北京化工大学20082009学年第二学期 《聚合物加工工程》期末考试试卷 班级： 姓名： 学号： 分数： 题号 二 三 四 五 六 七 八 九 总分 分值 40 10 6 6 6 6 10 10 6 100 得分 一、简要回答下列问题(40分) 1.请将=-V·(oV) 在直角坐标系下展开，并说明每一项的物理意义。 答： a 方程左边：单位时间单位体积内质量的变化。 方程右边：单位时间沿X、Y、Z三个方向上单位面积净流入质量之和。 2.什么是螺杆的压缩比？结晶性物料和无定型（非晶型）物料所选用的压缩比范围分别是多 少？ 答：对于等距变深螺杆，可以认为压缩比是指螺杆压缩段末端螺槽深度与其始端螺槽深度 之比。结晶性物料有明显的熔限，体积变化较大，所以选择较大的压缩比，一般在3~5之 间，而无定性物料则没有熔限，软化温度不明显，固体到熔体的体积变化不大，故选用的 压缩比较小，一般为2~3。 3. 在橡胶加工中的塑炼和混炼表示什么意思？ 答：通过热、氧、机械力或某些化学试剂的作用使生胶由强韧的弹性状态转变为柔软的可 塑性状态的过程称为塑炼。 采用机械剪切、拉伸、搅拌等作用方式将橡胶和其它数种配合剂混合在一起且分散均匀的 操作过程称为混炼。 4.根据压延理论，简述的物理意义。 答:根据定义:=1,其中为压延制品出片的厚度,Hn为x=0时两辊筒间的距 离。这里表示制品在厚度上膨胀的程度，反应了材料的弹性大小，即弹性越大，H则越大， 亦越大。此外，还表示材料在出片点和压力最大点处的无量纲横坐标。 第1页
5.一般单螺杆挤出机的螺旋升角φ范围在多少？一般设计为多大角度，为什么？ 答：单螺杆挤出机的螺旋升角φ范围在17°一20°，因为对于一般高聚物来说，当f在0.25 0.5时， g9g2达到最大，此时0=17°一20°.但是一般设计时，为了便于加工，取 1g0+1go 螺距等于螺杆外径，此时φ为17°41'。 6.在压延理论中，什么是“润滑近似”的概念，用数学语言的表达方式。 答：两个固体表面作相对运动时，其间被一层很薄的粘性流体所隔开，当间隙随位置的变化 *<1时，可将粘性流体的二维流动作为一维流动处理。用数学语言可表达为： 因为h山，故y<,则业，0,0：火< 'dx 7.请简述排气挤出机的泵比的意义，稳定操作时的泵比范围是多少？ 答：泵比乙-H4为第二计量段的精深与第一-计量段的槽深之比，范围是152.0.当x接 近1时，两螺杆操作线越靠近，冒料可能性越大：当x大于1时，x越大，冒料可能性越 小，但x太大，缺料严重，制品的质量差，故控制x非常重要。 8.同向平行双螺杆和异向平行双螺杆挤出机应用的领域各是什么？为什么？ 答：因为同向双螺杆挤出机剪切作用和混合作用强，所以特别适合于聚合物的共混，填充， 纤维增强等：异向平行双螺杆剪切作用较小，适合于热敏感性材料的挤出，如PVC等。 9.为了解决压延制品中高两低的问题，工程上采取什么方法来解决这个问题？ 答：为了解决压延制品中高两低的问题，工程上一般采取中高度法、轴交叉法和预应力法。 10.注射机的规格主要用什么参数表征？从运动和结构两方面说明注射机螺杆与挤出机螺杆的 区别。 答：注射机的规格主要用以下两个参数表征： 1.注射量，即以注射熔体的体积表示，或以PS为基准，用注射PS熔体的重量表示： 2.合模力 注射剂螺杆与挤出机螺杆的区别是： 运动方面：注射机螺杆除了作转动运动以实现对物料的塑化和输送功能外，还沿着螺杆轴 线方向作往复运动，以实现对物料的注射和保压作用。而挤出机螺杆只作转动 运动，作用是塑化和输送物料。 结构方面：加料段、压缩段、计量段的比例不同，注射机螺杆三段比例常用2：1：1，即 加料段较长；通用型挤出机螺杆三段比例则为1：1：1。 第2页
注射机螺杆和挤出机螺杆头部结构亦不相同。 二、用图示方法表示下列流变学参量。 0 av.o L= Ox 000 (a)请画出张量L的图示，解释其物理意义。 答： 物理意义：表示流体在xoy平面上的纯剪切流动。 (b)请写出单轴拉伸的应力张量，并做出张量的分解，以解释拉伸试样横向收缩的原因。 00 01「2a4 0 0,00 3 3 答：[]=000= 0 0+ 0 _ 0 3 L000 3 0 0 0 01 3」 0-3 球应力张量 偏应力张量 流体只受单向正应力作用，沿拉伸轴方向试样尺寸伸长，与拉伸轴垂直两方向尺寸收缩 三、根据前进角的计算公式，回答在工程实践中是如何提高固体输送率的。(6分) 第3页
cos0-Ksin0+2 h sing,K+Detgn etgo Wp fp D W h 1 式中：K=D.sm0+fcos0 D。coso-fsin 答：提高固体输送率就要使前进角0增大，故cos0要减小，减小c0s0的途径有： A.增大螺杆表面的光滑度，使f减小： B.增加机筒内壁的粗糙度，使增大，可在机筒内壁开纵向沟槽： C.增大物料加料时压力，这与物料的性质和其几何结构有关： D.增大螺杆的外径。 E.选择合适的温度，摩擦因数随温度升高而增大，达到一个极大值后下降： F.选择合适的0，一般选17.41°，此时螺距等于螺杆外径。 四、根据熔脸理论公式：0=2 个(.-T+ 2H 丽，若要计 算熔融区的展开长度需要了解：(6分) 答：物料性能参数：P。K。刀。7C,无 操作工艺条件：x万T 螺杆结构参数：Hp。 五、根据挤出机计量段生产率公式回答下列问题。(15分)： Q'mh,singcoshsin 2 12n L 10n,e L 1.请简要说明n、L,、δ对计量段生产率的影响。 答：(1)n增加： 第4页
Q n) n增加，2，增大，即螺杆特性线截距增大：同时n随剪切速率增大而减小，导致9。和2，增 大，即螺杆特性线斜率的绝对值增大。故Q随P的变化如上图所示 (2)L增加 Q↑ L)L L,增加，Q,不变，即螺杆特性线截距不变；而Q和2，则减小，即螺杆特性线斜*的绝对 值减小。故Q随P的变化如上图所示，即有利于Q增大。 (3)6增加： Q↑ 0 6增加，Q,和Q均不变，而Q增加，故Q减小，如上图所示。 2.请写出最大输送率Qmx和最大压力Pms公式（略去漏流流量），并分别说明在什么情况下 第5页
生产中会出现这种情况。 答：机头全开时，P=0, QDimh sin pcos 2 机头关闭、断流时，Q=0,P=P=6 nnL,Deos2 hsin 六、画出注射成型的工艺框图(6分) 答：注射成型的工艺框图： 合模注射座前移 注射、保压 注射座后移 顶出制品←一开模 制品冷却 塑化、螺杆后退 七、如图所示压延过程，回答下列问题：(15分) AY' 第6页
答：如上图所示，红色曲线表示嵌住区不同X'处的速度分布曲线：蓝色曲线表示嵌住区沿 X方向的压力分布曲线。 1.画出x=士入处截面的速率分布，并写出相应的剪切速举值 x=±入处剪切速举为0，速度分布曲线如上图所示。 2.请根据以上四个特殊点的位置画出辊隙压力分布曲线：横坐标x'=0处的压力为 ； 答：压力分布曲线如上图中蓝色曲线所示。 3.标明超前区和滞后区的范围，用图表示其速度分布的特点。 答：速度分布如上图中红色曲线所示，其中： 超前区：-元<x<入 滞后区：x<-入 八、如图所示无限大平行平板流道，上、下板温度均为Tm,上板以速度V作平移运动，下板固 定。两板间不可压缩牛顿流体作稳定的层流流动，重力忽略不计，解出两板间流体的速度 分布方程。(10分) 直角坐标系中的x方向的运动方程： T-Tm,V-V = +ag++ axax +P8. 第7页
解：V=V=0, a=0, aV=0, Ox 6z 0=0,P=常数 0 Cy 「0w0 y av, 0 y 0 r=g00 000 0 00 简化x方向运动方程： Txy=C 可得： 本构方程：w=刀1.= av aCy=n水，+C 当y=0时，'=0→C2=0 当)=H时，片=P→C=岩 即：y=月' 速度与y呈线性关系 九.应用题： 1,以高密度聚乙烯树脂为原料，挤出管材，如何设置料筒各段的温度（机筒四段，连接件 和管机头各一段，共六段)，以达到最佳输送、塑化效果。 答：加料段：料筒温度不宜太高，因为摩擦因数会随温度的上升而增大，达到一个极值后 再下降，应选择一个合适的温度，使(b)达到最大值，以增大输送率： 压缩段：尽量升高料筒温度，有利于物料熔融，但不能太高，温度太高会使（入）增 大，严重影响熔融： 计量段：注意控制温度，温度不能低至使物料凝固也不能太高，使物料不稳定，在定 温情况下，定量将物料挤出。 机头：温度在保证物料不发生裂解条件下，尽量高些，保证熔体的黏度小，挤出容 易且稳定； 连接件：温度适中，只要保持物料稳定流动即可： 管机头：温度提高，使物料熔体黏性变小，易挤出 2.用框图画出挤出管材（硬管）成型工艺流程，并标出各工艺环节所需的设备名称。 第8页
聚合物熔融 成型口模 定型 冷却 挤出机 管模具 定型套 冷却水箱 ↓ 堆放 切割 牵引 堆放架 切割锯 牵引机 第9页