高分子材料加工成型原理題庫及答案一、單項選擇題（每題1分，共20分。每題只有一個正確答案，請將正確選項字母填入括號內(nèi)）1.在擠出成型中，決定熔體輸送段穩(wěn)定產(chǎn)量的關鍵參數(shù)是（）A.螺桿轉速??B.機頭壓力??C.螺槽深度??D.料筒溫度答案：B2.注塑成型中，澆口凍結時間的延長通常會導致制品（）A.分子取向降低??B.收縮率減小??C.內(nèi)應力增大??D.表面光澤提高答案：C3.對于假塑性流體，其流動曲線在雙對數(shù)坐標中的斜率n＜1，n值越小表明（）A.剪切變稀效應越弱??B.熔體強度越高??C.剪切變稀效應越強??D.熔體彈性越顯著答案：C4.吹塑成型型坯下垂的主要原因為（）A.熔體粘度過高??B.型坯溫度過高??C.吹氣壓力不足??D.冷卻速率過快答案：B5.在雙輥開煉機塑煉天然橡膠時，出現(xiàn)“脫輥”現(xiàn)象，最先調(diào)整的工藝參數(shù)是（）A.輥距??B.輥溫??C.速比??D.翻刀次數(shù)答案：B6.下列哪種螺桿元件最適于分散型混合（）A.正向螺紋塊??B.反向螺紋塊??C.齒形盤??D.密煉轉子答案：C7.聚合物熔體在毛細管流變儀中測得的入口壓力降主要反映（）A.真實粘度??B.彈性效應??C.滑移長度??D.熱擴散系數(shù)答案：B8.在熱壓燒結成型PTFE時，預成型壓力不足會直接導致（）A.制品密度梯度大??B.制品表面裂紋??C.制品白度下降??D.制品介電常數(shù)升高答案：A9.注塑螺桿回彈量（Suckback）設置過大，容易產(chǎn)生的缺陷是（）A.銀紋??B.氣泡??C.流痕??D.縮孔答案：D10.對于結晶型聚合物，模溫提高通常使晶粒尺寸（）A.減小??B.增大??C.不變??D.先減小后增大答案：B11.在纖維紡絲過程中，熔體破裂出現(xiàn)的臨界剪切速率與（）關系最密切A.分子量分布??B.熔體密度??C.熱擴散系數(shù)??D.表面張力答案：A12.下列哪種冷卻方式最適用于厚壁PMMA擠出板材的內(nèi)應力控制（）A.風冷單面??B.水冷雙面漸進??C.接觸輥冷??D.自然空冷答案：B13.在反應擠出中，螺桿長徑比L/D增加，主要有利于（）A.降低熔溫??B.提高停留時間分布寬度??C.提高轉化率??D.降低功率消耗答案：C14.聚合物熔體在狹縫口模中的速度分布呈（）A.拋物線形??B.線性??C.塞流形??D.指數(shù)形答案：A15.下列哪種現(xiàn)象最能直接反映“Barus效應”（）A.擠出脹大??B.熔體破裂??C.鯊魚皮??D.熱降解答案：A16.在吹膜工藝中，霜白線位置升高，通常意味著（）A.冷卻速率加快??B.牽引速度降低??C.熔體溫度升高??D.吹脹比減小答案：A17.注塑成型保壓階段的壓力衰減規(guī)律可用（）模型描述A.Maxwell??B.KelvinVoigt??C.Darcy??D.SpencerGilmore答案：D18.對于交聯(lián)聚乙烯管材，采用硅烷交聯(lián)時，交聯(lián)度測定的標準溶劑是（）A.二甲苯??B.十氫萘??C.四氫呋喃??D.氯仿答案：A19.在聚合物共混擠出中，若兩相粘度比λ≈1，則分散相粒徑主要受（）控制A.界面張力??B.剪切速率??C.彈性比??D.熱導率答案：B20.下列哪種檢測方法最適合在線監(jiān)測吹塑型坯厚度分布（）A.伽馬射線??B.紅外熱像??C.超聲脈沖回波??D.激光三角答案：C二、多項選擇題（每題2分，共20分。每題有兩個或兩個以上正確答案，多選、少選、錯選均不得分）21.下列因素中，加劇熔體破裂的有（）A.提高剪切速率??B.降低口模長徑比??C.提高熔溫??D.增加分子量答案：A、B、D22.注塑制品出現(xiàn)黑紋，可能的原因包括（）A.螺桿壓縮比過大??B.機筒死角降解??C.背壓過低??D.干燥不足答案：A、B、D23.下列屬于“剪切致熱”明顯的成型工藝有（）A.高速注塑??B.冷輥壓延??C.反應注射??D.高螺桿轉速擠出答案：A、D24.在雙螺桿擠出中，提高填充粉體分散性的措施有（）A.提高螺桿轉速??B.增加捏合盤數(shù)量??C.降低加工溫度??D.加入偶聯(lián)劑答案：B、D25.下列關于聚合物熔體彈性的描述正確的有（）A.可回復剪切應變與第一法向應力差成正比B.擠出脹大比隨長徑比增大而減小C.口模入口角減小可降低熔體破裂D.彈性效應隨溫度升高而增強答案：A、B、C26.下列屬于“外潤滑”作用機理的有（）A.降低熔體與金屬壁粘附??B.降低熔體粘度??C.形成遷移膜??D.減少分子鏈纏結答案：A、C27.下列關于結晶型聚合物冷卻速率的敘述正確的有（）A.冷卻越快，球晶尺寸越小B.冷卻越快，結晶度越低C.冷卻越慢，收縮率越大D.冷卻速率對光學透明性無影響答案：A、B、C28.在熱成型工藝中，防止制品壁厚不均的措施有（）A.預拉伸塞快速移動??B.采用可變溫加熱??C.提高片材初始溫度??D.優(yōu)化抽真空速率答案：B、D29.下列關于聚合物熔體過濾的說法正確的有（）A.過濾可提高熔體強度??B.過濾可消除凝膠顆粒??C.過濾網(wǎng)目越高，壓降越大??D.過濾可延緩螺桿磨損答案：B、C30.下列屬于“反應注射成型”特點的有（）A.原料粘度低??B.成型壓力低??C.需高速混合??D.需高溫熟化答案：A、B、C、D三、填空題（每空1分，共30分）31.聚合物熔體在圓管中的體積流量Q與壓力梯度ΔP的關系遵循________定律，表達式為Q=________。答案：HagenPoiseuille，πR?ΔP/(8ηL)32.注塑螺桿的三段幾何區(qū)域依次為________、________、________。答案：加料段、壓縮段、計量段33.表征熔體彈性的常用無量綱數(shù)為________，其定義為第一法向應力差與________之比。答案：Deborah數(shù)，剪切應力34.在吹膜工藝中，吹脹比α與牽引比β的乘積稱為________，它決定薄膜的________取向。答案：總拉伸比，雙軸35.毛細管流變儀測得的表觀剪切速率需進行________校正，才能得到真實剪切速率，該校正因子為________（給出表達式）。答案：Rabinowitsch，(3n+1)/(4n)36.聚合物熔體在狹縫口模中的最大剪切速率出現(xiàn)在________位置，其表達式為________。答案：模壁，6Q/(WH2)37.熱壓成型PTFE時，其燒結升溫速率一般控制在________℃/h，以防止________。答案：30～50，熱爆38.在反應擠出中，停留時間分布函數(shù)E(t)的積分歸一化條件為________。答案：∫?^∞E(t)dt=139.聚合物熔體的動態(tài)復數(shù)粘度η由________粘度與________粘度兩部分組成。答案：動態(tài)剪切，動態(tài)彈性40.注塑保壓切換位置提前，制品重量________，尺寸________。答案：減小，變小41.擠出機螺桿的固體輸送理論由________提出，其模型假設螺槽內(nèi)物料為________。答案：DarnellMol，塞流42.聚合物熔體破裂的臨界剪切應力σ_c與________的0.5次方成正比，該關系稱為________準則。答案：表面張力，Tordella43.在纖維紡絲中，熔體細流受到的最大拉伸應變率ε?_max≈________，其中v_L為卷繞速度，L為________。答案：v_L/L，紡程長度44.聚合物共混的“相反轉”點可用________參數(shù)預測，其表達式為________。答案：粘度比與體積分數(shù)綜合，φ?/φ?=η?/η?45.熱成型片材的“下垂”量Δy與________的四次方成正比，與________成反比。答案：片材長度，彎曲模量四、簡答題（每題8分，共40分）46.簡述擠出螺桿計量段熔體輸送理論的簡化假設，并給出產(chǎn)量公式，說明各符號物理意義。答案：假設：1.等溫、穩(wěn)態(tài)、層流；2.熔體為不可壓縮牛頓流體；3.螺槽寬深比>10，忽略側壁影響；4.螺桿靜止，料筒旋轉；5.忽略螺棱漏流。產(chǎn)量公式：Q=(π2D2HNcosφsinφ)/2?(πDH3sin2φΔP)/(12ηL)。符號：D螺桿直徑，H螺槽深度，N轉速，φ螺旋角，ΔP壓力降，η熔體粘度，L計量段長度。第一項為正流，第二項為壓力流。47.說明注塑成型中“分子取向”對制品力學性能的影響，并列舉兩種降低取向的工藝措施。答案：分子取向使平行取向方向強度、模量提高，垂直方向降低，導致各向異性、翹曲、低溫脆性。措施：1.提高熔體溫度降低熔體彈性；2.降低注射速度或采用多級注射；3.提高模溫延長松弛時間；4.加大澆口尺寸降低剪切。48.比較“吹塑”與“熱成型”在成型溫度窗口選擇上的差異，并解釋原因。答案：吹塑溫度窗口窄，需略高于熔點或粘流溫度，保證型坯垂熔強度與可吹脹性；熱成型窗口寬，需處于高彈區(qū)，低于熔點10～40℃，保證片材均勻延展不破裂。吹塑需熔體強度，熱成型需高彈形變。49.簡述聚合物熔體“鯊魚皮”缺陷的形成機理，并給出兩種抑制方法。答案：鯊魚皮為模壁滑移粘附交替引發(fā)出口熔體表面周期性破裂。機理：模壁處熔體在臨界剪切應力下滑移，出口瞬間釋放彈性恢復，形成肋狀波紋。抑制：1.降低擠出速率；2.提高熔溫；3.采用入口角小的流線型口模；4.添加含氟加工助劑形成潤滑層。50.說明“反應注射成型（RIM）”與傳統(tǒng)注塑在原料體系、設備、能耗三方面的主要區(qū)別。答案：原料：RIM用低粘度單體或預聚體，瞬間聚合；傳統(tǒng)注塑用高粘度聚合物熔體。設備：RIM需高壓撞擊混合頭、低壓模具，無需塑化螺桿；傳統(tǒng)注塑需塑化裝置、高壓鎖模。能耗：RIM料溫低（40～60℃），模溫適中，能耗低；傳統(tǒng)注塑需高溫塑化（200～300℃），能耗高。五、計算題（每題15分，共30分）51.某PP熔體在毛細管流變儀（直徑1mm，長徑比20）中于230℃下測得：活塞速度2mm/s，活塞直徑12mm，入口壓力降3MPa，筒壁傳感器壓力5MPa。已知熔體密度0.78g/cm3，忽略入口損失，求：(1)表觀剪切速率γ?_a；(2)表觀粘度η_a；(3)若n=0.35，求真實剪切速率γ?。答案：(1)體積流量Q=(π/4)(0.012m)2×0.002m/s=2.26×10??m3/s；毛細管半徑R=0.5mm。γ?_a=4Q/(πR3)=4×2.26×10??/(π×(5×10??)3)=1152s?1。(2)剪切應力τ_w=RΔP/(2L)=0.5×10?3×5×10?/(2×20×10?3)=62.5kPa。η_a=τ_w/γ?_a=62.5×103/1152=54.3Pa·s。(3)γ?=γ?_a×(3n+1)/(4n)=1152×(3×0.35+1)/(4×0.35)=1152×1.357=1564s?1。52.某注塑機螺桿直徑40mm，計量段螺槽深2mm，螺旋角17°，轉速100rpm，熔體為假塑性流體n=0.4，η?=200Pa·s。假設等溫，忽略漏流，求：(1)正流流量Q_d；(2)若需保持零壓力流，機頭應提供多大背壓ΔP？(3)若實際背壓為5MPa，求實際產(chǎn)量Q。答案：(1)Q_d=(π2D2HNcosφsinφ)/2，φ=17°，N=100/60=1.67rps，H=0.002m。Q_d=(π2×0.042×0.002×1.67×cos17°×sin17°)/2=1.02×10??m3/s=36.7L/h。(2)零壓力流需ΔP=0。(3)壓力流系數(shù)K_p=(πDH3sin2φ)/(12ηL)，設L=4D=0.16m。K_p=(π×0.04×0.0023×sin217°)/(12×200×0.16)=1.05×10?12m3/(Pa·s)。Q_p=K_pΔP=1.05×10?12×5×10?=5.25×10??m3/s。實際Q=Q_d?Q_p=1.02×10???0.525×10??=0.495×10??m3/s=17.8L/h。六、綜合應用題（每題20分，共40分）53.某企業(yè)采用φ65單螺桿擠出機生產(chǎn)HDPE管材（外徑110mm，壁厚10mm），發(fā)現(xiàn)管材表面出現(xiàn)周期性竹節(jié)紋，壁厚不均，且內(nèi)壁有微裂紋。現(xiàn)場測得：熔溫220℃，螺桿轉速30rpm，機頭壓力12MPa，牽引速度0.6m/min，模溫40℃。要求：(1)診斷缺陷成因；(2)提出三步優(yōu)化方案并給出量化參數(shù)；(3)說明檢測驗證手段。答案：(1)竹節(jié)紋+微裂紋為典型熔體破裂與冷卻過快疊加；壁厚不均源于模溫低、冷卻不均；低模溫使熔體松弛不足，高剪切下出現(xiàn)鯊魚皮。(2)優(yōu)化：①熔溫提高至235±2℃，降低熔體粘度約20%，減小剪切應力；②模溫升至55℃，采用分區(qū)油模溫機，溫差≤3℃；③螺桿轉速降至22rpm，同時牽引速度降至0.45m/min，保持吹脹比1.25不變，降低γ?約25%。(3)驗證：在線激光測厚儀測壁厚CV值由>6%降至<3%；離線SEM觀察內(nèi)壁粗糙度Ra由1.2μm降至0.4μm；耐環(huán)境應力開