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1、第二章,高分子材料加工中的热行为,概述,热形为对高分子材料加工过程的影响 1.对加工过程的影响 加热熔融塑化过程的影响 2.对产品性能的影响 冷却过程对产品形状、尺寸、应力的影响,第一节 高分子材料的热物理特性,一、热膨胀 1.胀缩性 温度的升降而使材料体积发生膨缩的现象 2.线膨胀系数 温度改变1时材料长度的变化和它在原温度时长度的比值 3.体胀系数 温度改变1时材料体积的变化和它在原温度时体积的比值,第一节 高分子材料的热物理特性,一、热膨胀 4.高分子材料的热膨胀与制品性能 作为结构材料使用时应该考虑材料的胀缩 高分子材料的热胀冷缩与高分子材料的自由体积及分子链段的柔顺性有关 可以通过玻
2、璃纤维增强或者添加填料的方法来减小材料的热膨胀,第一节 高分子材料的热物理特性,二、热容 1.热容 材料的温度提高1所需的能量，单位为J/（或J/K）。 2.比热容 将单位质量材料的温度提高1所需的能量，单位为J/（kg）。比热容可表示为比定压热容Cp或比定容热容Cv,第二节 高分子材料加工中的热传导,一、传热基本概念 1.传热的基本方式 热量由高温物体或者物体的高温部分传给低温物体或者物体的低温部分。 传导：通过分子或原子的不规则热振动 对流：通过质点的位移和混合 自然对流；强制对流 辐射：通过电磁波的发射和吸收,第二节 高分子材料加工中的热传导,一、传热基本概念 2.高分子材料加工中的传热
3、特性 普遍存在于材料加工中的加热和冷却过程 高分子材料传热速度普遍较慢 例1：热量不易散发导致高分子材料的降解 例2：传热慢且不均导致产品的变形及内应力 例3：设备升温过程的时间要求和不均匀现象 材料加工中由于剪切产生的热量也不可忽视,第二节 高分子材料加工中的热传导,二、高分子材料加工中的热传导 1.傅立叶定律 Q=A（Tw1- Tw2）/ Q单位时间内通过平壁的导热量，即导热速率，W； T平壁两侧表面的温差，； A垂直于导热方向的截面积，m2； 平壁的厚度，m； 高分子材料导热系数，W/m。,第二节 高分子材料加工中的热传导,二、高分子材料加工中的热传导 2.导热系数 （w1-Tw2）A/
4、 导热系数在数值上等于一个厚度为1m、表面积为1m2的平壁两侧维持1温度差时，每单位时间通过该平壁的热量 热系数是物质的一种物理性质，它表示物质导热能力的大小,各种物质导热系数的比较,1.金属的导热系数最大，非金属的固体次之且其导热系数随温度的升高而增大； 2.液体的导热系数一般远较固体的为小（绝热材料除外），液体的导热系数随温度的升高而减小； 3.气体的导热系数较液体小，气体在大气压下的导热系数随温度的升高而增大， 4.压强变化不大时，气体的导热系数与压强无关、除非气体的压强过高大于2000atm（大气压）或过低（小于20mmHg） 时。,热塑性塑料的热传导系数,1.热塑性塑料热导系数偏低，
5、影响加工过程 2.塑料材料的物态转变时，导热系数发生变化 3.塑料材料的导热系数随温度升高而增大 4.塑料材料的导热系数随压力升高而增大,第二节 高分子材料加工中的热传导,三、热扩散系数（导温系数） 决定高分子材料在温度场中温度变化情况 =/（ Cp） 热扩散系数,10-2cm2s； 导热系数，Wm； 密度，gcm3； Cp定压比热，J/（g.）。,热扩散系数,1.物理意义 描述高分子材料在温度场中温度变化速率 2.热扩散系数的影响因素 随温度的升高热导率增加，则热扩散系数也增加（和液体相反）； 随温度的升高密度下降，热扩散系数上升； 高分子材料的比热容随温度的变化趋热较复杂，则其对热扩散系数
6、的影响也较复杂。,第三节 高分子材料加工过程中的生成热,加工过程中生成热的来源 1.高混机中的物料、设备内壁间的磨擦 2.挤出、注射中的剪切 3.橡胶塑炼或混炼中的剪切、拉伸 4.交变应力作用于材料时内耗 5.加工过程中的化学反应，如发泡、交联等,第三节 高分子材料加工过程中的生成热,一、高分子熔体因摩擦而生成的热量 Q剪切摩擦的热流量，Jcm3s； J热功当量，9.610-2Jkgcm； 剪切速率，s-1； a表观粘度，kgscm2,摩擦生热在高分子材料加工中的应用,1.利用剪切生热升温来塑化高分子材料 2.利用剪切生热来降低熔体的黏度（注射） T熔体通过喷嘴时的温升值，K； P通过喷嘴时的
7、压力降，Nm2； 熔体密度，kgm3； Cp定压比热，J（kgK）。,第三节 高分子材料加工过程中的生成热,二、在周期应力作用下由内耗所引起的温升 1.外力作用频率和材料弹性的关系 高分子链段的松弛时间决定作用频率和材料弹性间的关系 随着外力作用频率的增加，原本弹性好的材料可能变得越来越缰硬 提高外力作用频率相当于降低材料的温度,第三节 高分子材料加工过程中的生成热,二、在周期应力作用下由内耗所引起的温升 2.周期应力带来的材料的温升,周期应力带来的材料的温升,W=00sin 0应力的最大振幅； 0应变的最大振幅； 相位差（又叫做损耗角）,温度对周期应力作用效果的影响,1.TTm或Tf 材料处于黏流态，内耗急剧增加,温度对周期应力作用效果的影响,第三节 高分子材料加工过程中的生成热,三、高分子材料在成型加工中的化学反应热 发泡 交联 硫化 接技,
