料：一般是指产量大、用途广、成型性好、价格便宜的塑料 工程塑料：指拉伸强度大于50MPa，冲击强度大于6KJ/m2,长期耐热温度超过100°C 的、刚性好、蠕变小、自润滑、电绝缘、耐腐蚀等的、可代替金属用作结构件的塑料. 4.可挤压性：材料受挤压作用形变时，获取和保持形状的能力。 可模塑性：材料在温度和压力作用下，产生形变和在模具中模制成型的能力。 可延展性：材科在一个或两个万向上受到压延或拉伸的形变能力。 可纺性：材料通过成型而形成连续固态纤维的能力。 5.塑化效率：高分子化合物达到某一柔软程度时增塑剂的用量定义为增塑剂的塑化效率。定义DOP的效率值为标准1,小于1的则较有效,大于1的较差. 6.稳定流动：凡在输送通道中流动时，流体在任何部位的流动状况及一切影响流体流动的因素不随时间而变化，此种流动称为稳定流动。 不稳定流动：凡流体在输送通道中流动时，其流动状况及影响流动的各种因素都随时间而变化，此种流动称之不稳定流动。 7. 等温流动是指流体各处的温度保持不变情况下的流动。（在等温流动情况下，流体与外界可以进行热量传递，但传入和输出的热量应保持相等） 不等温流动：在塑料成型的实际条件下，由于成型工艺要求将流道各区域控制在不同的温度下:而且由于粘性流动过程中有生热和热效应，这些都使其在流道径向和轴向存在一定的温度差，因此聚合物流体的流动一般均呈现非等温状态。 8. 熔体破裂: 聚合物在挤出或注射成型时，在流体剪切速率较低时经口模或浇口挤出物具有光滑的表面和均匀的形状。当剪切速率或剪切应力增加到一定值时，在挤出物表面失去光泽且表面粗糙，类似于“橘皮纹”。剪切速率再增加时表面更粗糙不平。在挤出物的周向出现波纹，此种现象成为“鲨鱼皮”。当挤出速率再增加时，挤出物表面出现众多的不规则的结节、扭曲或竹节纹，甚至支离和断裂成碎片或柱段，这种现象统称为熔体破裂. 9. 离模膨胀:聚合物熔体挤出后的截面积远比口模截面积大。此种现象称之为巴拉斯效应，也成为离模效应。离模膨胀依赖于熔体在流动期间可恢复的弹性变形。有如下三种定性的解释：取向效应、弹性变形效应（或称记忆效应）、正应力效应。 10. 均匀程度指混人物所占物料的比率与理论或总体比率的差异。 分散程度指混合体系中各个混人组分的粒子在混合后的破碎程度。破碎度大。粒径小，起分散程度就高；反之。粒径大，破碎程度小，则分散的不好 11. 塑炼：为了满足各种加工工艺的要求，必须使生胶由强韧的弹性状态变成柔软而具有可塑性的状态，这种使弹性生胶变成可塑状态的工艺过程称作塑炼。 混炼就是将各种配合剂与可塑度合乎要求的生胶或塑炼胶在机械作用下混合均匀，制成混炼胶的过程。 12. 固化速率：是以热固性塑料在一定的温度和压力下，压制标准试样时，使制品的物理机械性能达到最佳值所需的时间与标准试件的厚度的比值（s/mm厚度）来表示，此值愈小，固化速率愈大。 13.成型收缩率：在常温常压下，模具型腔的单向尺寸L 。和制品相应的单向尺寸L之差与
聚合物合成工艺学课后习题全解 1. 何谓三大合成材料？简要说明他们的特点。 答:（1）用合成的高分子化合物或称做合成的高聚物为挤出制造的有机材料，统称为合成材料。其中以塑料、合成纤维、合成橡胶塑料、塑料合成纤维、合成橡胶称为三大合成材料。 （2）特点： 塑料是以合成树脂为基本成分，具有质轻、绝缘、耐腐蚀、美观、制品形式多样化等。塑料大多是有机材料，因此其主要的缺点是绝大多数塑料制品都可以燃烧，在长期使用过程中由于光线、空气中氧的作用以及环境条件和热的影响，其制品的性能逐渐变坏，甚至损坏到不能使用，即发生老化现象。 合成橡胶是用化学的合成方法产生的高弹性体。经硫化加工可制成各种橡胶制品。某些种类合成橡胶的橡胶具有较天然橡胶为优良的耐热、耐磨、耐老化、耐腐蚀或耐油等性能。合成纤维，线型结构的高分子量合成树脂，经过适当方法纺丝得到的纤维称为合成纤维。 合成纤维成纤维与天然纤维相比较，具有强度高、耐摩擦、不被虫蛀、耐化学腐蚀等优点。缺点是不易着色，未经过处理时易产生静电荷，多数合成纤维吸湿性差。 2. 合成高分子化合物的聚合反应主要包括哪两大类？ 答：合成高分子化合物的聚合反应主要包括连锁聚合反应和逐步聚合反应两大类。 3. 单体储存时应注意什么问题，并说明原因？ 答：单体储存时应达到防止单体自聚、着火和爆炸的目的。 （1）防止单体自聚，为了防止单体自聚，在单体中添加少量的阻聚剂。 （2）防止着火，为了防止着火事故发生，单体储罐要远离反应装置，储罐区严禁明火以减少着火的危险。 （3）防止爆炸，防止爆炸事故的发生，首先要防止单体泄露，因单体泄露后与空气接触产生易爆炸的混合物或过氧化物；储存气态单体或经压缩冷却后液化的单体的储罐应是耐压的储罐；高沸点的单体储罐应用氮气保护，防止空气进入。 4. 聚合物反应产物的特点是什么？ 答：①聚合物的相对分子量具有多分散性。 ②聚合物的形态有坚韧的固体、粉状、粒状和高粘度的溶液。 ③聚合物不能用一般产品精制的方法如蒸馏、重结晶和萃取等方法进行精制和提纯。 5. 选择聚合方法的原则是什么？ 答：聚合方法的选择原则是根据产品的用途所要求的产品形态和产品成本选择选择适当的聚合方法。 6. 生产单体的原料路线有几条？试比较它们的优缺点？ 答：工业上生产的高聚物主要是加聚高聚物和缩聚高聚物。当前主要有两条路线。 （1）石油化工路线（石油资源有限））石油化工路线（石油资源有限）石油经开采得油田气和原油。原油经炼制得到石脑油、煤油和柴油等馏分和炼厂气。
名词解释： 1.降解:聚合物在成型、贮存或使用过程中，因外界因素如物理的（热、力、光、电、超声波、核辐射等），化学的（氧、水、酸、碱、胺等）及生物的（霉菌、昆虫等）等作用下所发生的聚合度减少的过程。 2.比热容单位质量材料升高1度时所需的热量,单位KJ/Kg.K 3.表观密度指料粒在无外压力下包含空隙时的密度 4.解取向:在热的作用下取向的大分子链趋向紊乱无序的自发过程称为解取向。 5.拉伸取向:大分子链、链段等结构单元在拉伸应力作用下沿受力方向的取向。 6.偶联剂:增强塑料中，能提高树脂和增强材料界面结合力的化学物质. 偶联剂分子是一类多官能团物质，它的一端可与无机物表面的化学基团反应，形成牢固的化学键合，另一端则有亲有机物的性质，可与有机物分子反应或物理缠绕，从而把两种性质不同的材料牢固结合起来。 7.抗静电剂:是一类能够降低塑料表面电阻率,增大漏电速率,使静电不能在塑料表面积累的化合物. 8.注射速率:指注射机单位时间内的最大注射量,是螺杆的横截面积与其前进速度的乘积. 9.挤出胀大:亦称出口膨胀，是指塑料熔体被强迫挤出口模时，挤出物尺寸大于口模尺寸，截面形状也发生变化的现象。 10压延效应:是将接近粘流温度的物料通过一系列相向旋转着的平行辊筒的间隙，使其受到挤压或延展作用，成为具有一定厚度和宽度的薄片状制品。 1.熔点Tm 是指结晶性聚合物中大分子链从有序状态转变到无序粘流态所需要的温度。 2结晶度 不完全结晶的高聚物中晶相所占的质量分数或体积分数。 3.取向 高聚物分子和某些纤维状填料，在成型过程中由于受到剪切流动（剪切应力）或受力拉伸时而沿受力方向作平行排列的现象。 4.等规度 聚合物中等规异构体所占比例称为等规指数，又称等规度。 5固化速率:是热固性塑料成型时特有的也是最重要的工艺性能.它衡量热固性塑料成型时化学反应的速度 等规指数：聚合物中等规异构体所占的比例。 比热容：单位质量材料升高1℃时所需要的热量，单位为KJ/Kg?K。 熔体质量流动速率：在一定的温度和载荷下，熔体每10分钟从标准的测定仪所挤出的物料质量，单位g/10min。 热塑性塑料：加热时可以变软以至熔融流动并可塑制成一定形状，冷却后固化定
高分子材料：是一定配合的高分子化合物（即高聚物，由主要成分树脂或橡胶和次要成分添 加剂组成）在成型设备中，受一定温度和压力的作用熔融塑化，然后通过模塑制成一定形状， 冷却后在常温下能保持既定形状的材料制品。 塑料：以树脂(或在加工过程中用单体直接聚合)为主要成分，以增塑剂、填充剂、润滑剂、 着色剂等添加剂为辅助成分，在加工过程中能流动成型的材料。 橡胶：室温下具有高弹性的高分子化合物，经在适当配合剂存在下，在一定温度和压力下硫 化（交联）而制得的弹性体材料。化学纤维：人造纤维和合成纤维的总称，用以替代天然纤维制造各种织物。 前者是纤维素和蛋白质改性而成；后者由合成高分子化合物经纺丝而成。 添加剂（助剂）：是为了改善高分子材料加工性能和制品的使用性能而使用的辅助材料，作 为制品的次要成分同样是必不可少的。按高聚物几何构型分：线型高聚物、（支链型高聚物）、体型高聚物。 交联：聚合物的成型过程，形成三向网状结构的反应称为交联。 线性聚合物的聚集态与成型过程的关系（示意图）：P8…… 处于玻璃化温度Tg 以下的聚合物为坚硬固体；在Tg 以上的高弹态，聚合物模量减少很多， 形变能力显著增大，但形变仍是可逆的；高弹态的上限温度是Tf ，由Tf （或Tm ）开始聚合 物转变为黏流态，通常又将这种液体状态的聚合物称为溶体。高分子材料的成型四性能：可挤压性，可模塑性，可纺性，可延性。 聚合物的黏弹性形变与成型条件的关系: 成型过程线型聚合物的总形变γ可以看成是普弹形变γE 、高弹形变γH 和黏性形变γV 三部分所组成： σ为外作用力；t 为外力作用时间；E1和E2分别为聚合物的普弹形变模量和高弹形变模量；η2和η3分别表示聚合物高弹形变和黏弹形变时的黏度。影响聚合物剪切黏度的因素： ①聚合物分子结构对黏度的影响 a 链结构的影响 聚合物分子链柔性越大，缠结点越多，链的解缠和滑移越困难，聚合物流动时非牛顿性越强。 b 平均分子量的影响 聚合物的黏性流动主要是分子链之间发生的相对位移。因此平均分子量越大，流动性差，黏 度较大。反之，黏度较低些。c 分子量分布的影响 平均分子量相同、分子量分布不同时，聚合 物熔体的黏度随分子量分布宽度而迅速下降， 其流动行为表现出更多的非牛顿性。②温度对黏度的影响 高聚物的黏度像一般液体那样，是随温度升高而降低的。 ③剪切速率对黏度的影响 绝大多数高聚物熔体都属于假塑性流体，这类流体的特征是在其他条件不变的前提下，随剪 切速率的增加，熔体黏度下降，故又称剪切变稀流体。④压力对黏度的影响 体积压缩引起自由体积减少，分子间距离缩小，将导致流体的黏度增加，流动性降低。 ⑤添加剂的影响 a 增塑剂：加入增塑剂会降低成型过程中熔体的黏度。 b 润滑剂：聚合物加入润滑剂可以改善流动性。 c 填充剂：填充剂的加入，一般会使聚合物的流动性降低。 加热效率出发，分析柱塞式注射机上使用分流梭的原因？ t e E E t E V H E 321)1(22ησσσγγγγη+-+=++=-
1. 物料的混合有哪三种基本的运动形式? 聚合物成型时熔融物料的混合以哪一种运动形 式为主? 为什么? i. 分子扩散 ii. 涡流扩散 iii. 体积扩散 体积扩散为主, 因为他主要是指流体质点、液滴或固体粒子由系统的一个空间位置向另一空间位置的运动, 或两种或多种组分在相互占有的空间内发生运动,以期达到各组分的均布.对流混合通过两种机理发生, 一种体积对流,另一种层流对流混合, 前者通过塞流对物料进行体积重新排列, 而不需要物料连续变形, 这种重复的重新排列可以是无规的, 也可以是有序的. 在固体掺混机中混合式无规的, 而在静态混合机的混合则是有序的. 而层流对流混合是通过层流而使物料变形, 它发生在熔体之间的混合, 在固体粒子之间的混合不会发生层流混合. 层流混合中, 物料要受到剪切、伸长（拉伸）和挤压（捏合）. 分子扩散主要在与低分子的混合.在浓度梯度驱使下，各组分自发地由浓度较大的区域迁移到浓度较小的区域从而达到各处组分均化的一种扩散形式。分子扩散在气体和低粘度液体中占支配地位。在固体与固体间，分子扩散作用是很小的。在聚合物加工中，熔体与熔体间分子扩散极慢，无实际意义。但若参与混合的组分之一是低分子物质,则分子扩散可能是一个重要因素。 涡流扩散主要会造成聚合物的黏度提高导致混合时施予聚合物的剪切力要上升, 容易导致聚合物降解.由系统内产生的紊流而实现的一种扩散形式。在聚合物加工中粘度高,而且要实现紊流，熔体的速度必须很高，势必使熔体发生破裂，也会造成聚合物的降解，故很少发生涡旋扩散。 2. 什么是”非分散混合”,什么是”分散混合”,两者各主要通过何种物料运动和混合操 作来实现? Page 154 非分散均匀的定义在混合中仅增加粒子在混合物中空间分布均匀性而不减小尺寸的过程称为非分散均匀或简单混合。主要通过对流方式来实现的, 可以通过塞流和不需要物料连续变形便发生简单的体积重排和置换来达到混合。 分散混合的定义: 将呈现出屈服点的物料混合在一起时,要将它们分散开来，使结块和液滴破裂。这种混合为分散混合。分散混合的目的是把少组分的固体颗粒和液相滴分散开来，成为最终粒子或允许的更小颗粒或滴，并均匀地分布到多组分中。涉及少组分在变形粘性流体中的破裂问题。这是靠强迫混
第一章绪论 4. 20世纪50年代，谁发现了可用于高密度聚乙烯和立构规整聚丙烯的合成催化剂？这些催化剂的基本成分是什么？ 5. 21世纪高分子科学与工程学科的重要发展方向是什么？ 6. 简要说明聚合物合成的生产步骤。 第二章合成聚合物的原料路线 4. 石脑油的裂解-催化重整可以获得哪些重要芳烃原材料？其中的加 氢工艺是为了除去哪些有害物质？ 5. 什么是C4馏分？如何通过C4馏分制备1,3-丁二烯？ 10. 从动、植物体内获得的原料路线有哪些？你认为哪些原料路线具有很好的前景。 第三章自由基本体聚合过程及合成工艺 17. 用过氧化二苯甲酰作引发剂，苯乙烯在60℃进行本体聚合，试计算正常引发反应、向引发剂转移反应、向单体转移反应三部分在聚合度倒数中各占多少百分比？对聚合度各有什么影响，计算时选用下列数据：[I]=0.04mol/L，f＝0.8，k d＝2.0×10-6s-1，k p＝176L/mol·s，k t＝3.6×107 L/mol·s，ρ(60℃)=0.887g/mL，C I=0.05，C M=0.85×10-4。 18. 为了改进聚氯乙烯的性能，常将氯乙烯（M1）与醋酸乙烯(M2)共聚 得到以氯乙烯为主的氯醋共聚物。已知在60℃下上述共聚体系的r1=1.68, r2=0.23,试具体说明要合成含氯乙烯质量分数为80％的组成均匀的氯醋共聚物应采用何种聚合工艺？ 第四章自由基溶液聚合过程及合成工艺 9. 苯乙烯在60℃以过氧化二叔丁基为引发剂，苯为溶剂进行自由基溶液聚合。当苯乙烯的浓度为1mol/L,引发剂浓度为0.0lmol/L时，引发剂分解和形成聚合物的初速率分别为4×1011mol/(L·s)和1.5×
高分子材料成型加工塑料成型工艺学考试复习 题 SANY标准化小组 #QS8QHH-HHGX8Q8-GNHHJ8-HHMHGN#
挤出1.以硬质PVC为例说明管材挤出成型加工工艺及其特点以及影响因素（10 分） 2. 答：挤出工艺：物料经挤出机塑化、机头口模成型后，经定型装置冷却定型、冷却水槽冷却、牵引、切割，得到管材制品。（3分） 特点：①口模横截面积不能大于挤出机料筒横截面积的40％。②挤出机头有直通式和偏移式两类，后者只用于内径尺寸要求精确的产品，很少采用。③定径套内径略大于管材外径；机头上调节螺钉可调节管材同心度；牵引速度可调节管材尺寸；（4分）④PVC，粘度大，流动性差，热稳定性差；生成热多，结合缝不易愈合，管材易定型。（3分）。 影响因素：温度、螺杆转速及冷却、牵引速度、压缩空气 3.简述挤出成型原理并讨论提高加料段固体输送速率的措施。 4. 原理：粉（粒）料，加入挤出机经①加热、塑化成熔体，再经机头口模②流动成型成连续体，最后经冷却装置③冷却定型成制品。（4分）。措施：提高螺杆转速，提高料筒内表面摩擦系数fb，降低螺杆外表面摩擦系数fs（4分）。 5.简述管材挤出的工艺过程及管材挤出的定径方法。 6. 答：管材挤出的基本工艺是：物料经挤出机塑化、机头口模成型后，经定型装置冷却定型、冷却水槽冷却、牵引、切割，得到管材制品。（3分）（4分) 管材的内外径应分别等于管芯的外径和口模的内径。管材挤出的定径方法分为定内径和定外径两种。（2分) 外径定型是使挤出的管子的外壁与定径套的内壁相接触而起定型作用的，为此，可用向管内通入压缩空气的内压法或在管子外壁抽真空法来实现外径定型。（2分) 内径定型法是将定径套装于挤出的塑料管内，即使挤出管子的内壁与定径套的外壁相接触， 在定径套内通以冷水对管子冷却定径。（2分)
材料成型加工与工艺学-习题解答(6)
1.物料的混合有哪三种基本的运动形式? 聚合物成型时熔融物料的混合以哪一 种运动形式为主? 为什么? i.分子扩散 ii.涡流扩散 iii.体积扩散 体积扩散为主, 因为他主要是指流体质点、液滴或固体粒子由系统的一个空间位置向另一空间位置的运动, 或两种或多种组分在相互占有的空间内发生运动,以期达到各组分的均布.对流混合通过两种机理发生, 一种体积对流,另一种层流对流混合, 前者通过塞流对物料进行体积重新排列, 而不需要物料连续变形, 这种重复的重新排列可以是无规的, 也可以是有序的. 在固体掺混机中混合式无规的, 而在静态混合机的混合则是有序的. 而层流对流混合是通过层流而使物料变形, 它发生在熔体之间的混合, 在固体粒子之间的混合不会发生层流混合. 层流混合中, 物料要受到剪切、伸长(拉伸)和挤压(捏合). 分子扩散主要在与低分子的混合.在浓度梯度驱使下，各组分自发地由浓度较大的区域迁移到浓度较小的区域从而达到各处组分均化的一种扩散形 式。分子扩散在气体和低粘度液体中占支配地位。在固体与固体间，分子扩散作用是很小的。在聚合物加工中，熔体与熔体间分子扩散极慢，无实际意义。但若参与混合的组分之一是低分子物质,则分子扩散可能是一个重要因素。 涡流扩散主要会造成聚合物的黏度提高导致混合时施予聚合物的剪切力要上升, 容易导致聚合物降解.由系统内产生的紊流而实现的一种扩散形式。 在聚合物加工中粘度高,而且要实现紊流，熔体的速度必须很高，势必使熔体发生破裂，也会造成聚合物的降解，故很少发生涡旋扩散。 2.什么是”非分散混合”, 什么是”分散混合”, 两者各主要通过何种物料运动和混 合操作来实现? Page 154 非分散均匀的定义在混合中仅增加粒子在混合物中空间分布均匀性而不减小尺寸的过程称为非分散均匀或简单混合。主要通过对流方式来实现的,可以通过塞流和不需要物料连续变形便发生简单的体积重排和置换来达到混合。 分散混合的定义: 将呈现出屈服点的物料混合在一起时,要将它们分散开 来，使结块和液滴破裂。这种混合为分散混合。分散混合的目的是把少组分的固体颗粒和液相滴分散开来，成为最终粒子或允许的更小颗粒或滴，并均匀地分布到多组分中。涉及少组分在变形粘性流体中的破裂问题。这
1.简答高分子材料体系构成。按循环次数分为哪几类？并举例说明。（6分） 答：高分子材料：macromolecular material，以高分子化合物为基础的材料。高分子材料是由相对分子质量较高的化合物构成的材料，包括橡胶、塑料、纤维、涂料、胶粘剂和高分子基复合材料，高分子是生命存在的形式。所有的生命体都可以看作是高分子的集合。 高分子材料按来源分类 高分子材料按来源分为天然高分子材料和合成高分子材料。 天然高分子是存在于动物、植物及生物体内的高分子物质，可分为天然纤维、天然树脂、天然橡胶、动物胶等。合成高分子材料主要是指塑料、合成橡胶和合成纤维三大合成材料，此外还包括胶黏剂、涂料以及各种功能性高分子材料。合成高分子材料具有天然高分子材料所没有的或较为优越的性能--较小的密度、较高的力学、耐磨性、耐腐蚀性、电绝缘性等。 高分子材料按应用分类 高分子材料按特性分为橡胶、纤维、塑料、高分子胶粘剂、高分子涂料和高分子基复合材料等。 ①橡胶是一类线型柔性高分子聚合物。其分子链间次价力小，分子链柔性好，在外力作用下可产生较大形变，除去外力后能迅速恢复原状。有天然橡胶和合成橡胶两种。 ②纤维分为天然纤维和化学纤维。前者指蚕丝、棉、麻、毛等。后者是以天然高分子或合成高分子为原料，经过纺丝和后处理制得。纤维的次价力大、形变能力小、模量高，一般为结晶聚合物。 ③塑料是以合成树脂或化学改性的天然高分子为主要成分，再加入填料、增塑剂和其他添加剂制得。其分子间次价力、模量和形变量等介于橡胶和纤维之间。通常按合成树脂的特性分为热固性塑料和热塑性塑料;按用途又分为通用塑料和工程塑料。 ④高分子胶粘剂是以合成天然高分子化合物为主体制成的胶粘材料。分为天然和合成胶粘剂两种。应用较多的是合成胶粘剂。 ⑤高分子涂料是以聚合物为主要成膜物质，添加溶剂和各种添加剂制得。根据成膜物质不同，分为油脂涂料、天然树脂涂料和合成树脂涂料。 ⑥高分子基复合材料是以高分子化合物为基体，添加各种增强材料制得的一种复合材料。它综合了原有材料的性能特点，并可根据需要进行材料设计。高分子复合材料也称为高分子改性，改性分为分子改性和共混改性。 ⑦功能高分子材料。功能高分子材料除具有聚合物的一般力学性能、绝缘性能和热性能外，还具有物质、能量和信息的转换、磁性、传递和储存等特殊功能。已实用的有高分子信息转换材料、高分子透明材料、高分子模拟酶、生物降解高分子材料、高分子形状记忆材料和医用、药用高分子材料等。 高聚物根据其机械性能和使用状态可分为上述几类。但是各类高聚物之间并无严格的界限，同一高聚物，采用不同的合成方法和成型工艺，可以制成塑料，也可制成纤维，比如尼龙就是如此。而聚
合肥学院 Hefei University 高分子成型加工论文 学号： 1203012024 姓名：安绵伟 专业：粉体材料科学与工程 系别：化工系 摘要：高分子复合材料的制备和加工方法繁多，不同的材料有不同的加工方
法，同一种材料也可能对应好几种方法。本文主要讨论了塑料成型加工技术的现状，介绍了挤出成型加工工艺原理与技术特点，综述了高分子材料成型加工技术的新进展。 关键词：塑料，挤出，成型 1 前言 随着工业化技术的发展和人民生活水平的提高，人们对塑料产品种类和质量的需求也越来越高。高分子材料是通过制造成各种制品来实现其使用价值的，因此从应用角度来讲，以对高分子材料赋予形状为主要目的成型加工技术有着重要的意义。高分子材料的主要成型方法有挤出成型、注射成型、吹塑成型、压延成型等，本文主要介绍了挤出成型加工技术的最新进展。 2 挤出成型 挤出成型在塑料加工中又称为挤塑，在非橡胶挤出机加工中利用液压机压力于模具本身的挤出称压出。是指物料通过挤出机料筒和螺杆间的作用，边受热塑化，边被螺杆向前推送，连续通过机头而制成各种截面制品或半制品的一种加工方法。该工艺主要用于热塑性塑料制品的成型。挤出工艺流程如图1所示[1]。 图1热固性塑料模压成型工艺流程 挤出成型主要包括加料、塑化、成型、定型等过程。要获得外观和内在质量均优良的型材制品，是与原材料配方、挤出设备水平、机头模具设计与加工精度、型材断面结构设计及挤出成型工艺条件等分不开的。挤出成型工艺参数的控制包括成型温度、挤出机工作压力、螺杆转速、挤出速度、牵引速度、排气、加料速度及冷却定型等。挤出工艺条件又随挤出机的结构、塑料品种、制品类型、产品的质量要求等的不同而改变[2]。 2.1 共挤出技术 共挤出技术是用两台或者两台以上单螺杆挤出机或双螺杆挤出机将两种或
1.金属液态成型工艺特点： 1适应性强。铸造方法不受零件大小、形状和结构复杂程度的限制，又可铸造各种合金2尺寸精度高。节约金属材料和机械加工工时 3成本低。4废旧金属可以再生利用。5存在结构缺陷。铸件一般组织 疏松，晶粒粗大，铸件内部有时会出现缩孔、缩松、裂纹和偏析等缺陷，导致力学性能降低6废品率高。工序多，每道工序难以精确控制 7对周围环境污染严重，生产环境差，劳动环境差、强度高 2.液态金属充型过程有哪些水力学特点？ 1多相黏性流动。钢水中含有夹杂物和气体2不稳定流动。充型 过程中物理场（温度、断面积、流速）在不断变化3紊流流动。 Re>>Re临，流路方向变化，紊流流动4在“多孔管”中流动。浇注系 统和铸型的型腔有透气性，像“多孔管”，液体在“多孔管”中流动 5.奥赞公式的意义和成立条件 是浇注系统水力学计算的基本公式，为合理设计浇注系统提供了 依据成立条件：1浇注系统内充满流动2浇口杯液面保持不变3透气 性好，4需满足伯努利（能量）方程 6.液态金属充型能力，它与液态金属流动性有什么区别和联系？ 充型能力：液态金属充满型腔，获得完整形状、轮廓清晰的铸件 的能力 流动性：即合金金属的流动能力，是决定液态金属充型能力的内因，起主导作用，即流动性是充型能力的量度。而充型能力还受外界 条件的影响，铸型性质、浇注条件、铸型（件）结构也可以影响金属 液的充型能力 7.液态金属充型过程停止流动机理是？ 1对纯金属、共晶合金、窄结晶间隔的合金，靠近管壁的液态金 属首先凝固，一般以柱状晶组织向管壁内推进，而中心的过热金属可 以继续向前流动，而且可以全部或部分熔化正在生长的柱状晶，当液 态金属的过热度散尽，柱状晶生长到中心，中间卡死，液态金属停止 流动 2对于有一定结晶温度范围的合金，他们在一定的范围内结晶， 不断接触管壁的液态金属前端首先到达凝固温度，并有部分枝晶析出。随着枝晶的增多，流动的阻力越来越大，流速越来越慢，到某一程度后，前端阻塞，液态金属停止流动。 影响因素：合金本身性能，铸型条件，浇铸工艺 8.金属凝固动态曲线的意义是什么？ 把不同时间，不同位置到达同一温度点连接起来，就得到凝固动 态曲线 凝固动态曲线可以明确凝固区间，确定凝固过程中典型温度点 （液固相温度）可以知道在某一时间某个断面所处的凝固状态（L、SL、S），从而合理制定铸造工艺。 逐层凝固：流动性好，易于获得健全的凝固体。液体补缩性好， 凝固的的组织致密，形成集中缩孔的倾向大，热裂倾向小，气孔倾向小，应力大，宏观偏析严重 体积凝固：中间凝固：
作业： 1.什么是功能高分子材料？ 2.什么是离子交换树脂？它的基本特性是什么？ 3.按合成方法分类，离子交换树脂可分为缩聚型和加聚型，请问什么是缩聚型离子交换树脂和加聚型离子交换树脂？并各举一实例。 4.按孔结构分类，离子交换树脂可分为凝胶型离子交换树脂和大孔型离子交换树脂。请问什么是凝胶型离子交换树脂和大孔型离子交换树脂？该两类离子交换树脂的优缺点各是什么？ 5.我国的前石油化学工业部在1977年7月1日制定了《离子交换树脂产品分类，命名及型号》的部颁标准。该标准根据离子交换树脂功能基的性质，将其分为七类，请问有哪7类，并举例对应的功能基。 6.离子交换树脂是如何命名的？ 7.请分别举例一种苯乙烯系强酸性阳离子交换树脂、丙烯酸系弱碱性阴离子交换树脂、苯乙烯系弱碱性阴离子交换树脂，用化学结构式表示。 8.苯乙烯系离子交换树脂是如何合成的？有何优点？其反应物料中除苯乙烯外还有二乙烯基苯、引发剂和分散剂，请问常用的引发剂有哪些？常用的分散剂有哪些？并说明分散剂有何作用？二乙烯基的加入，对所合成得到的苯乙烯系离子交换剂共聚物珠体有何作用？ 9.利用苯乙烯、二乙烯基苯为主原料，请分别用化学反应方程式来表述制备苯乙烯系强酸性阳离子交换树脂和苯乙烯系强碱性阴离子交换树脂的过程。 10.请分别写出从苯乙烯出发制备苯乙烯系弱酸性阳离子交换的化学反应方程式、从丙烯酸甲酯和二乙烯基苯出发制备丙烯酸系弱酸性阴离子交换树脂的化学反应方程式？ 11.在丙烯酸甲酯与二乙烯基苯的自由基共聚中，二乙烯基苯的竟聚率比丙烯酸甲酯的大很多，因此形成的共聚物的交联结构很不均匀。为了克服交联结构的不均匀性，常采用互贯聚合或使用第二交联剂的方法，请问常用的第二交联剂有哪些（用分子结构式表示）？ 12.离子交换树脂的粒度可以用粒径、有效粒径和均一系数来表征，请问什么是有效粒径和均一系数？ 13.离子交换树脂的密度可以用四种密度来表示，请问哪四种密度，其定义各是什么？ 14.什么是离子交换树脂的交换容量？依据测定条件可得到哪些交换容量？ 15.离子交换树脂的机械强度的表示方法有哪些？ 16.什么是离子交换树脂的耐压强度？ 17.什么是离子交换树脂的比表面积、孔容、孔度、孔径？它们的测试方法分别有哪些？ 18.离子交换树脂的孔径分布测定方法有哪些？ 19.请阐述离子交换树脂的作用原理，并写出常用的离子交换反应方程式。 20.离子交换树脂的主要应用有哪些？ 21.请论述强酸性H-Na离子交换软化和脱碱系统的作用原理，并写出化学反应方程式。 22.使用离子交换树脂作为酸碱催化剂有哪些优缺点？ 23.什么是吸附树脂？按其化学结构可分为哪几类？ 24.吸附树脂的内部结构如何？ 25.吸附树脂的合成方法有悬浮聚合和后交联法等，后交联中又有自身后交联法和双官能交联剂后交联法。请问常用的双官能团交联剂有哪些？并写出其化学结构式。欲得到高比表面积的吸附树脂宜采用哪种合成方法？ 26.什么是吸附树脂的吸附等温线？ 27.吸附树脂具有吸附选择性，但具有一些普遍存在原则，具体有哪些？ 28.吸附树脂的主要应用有哪些？