聚合物成型加工课程设计的探讨论文[大全5篇]

第一篇：聚合物成型加工课程设计的探讨论文

1明确设计任务，科学选择设计题目

本门课程设计的内容是围绕教学任务或单元，以某种通用或特种高分子材料（如聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯、聚氨酯等）及其制品的生产任务为依托构建，设计出相关聚合物材料及其产品项目内容，包括原料品种、型号选择、工艺流程及设备确定、产品质量检测，以及车间布局和规模等等。通过课程设计，全面锻炼学生查阅文献、设计计算、实际分析和CAD绘图能力，有效地让学生系统地掌握所学知识，并获得一定的灵活应用的能力，为后期的毕业设计乃至毕业后走上工作岗位打下基础。课程设计的选题应符合当前科技和生产发展的需要，同时必须满足教学方面的需要，使学生通过设计得到比较全面地锻炼。题目可以是来自生产现场的实际课题，也可以从教学和科研项目中选定。但题目的选择不能和往年雷同，否则会出现学生直接找来以前的电子档，从而设计完成的千篇一律。另外题目难度应该从易到难分布广泛，教师提供备充足的选题，先由同学根据自己的兴趣自由选择，再由老师根据学生选报情况，统筹分配，做到每组成员具有较均衡的知识能力。除了教师指定的题目，对于已经签订工作单位或者有明确工作意向的同学，应鼓励他们结合今后工作的方向，自己拟定设计题目。例如签约洛阳725所的同学就可以做风电叶片制备方面的设计；想去富士康应聘的同学，可以进行塑料外壳注塑成型方面的设计；有意从事管材、异型材、薄膜挤出方面工作的，可以做挤出工艺设计；对橡胶加工感兴趣的，可以自订压延成型方面的设计等等。这样既提高了学生设计的兴趣，对于他们今后的就业或工作也有很大的帮助。课程设计采用分组完成的方式，不仅有利于发挥学生特长，而且有助于培养学生的责任感和协作精神。每组同学设计题目的大方向类似，但是每个学生的设计内容上又有所区别，保证做到同组不同题。例如配方设计、工艺参数、设备选择等都可以有差别，既避免学生之间的抄袭现象，又利于组内讨论和交流，通过课程设计每个学生的设计水平都得到锻炼和提高。

2做好充足准备，提早布置任务

为更好的适应应用型人才培养的需要，课程设计的时间从原来的1周调整为2周，学生可以有更多时间和精力提高设计质量。虽然教学进程上将课程设计安排在授课结束，但是可以在理论课授课的同时就让学生初次选择题目，开始筹备课设。发题时指导教师应将设计内容、步骤、注意事项、参考书籍、网站资源一一交待清楚，使学生对自己所要从事的设计有初步的了解。学生带着“任务”去听课，针对性更强，在学习中就会积极积累收集信息，进行知识储备。教学过程中各个工艺的动画演示资料可以加深他们对工艺过程的感性认识，为下步确定设计方案创造了良好的条件。

3加强设计期间辅导和监督

在整个课程设计过程中，学生独立设计很重要，但是教师的监督辅导不能忽视。必须将学生的主导作用和教师的指导作用有机结合。教师在理论授课时可以多介绍本课程设计与本专业的关系，相关技术在实际工程中的应用，提高学生对课设的兴趣和热情。课程设计一般不安排固定教室，但是可以向院里申请专用绘图室。这样既方便学生绘图，也方便老师集中指导。课程设计不同于平时作业，要分段督促跟踪，全面掌握控制进度。“万事开头难”，在设计初期必须多花精力和学生讲解交代清楚设计的任务，题目的生产背景、特点、解决的途径，如何入手搜集查阅相关资料，讨论设计的方法思路，最终确定出可行的设计方案方案。中期重点检查工艺计算是否正确、设备选择是否合理，参数选择是否合适，设计进度是否按部就班。末期收尾时，检查数量和质量是否达到课设要求，完成太差、不合要求的提醒其抓紧修改，以免影响最后答辩。设计中发现普遍存在的问题可以集体答疑和讨论，师生之间，学生之间相互启发，相互切磋，活跃学习气氛。根据学生程度不同，采用分类指导。对于基础比较差的同学，可以进行个别指导，重点“支持”，保证学生得到基本的应用锻炼；对于学习基础好的同学，可以多采用启发引导，鼓励他们尝试有创意的设计。除了面对面的辅导还可以结合手机、QQ、电子邮件等交流方式，及时为学生释惑解疑。教师是课程实施过程的参与者，方案成功与否，教师的素质、态度很关键。在整个课程设计期间，指导教师应该不辞辛苦、尽职尽责，辅导、监督、督促每位同学认真完成每一个步骤。同时应该认真做好相应记录，为最后的成绩评定提供依据。

4科学的评定设计成绩

聚合物成型加工原理课程设计的成绩分为5个等级：优、良、中、及格和不及格，但是成绩的评定不能只看说明书和图纸，需要结合平时表现与答辩成绩，综合评定才能更准确、更合理，更有利于调动学生的积极性。平时表现占10%，包括设计期间的出勤情况，设计的态度，设计完成进度等，应避免由于老师的主观性给学生成绩造成的影响。设计说明书质量占30%，包括内容完整性、格式规范性、提交的时间等。图纸完成质量占40%，包括图纸内容数量、图标规范、尺寸标注、图面整洁等。对于选用新工艺、新设备，车间布局新颖的，成绩评定时应加以区分。答辩成绩占20%，考查学生对于设计的目的，设计的内容是否清楚，设计思路是否清晰，相应问题是否能正确回答。答辩应该是贯穿整个设计期间，老师可以根据设计内容随时提出问题，要学生回答，作为过程考核。老师可以及时了解学生掌握知识的程度情况，学生可以通过问题弄清设计过程中要注意的一些细节及必须掌握的知识。把过程考核与结果考核相结合，并且增大过程考核在总成绩中的比例。考核的标准相对固定但是不应局限。对于设计期间表现突出，方案选择有新意的，内容有创新的，设计有特点的，可以根据实际完成情况给予加分。

5结束语

把学生培养成为掌握较扎实的专业基础知识和基本理论，具有较强工程实践能力和创新意识，能够从事高分子制品生产、新材料开发、工艺与模具设计、技术开发与改造、经营管理等方面工作的高素质应用型人才是我们的目标。课程设计特征是以生产流程为主线，实现项目教学，以培养学生创新能力，在整个课程体系占有重要的地位，因此组织好每次课程设计是落实整体教学的关键，课程设计教学模式的完善需要我们不断的努力。

第二篇：关于《聚合物成型加工》课程教学改革的探究论文

随着聚合物材料应用的日益广泛, 其成型加工工艺和装备在高分子材料科学技术领域发挥了越来越重要的作用。近年来, 高分子材料科学和高分子材料加工工程得到了很大的发展, 并逐渐交融而形成一个全新的交叉型学科领域———聚合物成型加工技术。对于高分子专业的学生而言, 聚合物成型加工是一门专业课程, 与高分子化学和高分子物理共同构成了高分子专业的课程基础;同时聚合物成型加工又是高分子专业理论研究与实际生产相互联系的纽带。其基本任务是研究聚合物的成型加工方法及所获得的产品质量与各种因素之间的关系, 它对推广和开发聚合物的应用有十分重要的意义。要使学生能在较短的时间内对该课程的基本内容, 特别是操作实践内容部分的掌握, 需要在多方面进行改革。明确培养目标, 围绕课程主线, 强化理论基础

本科院校是要培养既有一定的理论基础, 又具备较强实践能力的高素质应用型人才, 与高职类院校培养服务于生产一线的操作型、技能型人才不同。在教学过程中, 仍然要重视对基础理论知识的讲解, 让学生们要“知其然” , 还要“知其所以然”。除了聚合物流变学和高分子物理是聚合物成型加工的理论基础以外, 成型技术本身也存在一定的原理, 不容忽视。与其他课程相比,《聚合物成型加工》课程本身具有内容分散化、概念抽象化、理论半经验化等特点, 给课堂教学带来了一定的困难。因此, 抓住课程主线, 突出理论重点, 进行深入浅出的讲解至关重要。聚合物成型加工是采用各种工程技术手段将聚合物原料转变为实用材料或制品的过程。英文中成型加工(processing)包含了两层意思:一是加工(machining/w o rking), 即让原料混合、熔融、均化等过程,从“不变”到“变”;二是成型(shaping/forming), 即通过挤压、输送、拉伸等方法制成产品的过程, 从“变”到“不变”。

由此可见, “变化”是聚合物成型加工课程的主线。根据聚合物成型加工过程中的“变化”可以将课程的理论基础分解为三个部分:(1)What , 即发生了那些变化。从物理和化学的角度, 分析高分子材料在成型加工过程中所产生的结晶、取向、降解、交联等变化;(2)Why , 即为什么会发生变化。针对各种变化的特征, 分析高分子材料特有的加工性质、粘弹行为、滞后效应等;(3)How , 即如何发生变化。结合粘性流体理论和牛顿力学定律, 分析各种变化产生的深层次原因, 对聚合物在管道中的流动行为有所认识。通过这样的课程分解, 可以使原本较为分散的理论知识相对集中并系统化, 也可以让学生们了解抽象概念和半经验理论所反映的实质性问题。重视实践教学, 建立系统的实验体系

聚合物成型加工是在对高分子专业基本理论知识(高分子物理、高分子化学等)掌握的基础上, 将聚合物转变成实用工程材料或制品的一种工程技术。因此, 在成型加工的教学过程中, 理论与实践相结合十分必要。为了可以让学生更好地理解成型加工理论, 了解成型加工技术, 将课堂上学到的理论知识与生产实践相结合, 也为了实现本学院培养“应用型人才”的目标, 我们对教学进行了实践性的扩展:

2.1 建立教学实践基地

浙江省和广东省是中国国内两大高分子材料制备和销售中心。宁波市下属的余姚、慈溪、东阳等地有非常多的高分子材料生产厂家, 拥有得天独厚的地理优势。我们与宁波市多家高分子材料生产厂家建立了产、学、研合作关系, 成立了多个教学实践基地。学生在课堂学习之外, 以参观实习、生产实习和毕业设计等多种形式, 进入到高分子材料生产的第一线, 切身体会成型加工的过程, 对书本上的知识点有了更加深刻和具体的认识。而且, 生产厂家的生产过程是一个系统性体系, 包括了配方设计、工艺设计、制品结构和造型设计、设备选型及模具设计、再到实际的成型加工等一系列相互联系的环节。学生们除了可以系统地了解成型加工技术外, 还可以接触到与之相关的包括母料制备、添加色粉、模具制造等行业的信息。

2.2 开展系统性实验

原来高分子专业的实验课程中, 各实验都是独立的。常常可以看到学生们用聚乙烯为原料进行注塑实验, 而到力学性能测试时, 又拿着老师提前注塑好的聚碳酸酯样品去测冲击强度和拉伸强度。实验结束后, 学生基本上只是学会了一种仪器设备的使用方法, 而没有对成型加工技术有系统的了解。所以, 我们将成型加工的实验设计成系统性实验, 老师在学期刚开始的时候就布置下若干调研题目, 然后随着课程的进展让学生分部完成调研题目的各个组成部分, 最后通过系统性实验将调研的内容实现。例如, 针对聚苯乙烯韧性差的缺点, 让学生们通过调研看看可以采用什么方法来加以改善。首先, 学生进行前期的文献查阅, 初步确定采用与聚乙烯共混的方法来对聚苯乙烯进行改性。然后, 当我们的课程讲到“配方设计”时, 让学生们根据课堂上讲到的知识, 确定一个聚苯乙烯/聚乙烯共混物制备的配方;而当课程讲到“成型工艺”时, 学生们就可以选择适当的成型方法和工艺条件。而且, 根据课程中关于“成型加工过程中的物理化学变化”的介绍, 学生们设想聚苯乙烯/聚乙烯共混物的结构、形态和性能等方面会发生什么样的变化。当调研内容基本完成后, 我们为学生们提供他们设计配方所用的原材料, 开放成型加工实验室, 让他们真正制备出自己设计的共混物材料。最后, 让他们通过各种测试手段对自己制备出的材料进行表征, 看看是否会发生所设想的结构、形态和性能等方面的变化。结合课程特征改变教学与考核方法

在我们的教学过程中, 将聚合物成型加工这门课程的内容分为了两个基本的部分:第一是聚合物加工的理论基础部分, 主要包括了聚合物材料的加工性质、聚合物的流变性质、聚合物液体在管和槽中的流动、聚合物加工过程的物理和化学变化;第二是聚合物的成型加工技术, 主要包括了成型物料的配制、塑料的一次和二次成型、橡胶的加工与硫化、纤维的拉伸成型与后处理。课程内容较丰富, 两个部分的内容较鲜明的划分成了“理论”和“技术”两大块。这两部分教学内容的差异决定了其教学方法及考核方式的多样化。因此, 我们在进行教学改革过程中, 改变了以往“一考定音”的考核方式, 针对不同教学内容,采用不同的教学方法, 进行不同的教学考核。

首先, 聚合物成型加工的理论基础中包含着流变方程推导和流体受力分析等内容, 仍然需要以课本上的知识作为主要的讲授内容, 采用黑板板书的方式进行层层剖析, 以便学生可以更清楚地理解成型加工的理论基础。对于这部分的内容可以通过课后习题以及考试的方法进行考核。其次, 这门课程中关于挤出成型、模压成型、注射成型等具体成型技术的教学内容, 则采用“教、学、做三结合” , 即边做、边教、边学, 让学生在做中学, 在学中会, 在会中懂,“案例式” ,“现场教学”等教学方法贯穿整个教学过程。在课堂讲解时则主要是结合PPT 电子教案进行, 并在课本知识的基础上增加一些对成型加工技术发展及前沿的介绍。对于这部分内容则主要通过实践课业的形式来进行考核, 同时这部分的考核在总成绩中占到了50 %以上。

其中, 实践课业是最主要反映学生学习成果的环节。实践课业采用调研报告、小组讨论及PPT 汇报的形式, 要求学生结合课堂知识, 通过上网查询资料、与老师同学或其他技术人员沟通讨论等方式, 完成实践课业要求, 针对一定的题目进行调研。并根据调研的结果设计成型配方, 选择合适的加工方法, 对影响制品性能的加工工艺条件进行简单分析, 并对调研结果进行答辩, 同时提交相关小论文。鼓励学生发散性思考, 引导自己查阅资料, 训练综合分析各种信息的能力, 加深和拓宽知识面, 对出现的多种结论组织讨论, 以此充分展示不同学生的专长。

例如, 我们针对目前国家十分重视的环保问题, 让学生进行调研, 经过小组汇总调研结果并讨论, 认为在高分子材料方面, 无卤阻燃是目前研发和产业化中较为突出的一个课题。随后学生们进一步查询了欧盟环保(RoHS 和WEEE)指令和强制性国家标准《公共场所阻燃制品及组件燃烧性能要求和标识》, 制定出实践课业的题目———ABS 树脂的无卤阻燃。结合课程中“成型物料的配制”的内容, 学生们确定了以膨胀型阻燃剂替代掉传统的溴系阻燃剂的基本配方。接着又结合课程中各种成型加工技术的的介绍,学生们选定了挤出切粒的成型工艺。同时, 学生们还根据市售相关商品的性能, 制定了一个包括冲击强度、拉伸强度、阻燃级别等参数在内的标准, 在系统性实验中通过多次调节配方和工艺来达到这个标准。综上所述, 针对本校高分子专业的办学方针———以提高学生综合素养为宗旨, 培养应用性人才为目标, 对《聚合物成型加工》课程的教学内容、教学方法、考核形式等方面都进行了改革, 将聚合物成型加工技术知识理论与实验室现场工艺过程相结合, 既强调实践教学的重要, 又不忽视基础理论知识, 强化学生的综合素质。

第三篇：聚合物加工原理习题

第四章

1、举例说明高聚物熔体粘弹性行为的表现。

聚合物流动过程最常见的弹性行为是端末效应和不稳定流动。端末效应包括入口效应和模口膨化效应(离模膨胀)即巴拉斯效应。不稳定流动即可由于熔体弹性回复的差异产生熔体破碎现象。

2、简述高聚物熔体流动的特点。由于高聚物大分子的长链结构和缠绕，聚合物熔体、溶液和悬浮体的流动行为远比低分子液体复杂。在宽广的剪切速率范围内，这类液体流动时剪切力和剪切速率不再成比例关系，液体的粘度也不是一个常此因而聚合物液体的流变行为不服从牛顿流动定律。即非牛顿型流动。

3、聚合物熔体在剪切流动过程中有哪些弹性表现形式?在塑料成型过程中可采取哪些措施以减少弹性表现对制品质量的不良影响? 聚合物熔体在加工过程中的弹性行为主要有入口效应、离模膨胀和熔体破裂。随熔体在口模内停留时间延长，弹性变形得到恢复，离模膨胀呈指数关系减小。故增长口模长度可减小离模膨胀。保证挤出速率在临界挤出速率以下，γc随挤塑温度的增加而变大，但与口模的表面粗糙度无关。因此，升高温度是挤塑成功的有效办法。入口收敛角α↑，γc↓，L/D↑, γc↑减小入口收敛角，增大长径比可增大临界挤出速率。

4、取向度对注塑制品的力学性能有何影响? 非晶聚合物取向后，沿应力作用方向取向的分子链大大提高了取向方向的力学强度，但垂直于取向方向的力学强度则因承受应力的是分子间的次价键而显著降低。团此拉伸取向的非品聚合物沿拉伸方向的拉伸强度，断裂伸长率和冲击强度均随取向度提高而增大。取向结晶聚合物的力学强度主要由连接晶片的伸直链段所贡献，其强度随伸直钱段增加而增大，晶片间伸直链段的存在还使结晶聚合物具有韧性和弹性。通常，随取向度提高，材料的密度和强度都相应提高，而伸长率则逐渐降低

5、聚合物在成型过程中为什么会发生取向？成型时取向产生的原因及形式有哪几种？取向对高分子材料制品的性能有何影响？

成型加工时，受到剪切和拉伸力的影响，高分子分子链发生取向。依受力方向分为：

1、流动取向：系指在熔融成型或浓缩成型中，高分子化合物的分子链、链段或其他添加剂，沿剪切流动的方向排列。次表层的取向度最高。

2、拉伸取向：系指高分子化合物的分子链、链段或结晶等受到拉伸力的作用沿受力方向排列。有单向拉伸和双向拉伸。

影响因素：

1、分子结构（结构简单，柔性的有利于取向）

2、低分子化合物（降低Tg/Tf有利于取向）

3、温度（升温有利取向）

4、拉伸比（增加有利取向）高分子材料经取向后，拉伸强度、弹性模量、冲击强度、透气性等增加，单轴拉伸后，取向方向（纵向）和垂直于取向方向（横向）强度不一样，纵向强度增加，横向减少，对于结晶性高分子，取向拉伸后结晶度增加，玻玻璃化温度增加。

6、入口压力降产生原因有哪些？（1）、物料从料筒进入口模时，熔体粘滞流动流线在入口处产生收敛所引起的能量损失；（2）、在入口处由于聚合物熔体产生弹性变形，因弹性能的储蓄所造成的能量消耗；（3）、熔体流经入口处时，由于剪切速率的剧烈增加而引起速度的激烈变化，为达到稳定的流速分布所造成的压力降。

7、聚合物的结晶度将如何影响注射制品的性能？对结晶度较高的材料，在注射工艺参数的选择中应该注意那些问题？

聚合物结晶度对制品性能影响包括：密度、力学性能、热性能及其他性能等。密度：结晶度高, 分子链排列有序而紧密, 分子间作用力强, 所以密度随结晶度的提高而增大。拉伸强度：结晶度高, 拉伸强度高。弹性模量：弹性模量随结晶度的增加而增大。冲击强度：冲击强度随结晶度的提高而减小。热性能：结晶度增加有利于提高软化温度和热变形温度。光泽度：结晶度提高会增加制品的致密性, 使制品表面光泽度提高, 但由于球晶的存在会引起光波的散射, 而使透明度降低。翘曲：结晶度提高会使体积变小, 收缩率加大。对结晶度较高的塑料设定工艺参数应注意：主要是模温的设定，当聚合物熔体温度高于熔融温度时(T > Tm), 大分子链的热运动显著增加, 当大于分子的内聚力时, 分子就难以形成有序排列而不易结晶;当温度过低时, 大分子链段的运动能很低, 甚至处于冻结状态, 也不容易结晶。所以结晶的温度范围是在T g 和Tm 之间。冷却速度： 冷却速度决定于熔体温度与模具温度的温差。冷却速度快, 结晶时间短, 结晶度低, 制品密度也会降低。注射压力：对于结晶性高聚物而言, 在注塑过程中, 可通过提高注塑压力和注射速率获得较高的结晶度, 当然, 提高的程度应以不发生熔体破裂为限。挤出成型

单螺杆挤出机的挤出系统和传动系统包括哪几个部分? 单螺杆挤出机由传动系统，挤出系统，加热和冷却系统，控制系统等几部分组成。挤出系统和传动系统主要包括传动装置、加料装置、机筒、螺杆、机头和口模等五部分 简述单螺杆挤出机的螺杆的几个功能段的作用.加料段：自物料入口向前延伸的一段称为加料段，在加料段中，物料依然是固体，主要作用是使物料受压，受热前移，螺槽一般等距等深。压缩段：压缩段是指螺杆中部的一段，物料在这一段中受热前移并压实熔化，同时也能排气，压缩段的螺槽体积逐渐减小。均化段：螺杆最后一段，均化段的作用是使熔体进一步塑化均匀，并使料流定量，定压由机头流道均匀挤出，这段螺槽截面是恒等的，但螺槽深度较浅。

什么是螺杆的压缩比,单螺杆挤出机的螺杆通过哪些形式获得压缩比? 螺杆加料段第一个螺槽的容积与均化段的最后一个螺槽的容积之比，它表示塑料通过螺杆的全过程被压缩的程度。

在螺杆的压缩段附加一条螺纹，这两条螺纹把原来一条螺纹形成的螺槽分成两个螺槽，一条螺槽与加料段螺槽相通，用来输送固态物料；另一条螺槽与均化段相通，用于液态物料的输送。这就避免了单螺纹螺杆固液共存于一个螺槽引起的温度波动。如何获得单螺杆挤出机最大的固体输送速率? 结构角度：1增加螺槽深度； 2降低物料与螺杆的摩擦系数； 3增加物料与料筒的摩擦系数； 4选择适当的螺旋角。工艺角度：1增加料筒温度（fb↑）；②降低螺杆温度（fs↓）。简述双螺杆挤出机的主要工作特性。

a.强制输送作用 在同向旋转啮合的双螺杆挤出机中，两根螺杆相互啮合，啮合处一根螺杆的螺纹插入另一根螺杆的螺槽中，使其在物料输送过程中不会产生倒流或滞流。无论螺槽是否填满。输送速度基本保持不变，具有最大的强制输送性。

b.混合作用 由于两根螺杆相互啮合，物料在挤出过程中进行着比在单螺杆挤出机中更为复杂的运动，不断受到纵向横向的剪切混合，从而产生大量的热能，使物料加热更趋均匀，达到较高的塑化质量。c.自洁作用 反同旋转的双螺杆，在啮合处的螺纹和螺槽间存在速度差，相互擦离过程中，相互剥离粘附在螺杆上的物料，使螺杆得到自洁。同向旋转的双螺杆，在啮合处两根螺杆的运动方向相反，相对速度更大，因此能剥去各种积料，有更好的自洁作用。简述聚合物物料在单螺杆挤出机中的熔化过程。

由固体输送区送入的物料，在进入熔化区后，即在前进的过程中同加热的料筒表面接触，熔化即从这里开始，且在熔化时于料筒壁留下一层熔体膜，若熔体膜的厚度超过螺翅与料筒间隙，就会被旋转的螺翅刮落，并将其强制积存在螺翅的前侧，形成熔体池，而在螺翅的后侧则为固体床，这样，在沿螺槽向前移动的过程中，固体床的宽度就会逐渐减少，直至全部消失，即完全熔化，熔体膜形成后的固体熔化是在熔体膜和固体床的界面发生的，所需热量一部分来自料筒的加热器，另一部分则来自于螺杆和料筒对熔体的剪切作用。简述聚合物熔体在挤出机均化段的流动形式。熔体在均化段的流动包括四种形式：正流、逆流、漏流和横流。正流，亦称拖曳流动：由于螺杆旋转时螺棱的推挤作用引起物料沿螺槽方向(z方向)向机头的流动，这是均化段熔体的主流。逆流，亦称压力流动：由于机头口模、过滤网等对料流的阻碍作用使料流沿螺槽反向的流动。横流：螺棱的推挤作用和阻挡作用造成的物料在落槽内的往复流动，仅限于在每个落槽内的环流。漏流：物料在螺杆和料筒的间隙沿着螺杆的轴向往料斗方向的流动，它也是由于机头和口模对物料的阻力所产生的反向流动。

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？

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。简述管材挤出的工艺过程及管材挤出的定径方法。

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。

定内径：定径套装于挤出的塑料管内，即从机头挤出的管子内壁与定径套的外壁相接触，在定径套内通冷却水，将管子冷却定型。由于定径套的冷却水管是从管芯处插入的，故这种定型法只有直角式机头或偏移式机头的挤出才能使用。定外径：使挤出管子的外壁与定径套内壁相接触而起定型作用。内压法：向管内通入压缩空气的内压法真空法：在管子外壁抽真空法

以尼龙棒材的挤出成型为例,说明挤出成型的工艺过程,并讨论原料和设备结构的选择,工艺条件的控制中应注意的问题。

①原料的选择：尼龙的熔融温度范围窄，黏度偏低，须特别注意选择高黏度的尼龙作为挤出棒材的原料，以保证成型的稳定性；②原料干燥：尼龙极易吸水，挤出前必须充分干燥，否则，会导致尼龙在加工过程中出现降解；③挤出成型：是棒材制造的主要过程，挤出成型中应注意两点，一是挤出速度要慢，否则影响定型；二是温度控制波动范围要小，否则容易造成黏度的较大波动，从而影响挤出稳定性； ④制品的定型与冷却：定型部分要长一些，采用缓慢冷却，若使用急冷，很容易造成棒体内部缩孔；⑤牵伸和后处理：牵引要均匀，牵引切割后的棒材要进行调湿处理，以防止使用过程中的尺寸变化。注射成型

注塑机有几种类型，包括哪些组成部分。

按传动方式：机械式注塑机，液压式注塑机，机械液压式注塑机按操纵方式：手动注塑机、半自动注塑机、全自动注塑机按塑化方式：柱塞式注塑机、预塑式注塑机、橡胶注塑机包括以下：注射装置、合模装置、液压电气控制系统 嵌件预热有何意义。

为了装配和使用强度的要求，理解塑件内常常嵌入金属嵌件。注射前，金属嵌件先放进模具内的预定位段，而后经注射成型才能和塑料成为一个整体。由于塑料与金属的热性能差异很大，两者收缩率不同，因此，有嵌件的塑料制品，在嵌件周围易出现裂纹或制品强度较低。设计制品时应加入制件周围塑料的厚度，同时对金属嵌件进行预热也是必要的。因为嵌件预热可以减小塑料熔体与嵌件的温差，使嵌件周围的塑料熔体冷却比较慢，收缩比较均匀，产生一定的熔料收缩作用，以防止嵌件周围产生较大的内应力。

注射机常用喷嘴类型？从加工塑料性能和成型制品特点来考虑，如何选择喷嘴？

1、通用式喷嘴：是最普遍的形式，这种喷嘴结构简单，制造方便，无加热装置，注射压力损失小，常用于PE、PS、PVC及纤维等注射成型。

2、延伸式喷嘴：是通用是彭罪的改进型，结构也较简单，制造方便，有加热装置，注射压力姜较小，适用于PMMA、POM、PSF、PC等高粘度树脂

3、弹簧针阀式喷嘴：是一种自锁式喷嘴，结构较复杂，制造困难，流程较短，注射压力损失较大，较适用于PA、PET等熔体粘度较低的塑料注射。

试问一旦在注射成型过程中（使用螺杆式注射机）发现未熔的颗粒料，将如何调整工艺参数以获得理想的制品？

注射成型过程中发现未熔的颗粒料，其主要原因是塑化不良。调整工艺参数：可适当提高塑化背压，适当提高料筒温度，延长物料在料筒中停留时间，提高螺杆转速等。随着螺杆转速的增加，橡胶注射成型的硫化时间为何呈现“U”形变化？

随着螺杆转速的提高，机筒内的胶料受到剪切、塑化和均化的效果提高，可获得较高的注射温度，缩短注射时间和硫化时间。螺杆转速过高时，螺杆表面橡胶分子链发生拉伸取向，形成多层取向状态，产生一种收缩力，起到一种钳制作用，使胶料成团抱着螺杆一起转动，产生较严重的“包轴现象”，不能使胶料很好地受到剪切作用，故胶温反而下降，注射温度降低，硫化时间延长。注塑制件后处理主要有哪些方法，各有什么意义。

随着螺杆转速的提高，机筒内的胶料受到剪切、塑化和均化的效果提高，可获得较高的注射温度，缩短注射时间和硫化时间。螺杆转速过高时，螺杆表面橡胶分子链发生拉伸取向，形成多层取向状态，产生一种收缩力，起到一种钳制作用，使胶料成团抱着螺杆一起转动，产生比较严的“包轴现象”，不能使胶料很好的剪切作用，故胶温反而下降，注射温度降低，硫化时间延长。

注塑制件后处理主要有哪些方法，各有什么意义

热处理，调湿处理，热处理的实质：使强迫冻结的分子链得到松他，凝固的大分子链段转向无规位置，从而消除这一部分的内应力。提高结晶度，稳定结晶结构，从而提高结晶塑料制品的弹性模量和硬度，降低断裂伸长率。调湿处理是为了在较短的时间内稳定的尺寸。同时还可以加快达吸湿平衡，从而改善制件的柔曲性和韧性，使它的冲击强度和拉伸强度均有提高。结晶性塑料和非晶塑料在注塑工艺上有何不同。塑化阶段，结晶性塑料的塑化需要更长的时间冷却阶段，结晶性塑料的冷却要严格控制，冷却的快慢直接影响塑件物性 某塑胶公司有如下原料： 聚乙烯A(熔体流动指数为7g/10min)；聚乙烯B(熔体流动指数为 0.3g/10min)；聚苯乙烯；聚碳酸酯；尼龙66。

–（1）拟生产Φ50cm、高300cm的垃圾桶，可选用什么成型方法，选择上述什么原料（要简述选择的理由）？为了降低生产成本，打算在聚合物中加入30％碳酸钙填料，请问在加入填料后，成型工艺可能做那些调整？

– 选择聚乙烯A，相对B而言，熔体流动指数较高，加工较容易。聚苯乙烯太脆，会被强酸强碱腐蚀，不抗油脂，不适合做垃圾桶，PC和尼龙66原材料费较高，也不适合做垃圾桶。大型垃圾桶可以用挤吹中空塑料成型。– 加入填料后，材料的黏度会有所提高，所以挤出过程中应该提高温度，以降低材料黏度，即降低加工难度。在吹塑时，气体压力不宜过大，避免基体和填料间的应力开裂。拟生产手机外壳，该公司有的工程师认为采用聚苯乙烯较好，而有的工程师认为采用聚碳酸酯较好，你认为选用那种聚合物合适，谈谈理由。若选用聚碳酸酯，在成型过程中应注意那些问题？

– 选用PC较好。聚苯乙烯的化学稳定性比较差，作为手机外壳可以被多种有机溶剂溶解，会被强酸强碱腐蚀，不抗油脂，并且在受到紫外光照射后易变色。质地硬而脆，抗冲击性能较差，作为手机外壳不耐摔，易破裂。

– 聚碳酸酯无色透明，耐热，抗冲击，阻燃，在普通使用温度内都有良好的机械性能。但其耐磨性差，一些用于易磨损用途的聚碳酸酯器件需要对表面进行特殊处理。

– PC遇水容易水解，产生断键、分子量下降和物理强度降低等现象。所以应该严格控制PC中的水分，避免产品出现气泡银纹等，通常在PC加工前需用热风干燥机干燥3-5小时。中空吹塑成型

简述注塑吹塑工艺过程。聚酯透明瓶的成型为例，聚酯的特点是易吸潮，结晶速度慢，为了得到尺寸精度高，透明性好的聚酯透明瓶，一般采用两步法进行注射吹塑成型。第一阶段为型坯的制造（注射法），第二阶段为坯件的吹塑成型。第一阶段型坯的制造（注射法）主要有三个步骤，首先是注射成型前的准备，对聚酯型坯的成型前准备主要是物料的干燥，一般要对聚酯切片在120℃下干燥6-12小时；其次是借助注射机和型坯成型模具进行注射成型；最后是后处理，型坯的后处理仅限于修边，不可进行热处理。第二阶段型坯的吹塑分四个步骤，第一是对型坯加热到Tg以上，进入橡胶态；第二是入模，即把加热好的型坯迅速移入模具中；第三是吹塑成型，即在已加热的型坯吹入压缩空气，型坯即胀大脱离金属管贴于模壁上成型；第四是冷却脱模。

简述挤出吹塑工艺过程。①管坯直接由挤出机挤出，并垂挂在安装于机头正下方的预先分开的型腔中；

②当下垂的型坯达到规定长度后立即合模，并靠模具的切口将管坯切断； ③从模具分型面上的小孔送入压缩空气，使型坯吹胀紧贴模壁而成型； ④保持充气压力使制品在型腔中冷却定型后开模脱出制品。

以尼龙6制备的汽车油杯的成型为例，说明挤出吹塑的工艺过程，并分析原料的选择和成型各阶段的工艺条件控制中应注意的问题。

– 汽车油杯的成型过程包括原料的选择和干燥，挤出型坯，闭模，吹塑，冷却脱模等几个过程。由于尼龙粘度相对较低型坯易下垂，原料的选择应特别注意选择高粘尼龙作为基础原料；同时，由于尼龙粘度对温度敏感性大，挤出吹塑过程应特别注意温度控制。热成型的定义。

热成型是一种以热塑性塑料板材和片材为成型对象的二次成型技术，其法一般是先将板材裁切成一定形状和尺寸的坯件，再将坯件在一定温度下加热到弹塑性状态，然后施加压力使坯件弯曲与延伸，在达到预定的型样后使其冷却定型，经过适当的修整，即成为制品。热成型过程中对坯件施加的压力，在大多数情况下是靠真空和引进压缩空气在坯件两面形成气压差，有时也借助于机械压力或液压力。

要制作一直径达2米、高5米、厚15毫米的大型聚乙烯圆筒，可以采用哪些方法？

– 对于这种大尺寸的圆筒，很难采用挤出法生产，可以采用热成型法生产。如可以用机械 加压法生产两、三块弧形板，通过热熔连接成一个完整筒体。也可以采用加热后卷绕的办法直接卷绕成型。其他成型工艺

铸塑成型有哪几种方式？

铸塑技术包括静态铸塑、嵌铸、离心浇铸以及流延铸塑、搪塑和滚塑等。请分别写出以下制品最多可以用哪些成型加工方法来生产：

– 线缆包覆层：挤出成型– 沙滩鞋底：压延成型、注射成型 – 橡胶的胎面：压出成型、模型硫化

– 小型儿童玩具：热成型、注射成型、挤出成型、搪塑成型 – 尼龙薄膜：压延成型、挤出成型、吹塑成型 – 矿泉水瓶：注射成型、挤出成型 – 塑料水桶：注射成型 – 医用标本：嵌铸成型

简述PTFE成型加工方法原理并说明如何调节其制品性能？ – 原理：PTFE 室温下冷压成型坯后再烧结，经冷却后得到制品。（可用图示说明）– 措施：控制冷却速度，调整结晶程度来调节其制品性能。

下列哪些参数与挤出机的产量无关？ D A.螺杆直径 B.螺杆长度 C.螺杆转速 D.切粒机转速 当双螺杆挤出机机头压力过高时应该调整 B A．喂料量 B。螺杆转速 C。机筒温度 D。螺杆组合 挤出机的测温装置热电偶的作用是 A A．测量温度 B。控制温度 C.加热 D。冷却 挤出过程中料条表面粗糙是因为 D A．塑料水分太大 B。熔体温度太高 C。挤出速度太低 D。挤出速率太高 挤出过程中料条带有黑点是因为 AB A．挤出温度太高 B.机头口模处有不干净的地方 C。挤出温度太低 D。原料太脏 物料塑化时的热量来源为 AB A．料筒传热 B。物料内部摩擦 C。物料反应热 D。环境热量 挤出成型的控制系统不包括 D A．电气传动系统 B。温度控制 C。压力控制 D。喂料控制 双螺杆有清除机筒、螺杆表面物料的能力，这种能力称为 A A．自洁 B。自转 C。扫堂 D。振动 塑料熔体指数越大，其流动就越容易，所以挤出量随塑料熔体指数的增加而 B A．降低 B。增加 C。无影响 D。以上都错

结晶会提高制品的许多重要性能，也会使（D）性能下降。A．密度 B。拉伸强度 C。刚度 D。透明

在加工过程中影响熔体的热稳定性及制品的耐化学试剂性和渗透性等的聚合物结构是 A A．聚合物分子中的单个原子与官能团 B。分子量 C。分子柔性 D。分子间键合 在中空吹塑成型过程中，可确定型坯成型难易程度的聚合物结构是 B A．分子柔性 B。分子量 C。结晶与取向 D。分子间键合 不管是哪类添加剂，在选用时应注意 ABCD A．相容性 B。协同性 C。功能性 D。经济性 外润滑剂加入分子中是为了 ABD A．降低塑化熔料温度 B。减少熔料与设备表面的摩擦力 C．减少熔料间的摩擦 D。阻止熔料粘在设备金属表面上 在吹塑制品过程中，若型坯的壁厚膨胀太大会造成 D A．过多的飞边 B。制品上出现褶皱 C。制品壁会太薄 D。原料的浪费 在挤出成型中会产生熔体破裂现象的因素有 D A．挤出速率 B。熔体温度 C。机头结构 D。以上都是 通过（）可消除挤出过程中出现的熔体破裂现象。AD A．提高机头温度 B。降低机头温度 C。提高挤出速度 D。降低挤出速度 在中空吹塑成型制品中，影响制品收缩率的因素有 ABCD A．塑料的种类 B。型坯的熔体温度 C。制品的壁厚 D。模具的温度 吹塑容器的底部为（），可以很好的补偿收缩率。

A．凹形 B。凸形 C。平形 D。以上三种均可

第四篇：聚合物成型原理与技术课程论文

聚氨酯基磁流变弹性体复合材料的制备与表

征

张攀

(复合新技术国家重点实验室，材研1201 班，学号1049721200287)

摘要：本文针对磁流变液中羰基铁粒子容易发生氧化，分散稳定性差的应用瓶颈技术难题，利用聚醚型聚氨酯为基体，将与聚乙二醇具有良好相容性的复合磁性粒子作磁性粒子均匀分散在基体中，制备较高磁流变效应，高稳定性及抗老化性的磁流变弹性体。通过高倍光学显微镜对其粒子表面化学改性对磁流变效应的影响进行研究，不同磁场强度下对剪切模量与磁场的关系进行的测试研究，以及湿热老化实验对抗老化性能研究。结果表明复合粒子制备的磁流变弹性体具有更大的磁流变效应，用复合粒子制备的样品比碳基铁粉制备的样品抗老化性能更好。

关键词：磁流变弹性体；复合磁性粒子；磁流变效应；抗老化性能

中图分类号： 文献标识码：A

文章编号：1671-4431(2012)11-1111-11

Preparation and Characterization of Polyurethane-Based Magnetorheological Elastomer Composites

Pan Zhang(State Key Laboratory of Advanced Technology for Materials Synthesis and Processing,class 1201,Student ID

1049721200287)

Abstract: This article is about using the polyether type polyurethane as the base body to solve the application bottlenecks technical problems of magneto-rheological fluid, which is prone to oxidation and has poor dispersion stability.Making use of the composite magnetic particles that have a good compatibility with polyethylene glycol as the magnetic particles to disperse homogeneous and obtain higher magnetorheological effect, high stability and aging resistance magnetorheological elastomer.The products were characterized by means of the high-power optical microscope to study the relationship between surface modification of the particles and the MR effect, The link between shear modulus and magnetic field was characterized in different magnetic field strength, as well as the ageing resistance was characterized by the hot and humid aging test.The results demonstrate that the use of composite particles to prepare magnetorheological elastomer has larger magnetorheological effect, and the samples prepared by composite particles have better anti-aging properties than the carbon-based iron powder samples.Keywords: magnetorheological elastomer;composite magnetic particles;magnetorheological effect;anti-aging properties

磁流变弹性体出现的较晚，是磁流变材料家族的新成员。当初由于磁流变液自身材料存在颗粒易沉降、稳定性差和颗粒磨损等问题，研究人员采用向磁流变液中添加各种稳定剂等添加成分的方法来这些问题，后来使用海绵材料来吸附磁流变液，最终发展出使用橡胶等高分子材料作为固态基体来取代磁流变液的油基或水基的液态基体，才制备出了磁流变弹性体材料。本文针对磁流变液长期物理化学稳定性以及易沉降等问题，研究一种新型磁控智能材料—磁流变弹性体。它是将复合磁性粒子分散于聚醚型聚氨酯弹性体中形成特定结构后固化制备而成的。由于颗粒固定在基体中，因而不存在颗粒沉降问题。而且在很宽的磁场范围内，其机械和流变性质能够迅速、灵敏的变化。最后对其磁流变效应和抗老化性能进行研究和分析。磁流变弹性体的研究

1.1 磁流变弹性体介绍

磁流变弹性体是磁流变材料家族的新秀。为了解决磁流变液的易沉降、稳定性差和颗粒易磨损等缺点，人们添加各种稳定剂等添加成分直到使用海绵材料来吸附磁流变液。最终发展到使用高分子聚合物(如橡胶等)来取代磁流变液的油基或水基的液态基体。磁流变磁流变弹性体弹性体兼有磁流变液、磁性橡胶和弹性体的优点，又克服了磁流变液易沉降、稳定性差、颗粒易磨损等缺点，故在动力系统的半主动隔振器、噪声控制、抗冲击以及电磁传感器等多个研究领域具有广阔的应用前景。近年来，磁流变弹性体的制备、机理和应用受到越来越多的重视，成为磁流变材料研究的一个热点。针对磁流变液长期物理化学稳定性以及易沉降等问题，一种新型磁控智能材料一磁流变弹性体应用而生。聚醚型聚氨酯弹性体是一种既具有塑料高硬度，又具有橡胶高弹性的高分子合成材料。

对于磁流变弹性体，由于铁磁性颗粒是固化在弹性体基体里，其移动受到了限制，在加磁场前后不会发生相变现象。它工作在材料的屈服强度之前，通过用磁场改变材料的模量和阻尼来实现智能控制。磁流变弹性体的绝对磁流变效应和相对磁流变效应一般是指其模量随磁场的变化的绝对值或相对值。磁流变弹性体的具有磁场可控的力学性能，它对磁场的响应可逆、迅速(在毫秒级)。磁流变弹性体的绝对和相对磁流变效应一般是指其(剪切或压缩)模量随磁场变化的绝对值或相对值。

磁流变弹性可分为两类:一种是定向的磁流变弹性体，另一种是各向同性的磁流变弹性体。定向的磁流变弹性体中粒子沿预加外场方向排列形成链状或柱状结构，在基体硫化后他们被固定在其位置上。各向同性磁流变弹性体中粒子均匀分布，可认为是各向同性的。1.2 磁流变弹性体的制备

作为一种新兴的智能材料，所报道的磁流变弹性体的制备方法有很多种，总结磁流变弹性体的制备方法，按材料加工时的基本状态划分，可将制备工艺分为两大类:机械共混法和液态混合法。

机械共混法，是指现在普遍采用的工业橡胶标准制备工艺，其主要原料是天然橡胶和各种合成橡胶，采用塑炼、混炼、压延和硫化等工序生产出弹性体成品。在混炼过程中加入铁磁性颗粒，并在硫化过程中施加外部磁场形成有序结构。另一方面是使用热塑性橡胶，在热塑状态下加入铁磁性颗粒，在磁场下冷却固化。

液态混合法是采用液体状态的橡胶基体和铁磁性颗粒混合后，形成流体混合物，可以在磁场下硫化，形成有序结构;上述两种方式是现在制备磁流变弹性体的主要方式。1.3 磁流变弹性体的组成

磁流变弹性体主要由基体材料和分散其中的磁性粒子组成。基体材料的选择除流变学性质的要求外，磁导率也要尽可能低。据报道，目前已有多种材料被用作基体材料，有硅橡胶，聚乙烯醇，白明胶，硬质天然和合成橡胶和聚氨酯橡胶。磁性粒子选择的标准与磁流变液相似，要求颗粒具有高导磁率，低剩磁和高饱和磁化强度。常用的磁性颗粒主要是球形的羰基铁粉，尺寸在微米到纳米级的。另外也使用较大尺寸的不规则纯铁粉。

磁性粒子对磁流变弹性体性能的影响磁性粒子的尺寸及种类对磁流变弹性体的性能都有较大的影响。在外加磁场下，磁流变弹性体中掺杂的磁性粒子间相互吸引作用引起磁流变弹性体模量的变化，由此获得磁流变效应。为了得到高磁流变效应的磁流变弹性体，磁性粒子必需具有高磁导率，低剩磁和高饱和强度。常用的磁性粒子是球形的碳基铁粉，具有高磁导率和低剩磁及高饱和磁化强度，其饱和磁化强度Ms=2.0T。高磁导率和高饱和磁化强度的粒子间吸引作用强，因而带来高磁流变效应。高剩磁粒子在磁场撤去后，相互间仍具有很强的作用力，在宏观上表现为具有较高的剪切模量，导致磁流变弹性体的有效作用区间降低，且会降低磁流变弹性体的使用寿命。使用尺寸较大的粒子能获得稳定和高度磁化的材料，而且粒子的团聚是可逆的。纳米级粒子容易团聚且一旦团聚后不能再次分离。为了获得显著的磁流变效应，粒子应足够大以便支持足够多磁畴。1.4 磁流变弹性体的应用

自从磁流变液问世以来，其独特的磁流变效应在许多领域得到应用，如汽车工业，抗震和吸振器。这些应用已逐渐工业化和商业化。美国Lord公司专业研究，生产和销售磁流变液以及一系列基于磁流变液的应用装置，如刹车，离合器和阻尼器。但是磁流变液同时存在许多缺陷，阻碍它的应用，如沉降，环境污染和密封问题。磁流变弹性体是磁流变液的固态类似物，它的磁流变效应表现在磁控剪切模量上，利用这种独特的性质，弹形体有希望在减振器，硬度可调防震垫，汽车悬架和可变阻抗面。但这些应用还处于探索阶段。

（1）汽车减震一可变刚度的轴衬：美国福特汽车公司的Waston首先在应用上做了开创性的工作，己申请了使用磁流变弹性体的汽车悬架套筒专利。该套筒用于车轮轴控制臂与汽车车身武汉理工大学硕十学位论文的连接。该套筒刚度的调节是基于汽车驱动系的状态，以降低悬架变形并改善乘坐舒适性。实验发现，该套筒在轴向和径向都具有刚度、阻尼和力的可控特性，且能迅速对磁场做出响应。在正弦激振、频率为0.5-20Hz、振幅峰2峰值为0.06-1.0mm等实验条件下，刚度和阻尼随着控制电流增大而增加，且大致成线性关系;最大电流(5A)时刚度和阻尼比零电流时增加了25%。当输入阶跃电流时，套筒建立稳定输出力的响应时间约为9.5ms。Ginder等利用磁流变弹性体的力学性能可由磁场控制，设计出了能在轴向和径向实现不同的刚度控制的磁流变弹性体轴衬。

（2）可调频式吸振器：磁流变弹性体调频动力吸振起原理与结构示意图如图1-4所示。图中1为动力吸振器的振子，2为磁流变弹性体，3为导磁骨架，4为励磁线圈。整个导磁骨架构成一个C型回路，骨架由工业纯铁制成;线圈与电流可控的直流电源相接，产生的磁场通过导磁骨架垂直穿过磁流变弹性体;磁流变弹性体作为吸振器的弹性元件，位于C型缺口与吸振器的振子之间，与骨架和振子固接。

图1-4磁流变弹性体调频动力吸振器原理

中国科技大学的邓华夏、龚兴龙等人设计了一种磁流变弹性体移频式吸振器及其控制方法。该发明吸震效果好，消耗能量少，减振频率宽，质量和体积较小，结构简单，控制方法容易。孙红灵、龚兴龙等人设计了一种磁流变弹性体主动吸收系统及控制方法。

九江学院的游世辉等人设计了一种磁流变弹性体橡胶空气弹簧。弹簧由磁流变弹性体及其上下连接的上支板和下支板和控制系统组成，控制系统包括气压调节系统和实时刚度调节系统。解决了橡胶空气弹簧能自动实时调节变化高度和刚度的问题，提高汽车的减震性能，改善乘坐舒适性和操纵平稳性。可广泛应用于各种机动车的悬架减振系统。

（3）主动减噪系统：Mehdi Farshad将硅橡胶为基体的磁流变弹性体用于窗口、墙、屋顶的主动减噪系统。其基本原理为:通过电磁机理，使装有MR的盘子发生振动从而抵消噪声源产生的振动。具有主动减噪功能的窗口由主动和被动两部分组成，被动窗口的功能隔热和被动隔音，其中的橡胶部分主要是起密封作用。而主动窗口中的磁流变弹性体除了起到密封作用还起到磁致伸缩作用。其中电磁铁用来作用于磁流变弹性体以产生磁弹波或振动。主动窗口的行为可以通过传感器，反馈系统，控制系统来调节。

实验结果表明很小的电脑输入就可以产生200Hz以下的机械振动。这一系统在智能墙，屋顶，房间及其它开口处的减噪方面将发挥重要的作用。

（4）磁流变弹性体同时被应用于一些军方项目上，例如美国军方正在研究将磁流变弹性体用于导弹攻击核潜艇水下发射时的抗冲击性能。潜艇在水下进行导弹潜射时，发射舱需要经受来自导弹和水流共同作用的冲击载荷，而且不同的型号的导弹由于其尺寸和重量的差异对舱体的冲击也各不相同。导弹发射舱内所用的传统的抗冲击材料只在应付固定型号导弹时才有效，而磁流变弹性体可以通过磁场改变刚度，使之可以适用于不同型号的导弹发射所产生的冲击，如图 1.6 所示为导弹潜射示意图。

图 1.6 俄亥俄级导弹攻击核潜艇

1.5 磁流变弹性体研究中存在的问题

从磁流变弹性体产生至今，对其材料研究已经取得了很大的成就，但在磁流变弹性体的材料选择、制备方法、性能评估和工程应用等领域内还有很多问题值得深入研究和探讨。首先是磁流变弹性体在制备过程中的各种目标性能之间存在矛盾。因为磁流变弹性体的性能很大程度上取决于基体材料的选取，如果想要制备高磁流变效应的材料，就要选择较软的高分子聚合物基体，此时制备出的磁流变弹性体其机械性能必然不佳，从而限制了材料的应用。相反，若想得到具有较强机械性能的磁流变弹性体，就要选择硬度较高的材料(例如天然橡胶、顺丁橡胶以及聚氨酯等)作为基体，此时制备出的材料在满足较高机械性能的同时却不能达到较高的磁流变效应，同样限制了材料的应用范围。因此，想要制备出同时具备高磁流变效应和高机械性能的磁流变弹性体，就需要为其选择更为合适的基体材料，并采用更先进的制备方法。其次，对磁流变弹性体内部磁性颗粒分布规律与材料性能之间的关系没有比较深入地研究。磁流变弹性体性能是外场可控的，这一特性是因其内部磁性颗粒有序结构的存在引起的，这种磁致变化特性与材料所用的基体无关。所以要想从理论上指导磁流变弹性体的制备，就必须了解磁性颗粒的分布规律和磁流变弹性体性能之间的关系。因为磁流变弹性体和磁流变液的流变性能具有一定的相似性，所以较为简单的方法就是将应用于磁流变液的力学模型加以修正后推广到磁流变弹性体的性能分析。但因为磁流变弹性体和磁流变液所用的基体性能差别太大，所以在建模时需要特别考虑基体对磁性颗粒运动规律的影响，以及基体与颗粒间的相互作用。磁流变弹性体性能表征方法

2.1 粒子表面化学改性对磁流变效应的影响

图4-3磁流变弹性体的高倍光学显微镜图像，复合粒子(a)和羰基铁粉(b)为改善金属铁粒子与基体的相容性，并尽可能减少其在固化过程中引起的不均匀分布，我们用第三章制备的PED3A@Fe复合粒子作为磁性粒子，制备磁流变弹性体。图4-3是样品B1(a)和样品A1(b)的形貌，用高倍光学显微镜观察得到。由图可见，由羰基铁粉制备的磁流变弹性体B1的微观结构中，含有不少几十微米左右的空隙，这可能是由于粒子与硅橡胶基体之间相容性不好，使铁粒子容易脱落后留下的空穴。而由复合粒子制备的样品A1，如图a所示，空隙较少，粒子分散比较均匀。这说明使用复合粒子能够改善磁流变弹性体中磁性粒子与基体间的相容性。可能是因为复合粒子表面接枝的聚醚基团与聚氨酯基体存在相互作用力(化学键力或范德力)，使得基体能完全润湿复合粒子。

图4-4不同磁场强度下的磁流变弹性体剪切模量与频率的关系，磁场强度:0T和0.6T;(空心点为复合粒子样品

B1(a，b)，实心点为羰基铁粉样品A1(c，d))图4-4为相应的磁流变弹性体A1(c，d)和B1(a，b)的剪切模量与磁场的关系，A1中的磁性粒子是碳基铁粉，表面未经处理;样品B1中掺杂的磁性粒子是PED3A@Fe复合粒子。从图中数据可以看出，样品A1在无外加磁场时的剪切模量(e)比样品B1(a)高出0.02MPa左右;施加0.6T的外加磁场时，样品的B1剪切模量比样品A1高0.08MPa左右。从数值上看，B1的绝对磁流变效应是A1的4倍。显然，磁性粒子的表面改性有利于提高磁流变弹性体的磁流变效应。其机理可能是复合粒子表面包覆的PED3A中伸展在粒子表面的聚醚基团与聚醚型聚氨酷基体中的软链段的分子相同，由分子相似相容的原理可知，两者间存在范德华力的作用，这种作用力不仅改善了粒子与基体的相容性，同时还起到润滑剂的作用。当对磁流变弹性体施加定向的磁场时，从微观上看基体中的磁性粒子需要沿磁场方向排列，‘润滑剂’的存在使的复合粒子比拨基铁粉易于沿磁场方向移动，因此磁流变效应相对较高。另外一方面，由于碳基铁粉与基体间的相容性不好，两者间存在间隙，在施加磁场时会使磁能损失，减弱其磁流变效应。2.2 抗老化性能研究

湿热老化试验是一种人工模拟环境试验。它是用湿热试验设备产生一定的湿热环境条件模拟产品在储存、运输和使用中可能遇到的湿热环境条件，以考核产品的湿热环境适应性。人工加速湿热老化试验一般有两种方法:一种是采用恒温恒湿试验方法:一种是采用交变温湿度循环方法试验。将A1、B1两种样品放于表面皿中，敞口置于电热恒温水槽中，水槽升温至80℃，恒温加热72h后测试样品的储能模量G’及损耗因子tanδ。其中G’反映材料变形时能量储存的大小即回弹能力，tanδ反映材料变形时损耗能量的能力。具体数值如图4-9所示

图4-9磁流变弹性体老化前后的储能模量与剪切频率的关系

A1老化前(b)及老化后(d)和(a)B1老化前及老化后(c)

图4-10磁流变弹性体损耗角与剪切模量的关系 A1老化前(b)及老化后(d)和B1老化前(a)及老化后(c)从图4-9可以看出，磁流变弹性体样品A1和B1经过加速老化试验后，储能模量G尹都发生了很大的变化。A1的储能模量G’从3.8MPa下降到2.3MPa，下降了1.5MPa左右。B1的储能模量G’从3.5MPa下降到2.4MPa，下降了1.1MPa。这说明经过老化试验后，A1和B1的性能都受到严重破坏。从数值上比较，A1比B1下降的要多0.4MPa。这说明B1比A1的抗老化性能有一定的提高。聚合物基体中掺杂铁粒子会严重削弱其抗老化性，主要原因是铁粒子对氢过氧化合物很强的催化效应，加速基体的氧化，同时掺杂铁粒子会带入大量的氧气存在于粒子与基体的间隙中，也会使基体氧化。要提高磁流变弹性体的抗氧化能力需要从两方面手:一是使铁粒子表面不与空气接触，消除其催化效应;二是去除粒子与基体的间隙。样品B使用复合粒子作磁性粒子，同时解决这两个问题，复合粒子表面的包覆层起到了隔绝空气的作用，而表面接枝的聚醚基团与基体中软链段相互吸引，使粒子与基体紧密接触。因此样品B比样品A的抗氧化能力强。图4-10中列出的样品老化前后的损耗因子的变化，也证实使用复合粒子的样品B1比使用拨基铁粉的样品A1的抗氧化能力。从图中可以看出，A1和B1老化后，tanδ都变大。因为在湿热环境下，聚合物基体迅速氧化，同时水分子渗透进入基体中，使基体发生溶胀，溶胀使基体大分子结构间距增大，刚性基团的活性增加，因而使基体增塑，水分子向基体内部的扩散使内部产生裂纹、微小裂缝或其他类型的变化，水分子助长裂纹的扩散，使基体破裂，导致断链。聚合物基体分子链的断裂导致其在动态应变下的内摩擦变强，内耗变大因此损耗因子变大。样品A1比B1的相对变化值要大，是因为B1减弱了铁粒子对基体的加速氧化作用。因此使用PED3A@Fe复合粒子制备磁流变弹性体在一定程度上提高了整体的抗氧化能力。结论与展望

3.1 结论

（1）用高倍光学显微镜观察发现使用复合粒子能够改善磁流变弹性体中磁性粒子与基体间的相容性。得到磁性粒子分散良好的聚氨酯弹性体。

（2）在不同磁场强度下研究磁流变弹性体剪切模量与频率的关系实验中，用聚醚型聚氨酯为基体制备的磁流变弹性体与复合磁性粒子具有很好的相容性，提高了磁流变弹性体的磁流变效应。

（3）湿热老化试验表明聚合物基体中掺杂铁粒子会严重削弱其抗老化性，而使用复合磁性粒子制备的磁流变弹性体在一定程度上提高了整体的抗老化能力。3.2 展望

近年来关于如何提高磁流变弹性体性能以及磁流变弹性体材料性能分析的研究比较少。本文主要以实验方法，从基体材料选取以及制备方法改进的角度出发，研究如何制备高磁流变效应、高机械性能和高耐久性能的磁流变弹性体；通过实验对磁流变弹性体的疲劳和老化等耐久性能进行了研究和讨论；着重分析了磁流变弹性体在不同温度环境下的性能并给出相关的力学模型；利用磁流变液和磁流变胶的特性制备出分别含有磁流变液和磁流变胶的夹杂型磁流变弹性体。

参考文献

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第五篇：聚合物成型模具制造技术复习提纲

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聚合物成型模具制造技术复习提纲

考试时间：15周周一

1模具的分类？ 工艺基准的选择对于保证加工精度，尤其是按尺寸大小分为大型、中型、小型； 保证零件之间的位置精度至关重要： 按生产批量分为大量、成批和单件小批量；(1)基准重合原则(2)基准统一原则按精度要求分为高精度、中等精度和低精(3)基准对应原则(4)基准传递与转换原则 度； 5工艺过程分阶段的主要原因？ 按成批零件成型方法分为：冲模、塑料模、1)保证加工质量 2)合理使用设备，发挥设备压铸模、锻模、粉末冶金模、陶瓷模、橡胶模、玻璃模、铸造模。其中塑料模又分为：压制成型模、注射模、挤出模、吹塑模、真空模等。2模具制造的基本要求及特点？ 要求：1)制造精度高2)使用寿命长 3)制造周期短4)模具成本低 特点：(1)制造质量要求高(2)形状复杂(3)材料硬度高(4)单件生产 3模具加工方法？ ①模具的去除法加工:(1)机械加工(2)电加工：1电火花线切割2型腔电火花加工3电解加工(3)化学腐蚀加工(4)特种加工：1机械特种加工，包括磨料流动加工、喷射加工、液力加工、超声波加工、喷水加工等；2热特种加工包括电子束加工、电火花磨削、激光、等离子束激光等方法 ②模具的成形加工法:(1)铸造法制模(2)塑性挤压法制模：1热压印法2冷挤压法3超塑性挤压法 ③模具的累加法加工:(1)喷涂(2)电镀(3)激光快速原型制造等加工工艺。1模具制造工艺过程： ①成型件、结构件的加工 ②标准件、通用件的配购 ③模具组装和总装 ④试模验收交货 2基准的概念？ 基准是用来确定生产对象上几何元素间的几何关系所依据的那些点、线、面。3工艺基准的分类？工序的定义？ 基准按其作用不同，可分为设计基准和工艺基准。(1)设计基准(2)工艺基准:工序基准、定位基准、测量基准、装配基准工件在一个工位上被加工或装配所连续完成所有工步的那一部分工艺过程。4工艺基准选择原则？的各自特点 3)便于安排热处理工序 4)毛坯中残存的缺陷如暗伤、裂痕、夹质和气孔、砂眼及加工余量不足等可在粗加工中提前发现及早处理减少损失。6加工阶段的划分？ 1)粗加工阶段 2)半精加工阶段3)精加工阶段 4)光整加工阶段1数控电火花加工的工作原理？ 电火花加工又称为放电加工，是利用工具电极和工件之间在一定工作介质中产生脉冲放电的电腐蚀作用而进行加工的一种方法，也称电蚀加工。2 EDM的特点？ 1)可以加工难切削材料。2)EDM可以加工形状复杂、工艺性差的零件。3)电极制造麻烦，加工效率低。4)存在电极损耗，影响质量的因素复杂，加工稳定性差。3 EDM中极性效应 极性效应的影响—正、负电极表面分别受到负电子和正离子的轰击和瞬时热源的作用，在两极表面所分配到的能量不一样，因而熔化、汽化抛出的电蚀量也就不一样。4型腔电火花加工的工艺方法 1)单电极平动法 2)多电极更换法 3)分解电极法 4)展成法即创成法 5)混粉电火花大面积光泽加工（面积效应）1快速成型工艺原理？ 在CAD造型系统中获得三维CAD模型，或通过测量仪器测取实体的形状尺寸，转化为CAD模型→再对模型数据进行处理，沿某一方向进行平面“分层”离散化，然后通过成形机对坯料分层成形加工，并堆积成原型 2光固化立体成形技术？ 1)，能制造尺寸精度可达±0.1mm的精细零

件。2)成型过程自动化程度高。3)表面质量好4)可直接制造塑料件，产品可为透明体。5)可制作结构十分复杂及面向熔模精密铸造的具有中空结构的消失型。3 叠层制造工艺？

叠层实体制造技术先将单面涂有热熔胶的胶纸带通过热辊加热加压，与先前已形成的实体粘结（层合）在一起，此时，位于其上方的激光器按照分层CAD模型所获得的数据，将一层纸切割成所制零件的内外轮廓，轮廓以外不需要的区域，则用激光切割成小方块（废料），该层切割完后，工作台下降一个纸厚的高度，新的一层纸再平铺在刚成形的面上，通过热压装置将它与下面已切割层粘合在一起，激光束再次切割。最后形成由许多小废料包围的三维原型零件，取出原型，将多余的废料块剔除，就可获得三维产品。

4选择性激光烧结技术？

选择性激光烧结技术（Selective Laser Sintering, SLS）采用CO2激光器对粉末材料（塑料粉、陶瓷与粘结剂的混合粉、金属与粘结剂的混合粉等）进行选择性烧结，是一种由离散点一层层堆积成三维实体的方法。

5熔丝沉积成形工艺？

熔融沉积成形(Fused Deposition Modeling, FDM)是一种不依靠激光作为成形能源，而将各种丝材加热熔化的成形方法。6硅橡胶模的特点？制模工艺？

特点：以原型为样件，采用硫化的有机硅橡胶浇注，直接制造硅橡胶模具，由于硅橡胶具有良好的柔性和弹性，对于结构复杂、花纹精细、无拔模斜度的甚至有倒拔模斜度、以及具有深凹槽的零件来说，制品成形后顺利脱模。另外，硅橡胶模具有良好的仿真性、强度和极低的收缩率，能经受重复使用和粗劣操作。

工艺：①制造原型，对其表面进行处理；②在成形机中固定放置原型，模框，在原型表面涂脱模剂；③将硅橡胶混合体放置在抽真空装置中，抽去其中的气泡，浇注进模框；④在硅橡胶固化后，沿分型面切开硅橡胶，取出原型，即得硅橡胶模具。7电弧喷涂快速制模工艺？

将两根带电的制模专用金属丝通过导管不

断向前输送，金属丝在喷枪前相交形成电弧，金属丝经电弧熔化，在压缩空气作用下，将熔化的金属雾化成金属微粒，并以一定速度喷到样模表面，一层一层地相互叠加堆积而形成高密度、高结合强度的金属喷涂层，即模具型腔的壳体（或实体）。这层壳体的内壁形状与样模表面一致，从而形成了所需的模具型腔。壳体与其他基体材料填充加固，结合成一整体，再配以其他部件，即组成一副完整的模具。8电铸模具原理与特点？

原理：与电镀相同，在母模表面通过电铸获得适当厚度的金属沉积层，然后将这层金属沉积层从母模上分离下来，形成所需型腔或形面的加工方法。材料有电铸镍、电铸铜、电铸铁三种。

特点：1)电铸型腔与母模的尺寸误差小（复制性好），只有几微米，表面粗糙度二者相当；2)把难以加工或不可能直接加工的内形（如斜齿轮模具型腔）转化为电铸母模的外形加工，降低了加工难度；3)可直接用制品作母模来制造型腔，也可用电铸方法复制出已有的模具型腔，减少了很多工艺环节，提高了效率；4)电铸获得的型腔或电极可满足使用性能，一般不需修整；5)电铸时减少沉积速度缓慢，周期长，电铸镍一般一周；6)电铸层厚度较薄（一般为4~8mm），不易均匀，较大内应力，大型电铸件的变形显著，且不能承受大的冲击载荷。9环氧树脂模具？

结构与普通注射模相同，只是型腔部位采用环氧树脂，寿命约4000~5000次，因为其本身承受不了注射中的反复开合模和注射压力的冲击，必须有金属框架作为背衬。高速加工定义？

定义：高速加工主要指高速切削加工，是使用超硬材料刀具，在高转速、高进给速度下提高加工速度和加工质量的现代加工技术。2超声加工的特点？在模具制造中的应用？ 特点：1)适于加工硬脆材料，但加工效率低。

2)机床结构比较简单，工具可用较软的材料，易加工成复杂的形状，工具与工件之间不需要作比较复杂的运动。

3)可用加工薄壁、窄缝、低刚度工件；表面粗糙度较好。

应用：1)超声型孔、型腔等加工 也可用于切割加工；2)超声抛光 3)超声清洗

3激光加工的特点？在模具制造中的应用？ 特点：

1)不需要加工工具，很适于自动化连续加工，2)能量密度大，几乎可加工任何材料3)加工速度快、效率高，热影响区域小4)适于加工深而小的空隙和窄缝5)可用透过光学透明材料对工件加工，特别适于有特殊环境要求的工件6)不需要真空和X射线进行防护

应用：1)LOM2)RT3)表面强化与修复（见后面章节）4)其他如激光涂覆、激光堆焊、切割、打孔、标记等注射模具成型尺寸的制造公差要求？ 一般模具是制品尺寸公差的1/3~1/5，高精度模具是制品尺寸公差的1/8~1/10 2 试模过程？

料筒清理→注射量计量→工艺参数调整→试模数据的记录注射模成型件、结构间之间的配合公差要求？

1)紧固部分的配合精度一般选用H7/k6或H7/m6；2)滑动部分的配合精度一般选H7/e6或H7/f7或H7/g6三种

4注射模具成型零件可用哪些加工方法进行加工？

①普通机床：车、铣、刨、磨、钻、镗等②专用机床加工：各种数控机床加工、仿形机床加工等③电火花、线切割加工④快速成形技术加工⑤超声波、电解成型、化学加工、激光、高压水射流等特种加工。5 注射模具的装配方法有哪些？

1)互换装配法2)分组装配法3)调整法4)修配法注射模具装配基准的选择？ 1)以型腔、型芯为装配基准，称为第一基准。2)以模具动、定模板（A、B板）两个互相垂直的侧面为基准称为第二基准。7 注射模具试模目的？

目的：1)验证模具结构是否正确、可靠2)使用性能是否良好、稳定3)所成型制品是否合格4)连续生产一千件的废品率5)给制品的正式生产找出最佳工艺参数 1 塑料模具材料包括哪些？

模具材料包括钢、铸铁、硬质合金、有色金属等金属材料，以及陶瓷、石膏、环氧树脂、木材等非金属材料。其中，金属材料由于具有力学性能方面的优势而占据主导地位，而钢为最主要材料。

2模具材料的基本性能要求？

(1)使用性能—材料在工作条件下表现出来的性能：1)机械负荷方面 硬度、强度、韧性2)热负荷 高温强度、耐热疲劳性、热稳定性3)表面负荷 耐磨性、抗氧化性、耐蚀性

(2)工艺性能—采用某种工艺方法加工金属材料的难易程度：1)铸造性能2)锻造性能3)焊接性能4)切削加工性能5)化学蚀刻性能6)热处理性能

3模具的热处理的分类？

金属材料的热处理可分为：普通热处理、表面热处理、特殊热处理。

4表面处理技术包括哪几方面？

电镀与化学镀技术（电化学加工技术）2）激光表面处理技术3）气相沉积技术4）TD处理技术5）离子注入技术6）电子束加工7）等离子体加工 1模具的验收项目

1)模具的外观检查2)模具的尺寸检查3)试模后的制品检查4)模具稳定性检查5)模具材料和热处理检查6)模具动作的检查