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模流分析模拟题一、填充题1．液体的流动和变形受到的应力有剪切、拉伸和压缩三种应力。2．流体在平直管内受剪切应力而引发的流动形式有层流和湍流两种。3．流动的形式和雷诺数有关，Re2100~2300时均为层流，Re＝2300~4000时为过渡流，Re4000时为湍流。4．非牛顿流体流动，τ与γ不成比例，液体黏度不是一个常数。5．注射成型所用的剪切速率通常为.γ＝103～1015s，一般位于非牛顿的中等剪切速率的区域为非牛顿性质的区域。6．测定聚合物结晶度的常用方法有量热法、X射线衍射法、密度法、红外光谱法以及核磁共振法等。7．结晶度升高耐化学性、熔点也均有所提高，透明性下降。8．线型无定型聚合物在受热时常存在的三种物理状态为：玻璃态（结晶聚合物亦称结晶态）、高弹态、粘流态。9．在注塑成型过程中，聚合物需要加热由玻璃态受热转变为粘流态，成型后又需要冷却由粘流态转变为玻璃态，因此，聚合物的加热和冷却对塑件成型有着重要作用。10．提高剪切速率的方法可采用增大注射压力或减小浇口尺寸。11．对剪切速率不敏感的另一类塑料，如聚甲醛（POM）、聚碳酸酯（PC）和聚酰胺（PA）等都属于对剪切速率不敏感的聚合物，可调整对其粘度影响更大的其他工艺参数（温度、压力）来改变熔体的粘度。12．对于粘度对剪切速率敏感的一类聚合物，如聚苯乙烯（PS）、聚乙烯（PE）、聚丙烯（PP）和聚氯乙烯（PVC）等，可以通过调整剪切速率来改变熔体的粘度。13．实际生产中，压力和温度是共同作用的，增大压力和降低温度都可以使聚合物熔体粘度降低，提高流动性，改善充模能力。14．熔体表面发生明显的横向凹凸不平或外形畸变，随着剪切速率的增大，挤出的熔体越来越粗糙，甚至不能成流、断裂的现象称为熔体破裂。15．聚合物熔体流出流道或浇口时，熔体会发生体积膨胀，这种现象叫做离模膨胀效应。这实际上是一种由弹性回复而引起的失稳流动。16．熔体挤出物表而上形成很多与流动方向垂直的具有规则和相当间距的细微棱脊的现象称为鲨鱼皮症。17．聚合物在成型时容易产生内应力，成型后容易在塑件中形成残余应力，在不大的外力或在溶剂作用下容易发生开裂的现象称为应力开裂。18．在导管入口端与出口端出现的与聚合物流体弹性行为有紧密联系的现象称为端末效应，亦分别称为入口效应和出口效应。19．聚合物由熔融状态到冷凝的过程中，分子由无次序的自由运动状态逐渐排列成为正规模型倾向的一种现象称为结晶。20．结晶过程只能发生在玻璃化温度Tg以上和熔点Tm以下这个温度区间内。21．一般分子结构简单、对称性高或分子链节虽大，分子之间力也很大的聚合物，在它们从高温向低温转变时均可结晶。如聚乙烯、聚四氟乙烯、聚甲醛等。对于分子链刚性大，或带有庞大侧基的聚合物来说，一般很难结晶，如聚砜、聚苯乙烯等。22．成型过程中聚合物分子的取向程度不仅与塑料的类别、塑件的厚度有关，还与注射工艺条件及模具的浇口设计密切相关。23．一般情况下，黏度大(或相对分子质量高、相对分子质量分布窄)和非牛顿性强的聚合物熔体在流动过程容易产生较大的弹性变形，且松弛过程也比较缓慢，故离模膨胀效应严重。24．增大流道直径和流道的长径比，以及减小流道人口处的收敛角，都能减小熔体流动过程中的弹性变形，从而减轻离模膨胀效应。例如，流道的长径比一般取16左右，如果过小，有可能使离模膨胀比增大。25．对于聚合物流体来说，压力的增加相当于温度的降低。在温度和压力不变的情况下，流体的表观黏度，也就是熔体的流动性，会随着持续时间的逐渐的上升或下降，上升或下降到一定值后达到平衡不再变化。二、问答题1．什么是非牛顿流体？什么是假塑性流体？η与η2本质有何不同？答：凡流体以切变方式流动但其切应力与剪切速率之间呈非线性关系的均称为非牛顿流体凡是满足假塑性流体的流行为的指数函数的流体是假塑性流体。η是牛顿流体本身所固有的性质，其大小表征牛顿流体抵抗力引起流动变形的能力。η2表征的非牛顿流体（服从指数流动规律）在外力作用下抵抗变形的能力。2.描述假塑性流体的公式中，K、k．m、n的意义及关系?答：K-与聚合物和温度有关的常数，可反应了聚合物熔体的粘稠性，称为黏度系数；n-与聚合物和温度有关的常数，可反映聚合物熔体偏离牛顿性质的程度，称之为非牛顿性质的指数；m-与聚合物和温度有关的常数，可反应了聚合物熔体的流动性，称之为流动系数；n-与聚合物和温度有关的常数，称为流动指数。它们之间的关系如下：k=nK11,m=n1,3.何为聚合物流体流变性？聚合物流体流变行为的类型和特点？答：聚合物处于粘流状态(塑化状态)，因为在这种状态下聚合物不仅易于流动，而且易于变形，这种现象称之为聚合物流体流变性。聚合物流体流变行为的类型和特点液体的流动和变形受到的应力有剪切、拉伸和压缩三种应力。三种应力中，剪切应力对塑料的成型最为重要。聚合物流体根据其流动特点可以分为以下几类：1）牛顿流体：剪切应力与剪切速率呈直线关系，粘度依赖于流体的分子结构和其它外界条件，与剪切应力和剪切速率的变化无关。2）宾汉流体：这种流体与牛顿流体相同的是，其剪切应力和剪切速率的关系表现为直线，不同的是它的流动只有当剪切应力高至于一定值τy后才发生塑性流动。3）假塑性流体这种流体是非牛顿流体中最为普通的一种，它所表现的流动曲线是非直线的。流体的表观粘度随剪切应力的增加而降低。多数聚合物的熔体，也是塑料成型中处理最多的一类物料，以及所有聚合物在良溶剂中的溶液，其流动行为都具有假塑性流体的特征。4）膨胀性流体：这种流体的流动曲线也不是直线，与假塑性流体不同的是它的表观粘度会随剪切应力的增加而上升。属于这一类型的流体大多数是固体含量高的悬浮液。4.影响粘度的主要因素有哪些？答：1）温度对粘度的影响通过调节温度可以改变高分子的加工性，随着温度的升高使得聚合物大分子的热运动和分子间的距离增大，熔体粘度逐步降低。2）压力对粘度的影响对于聚合物熔体，由于其具有长链结构和分子链内旋转，熔体的可压缩性比普通流体大得多。尤其是聚合物成型时是在高压下，如注射成型时受压达35－300MPa，体积收缩较大，分子间作用力增大，聚合物熔体的粘度也随之增大，粘度与压力成正比关系。3）剪切速率对粘度的影响多数聚合物的熔体属于非牛顿型流体中的假塑性流体，粘度随剪切速率的增大而降低。5.影响结晶的主要因素有哪些？答：1）温度：聚合物的结晶条件、结晶度都取决于熔体温度和聚合物在熔融状态的停留时间。因此，注射成型时应采用较低的模温和较短的注射时间，以利提高结晶速率，从而提高塑件的某些力学性能。应根据聚合物结晶参数选择模温和冷却速度，使结晶度尽可能达到最接近平衡值，从而获得最佳塑件性能。2）压力和切应力：压力增大使聚合物能在高于正常情况下的熔化温度发生结晶，压力越高，结晶温度也越高。当熔体受很大切应力作用时可产生均匀的微晶结构。剪切造成的分子取向也可大大加速结晶过程。3）分子结构：聚合物分子结构越简单、越规整，则结晶越快，结晶程度越高，同一种聚合物的最大结晶速率随相对分于质量的增大而减小。4）添加剂：聚合物中的固体杂质、水分和添加助剂对聚合物的结晶过程将产生影响。在塑件生产中，常常主动采用具有促进结晶过程的添加物，使其起到异质生核的作用。结晶速度加快，晶粒尺寸变小，从而改善了塑件的性能。5）热处理（退火）：热处理能够使结晶聚合物的结晶度增加，比较不稳定结晶结构转变为稳定的结晶结构。6.何为聚合物取向？答：聚合物的大分子、细而长的纤维状填料分子在成型过程中由于受到应力作用而产生分子整齐、平行排列的现象，这种现象称之为分子取向。根据应力性质，取向结构分为流动取向和拉伸取向两种类型。流动取向是在剪切应力作用下沿着熔体流动方向形成的；拉伸取向是由拉应力引起的，取向方向与应力作用方向一致。7.流动取向对制品性能有何影响？答：取向作用对塑件的使用性能有很大影响，未取向的聚合物，机械性能各向是相同的。而取向后聚合物，机械性能呈现各向异性。塑件沿流动方向的抗拉强度高于垂直方向上的强度。例如在注射成型塑件中，沿流动方向的抗拉伸强度约为垂直方向上的1-3倍，而抗冲击强度则为1-10倍。聚合物的取向导致出现的各向异性对塑件使用性能是不利的，许多厚度较大的塑件，取向或取向程度的不均使塑件在某些方向上机械性能提高，而在另外一些方向上却降低了性能，有时还会发生翘曲甚至开裂，影响塑件的使用性能。8.掌握分析流动取向的方法（注意：聚向程度取决于剪切力大小、作用时间和解取向的程度）答：为了改善聚合物分子取向对塑件质量的影响，可在成型后进行解取向热处理，塑件中的分子链段得到足够的松弛，从而解除不稳定的取向单元；此外，还可适当提高摸具温度，以使取向分子依靠自身的热运动来消除取向。9.何为聚合物降解？答：聚合物分子在成型过程中可能会受到热和应力的作用或者聚合物中微量水分、酸、碱等杂质及空气中氧的作用导致其相对分子质量降低，大分子结构改变等化学变化。通常把聚合物相对分子质量降低的过程则称为聚合物的降解。10.发生热降解的塑料主要有哪些？如何有效防止热降解？答：容易发生热降解的聚合物有PVC、PVDC、POM等。1）严格控制原材料的技术指标，使用合格的原材料，避免因原料不纯对降解发生催化作用。2）成型前应对成型原料进行预热干燥处理，严格控制含水量不超过工艺要求和塑件性能要求的数值，特别是ABS、有机玻璃、尼龙、聚碳酸酯、聚酪、聚矾等吸湿性强的塑料，使用前通常应使水分含量降低到0.01％—0.05％。3）确定合理的工艺条件，针对各种聚合物对热和应力的敏感性的差异，合理选择成型温度、压力和时间，使各工艺条件达到最优匹配。尤其对那些热稳定性差、加工温度和分解温度接近的聚合物尤为重要。一般加工温度应低于聚合物的分解温度。4）设计模具和选用设备要求结构合理，尽量避免流道中存在死角及流道过长，改善加热与冷却装置的效率。5）对热、氧稳定性较差的聚合物或加工温度较高时加入热稳定剂、抗氧剂等，防止高温与氧接触，以加强聚合物对降解的抵抗能力，还应尽量减少高温停留的时间。11.何为聚合物的可模塑性？注射成型方法对聚合物的可模塑性要求是什么？答：是指在一定的温度和压力作用下聚合物在模具中模塑成型的能力。注射成型方法对聚合物的可模塑性要求是：能充满模具型腔获得制品所需尺寸精度，有一定的密实度，满足制品合格的使用性能等。12.试述注射成型的四个阶段对制品成型及性能的影响。答：1）冲模阶段：料温降至软化温度以后，制品中冻结的定向分子将使制品有各向异性，此制品在温度变化较大的使用过程中会出现裂纹，而且制品的热稳定性也差。高速冲模时，产生的摩擦热使塑料熔体的温度保持较高值，分子定向程度减少，制品熔接强度提高冲模过快是，在嵌件后部熔接不好使制品强度变劣。2）压实阶段：对提高制品密度，降低收缩率及克服表面缺陷有影响，由于塑料还在流动，温度又在不断下降，定向分子容易被冻结，这一阶段时间越长，分子定向程度越大。3）倒流阶段：使模腔内压力迅速下降，一直进行到浇口熔料冻结为止，因有塑料的流动，会增加多分子的定向。4）冻结后的冷却阶段：残余应力为正值时制品容易出现被刮伤或破裂，为负值时，制品表面易出现馅痕或内部有气泡，接近零时脱模较顺利，并能获得满意制品，冷却过急，制品产生内应力。整个过程冷却不均会导致收缩不均，制品将产生内应力，也可能出现因分子构象不均衡引起的内应力。