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1、第一章聚合物加工原理涉及至I材料的性质、加工工艺和机械设备之间的相互影响作用，必需了解、 认识并掌握它们之间的协调关系 八大应用领域：生命科学与生物技术、信息科学与工程、材料科学与工程、新型能源科 学、环境科学、海洋科学、宇航科学、安全科学聚合物加工的科学内涵：重要性（材料转化为产品的关键）、科学性（为提供理论依 据）、工程性（注重工程实际）、综合性（涉及多学科，形成一门科学与工程紧密结合的 学科） 聚合物的特殊性质：成型性好、比重小、耐腐蚀、耐磨损、电绝缘性好、保温性好、隔 音性好、容易染色、透明性好、防辐射、耐高温、变形小、弹性好、防蛀性好 聚合物加工两个显著特性：科学性（涉及多种方法）、
2、综合性或技术的集成性（依赖于多 门学科知识的有机结合）第二章聚合物的成型加工要求：使聚合物熔融或软化，呈现流动性与可塑性；赋予制品一定 形状；对某些聚合物，以某些单体或低分子化合物开始，按一定程序反应，制成所需材料 或制品，尤其是热固性塑料。通过加工操作利用原材料的物理或化学变化，达到对物料改 性的目的。主要成型方法：挤出注塑压延压缩模塑热成型加工新技术：气辅注射微孔发泡多层成型多相成型反应成型低压成型 主要成型设备：开放式炼胶机：开炼机用来制备塑炼胶、混炼胶、进行热炼、出型加工，它是使用最早的 塑炼方法。其加工塑炼胶料质量好，收缩小，但生产效率低，劳动强度大、有污染。适宜于 胶料变化多和耗胶
3、量少的工厂。密炼机：可进行塑炼、混炼（初炼、终炼）。与开炼机比，具有效率高、周期短、能力大、 污染小等优点。挤出机：在旋转着的螺杆轴向力作用下，通过位于口模端一特定形状的通道，获得该通道 所具有的截面形状，其成型连续、稳定。问题：制品不均匀，挤出不稳定，挤出有胀大，能量损耗。原因：均匀性熔体破裂（影响挤出速度稳定性）挤出物胀大特性能量耗散性 注射成型机：间歇周期成型,成型周期短，效率高，熔料模具磨损小，能成批量地成型形 状复杂，表面、图案与标记清晰，尺寸精度高的塑件。主要问题：模腔充不满过充（称为飞边）尺寸精度达不到各部分物料不均匀 成型后各部分收缩不均匀影响因素：流道截面及模腔截面形状、料筒
4、温度、注射压力及速度、保压时间、模具 温度、塑件厚度压延成型机：连续的薄膜及片材成型方法，加工能力大，生产速度快，产品质量稳定，但 设备庞大，投资高，宽度受压延辊长限制。主要问题：薄膜宽度及厚度的控制（难于控制），杂质的去除（不易去除）。 影响因素：压延成型辊数目、排列方式，成型辊的温度、速度、过滤装置。聚合物加工主要步骤：混合、混炼成型后加工按形态转变加工操作两个过程：成型准备阶段成型阶段聚合物加工机械发展的推动因素：社会需求相关学科知识交叉、渗透与融合主要设计思想：借用(金属成型方法中借用)转化(橡塑设备相互转化)发展第三章材料的三种性质：材料内在性质加工性质产品性质熔破纺丝成型T 注射成
5、型 - 薄膜吹塑-挤出成型 - 中陀吹删成犁一 压延成型 一 真空和压力厳型- 薄膜和纤维感拉伸一 薄脫利纤鲜冷拉忡一rt Titas TtsaWttOtSSWwESX 10可加工性：可挤压性可模塑性可延展性(可拉伸性) 流动机理：链段相继跃迁 滞后效应：形变迟于外力的现象称为“滞后效应”或“弹性滞后”。 挤出时胀大，注射时收缩 巴拉斯效应(挤出胀大)，措施：增加口模长度、提高口模温度 韦森堡效应(包轴现象)：开炼及压延过程中存在反流 熔融破裂：高弹形变占的比例大，超过粘流形变时，产生熔体破裂。 流动类型： (1)层流与紊流(2)稳流与非稳流(3)等温流与非等温流(4)一维流、二维流及三维流(
6、5)拉伸流、剪切流(6)拖曳流、压力流第四章牛顿流动：黏度不随剪切速率变化应变具有不可逆性质，即有纯粘性流体特点T 二耳二耳Ydr dt非牛顿流动：剪应力与剪切速率不成正比，粘度取决于剪切作用/ dv 丫 I dr丿 非牛顿性是粘性和弹性行为的综合，流动过程中包含着不可逆形变和可逆形变两种成分(dy n=K I dt丿影响聚合物流变行为(n)因素：1.聚合物熔体内的自由体积2.大分子长链之间的缠结具体影响：温度、压力、剪切速率、结构组成、添加剂 张量物理定义：一点处不同方向面上具有不同矢量值的物理量。 张量不变量：应力主轴在空间的取向和主应力的大小是坐标变换时的不变量。流变学基础方程： 连续性
7、方程：封闭系统内的质量是一定的。DE =空+v空+v空+v空Dt dt x dx y dy z dzD p； Dt也称为密度的随体导数，其意思是指密度随着流体质点一起运动所产生的变化率。等式右边第一项表示密度随时间的变化，称为局部导数，它是由流动场的不稳定性引起的 其它三项表示密度随空间位置的变化，称为迁移导数，它是由流动场的不均匀性引起的 动量守恒方程：系统的动量变化率等于该系统上的全部作用力。DvrP = -V p + V -T + p gDt左边第一项称为惯性力项，它反映单位时间、单位体积流体的动量的增量； 右边第一项是静压项，反映压力梯度对动量的影响； 右边第二项是粘性力项，反映应力变
8、化对动量的影响； 右边第三项是重力项（或重力分量）反映重力对动量的影响。 能量守恒方程p C DT = -Cv- q ）-T 空（V- V ）+C： V V ）v DtdT 丿p 等式左边第一项是内能项，它表示单位时间内某点的温度变化 右边第一项为热传导热流量，反映热传导引起的空间温度变化。 右边第二项为由于温度变化引起的压缩或膨胀作功 右边第三项为粘性耗散，表示粘性流体发热 流变状态方程牛顿流体：dv=曲yzT =耳ryz dy是剪切速率（也是速度梯度）非牛顿流体：Tyz=K f 竺I dy丿=k Q )yzK为稠度，它表示当切变速率为1时，流体所受的剪切应力; n 流动指数。第五章增压的目
9、的及途径：目的：定向流动提高传热效率使制品密实排气途径：设备结构聚合物熔体流变特性（粘度大）r 增压的分类:DVvrP= _VP + V + PgDVDtPDt称为惯性项，产生的压力称为惯性增压，如：离心浇注、冷压的热挤出。VP施加外力T产生压力（正机械位移），外（静）增压。如：注射过程的压力；全捏合异向回转双螺杆挤出机；齿轮泵挤出机。 T粘性动增压一拖曳流。如：单螺杆挤出机、压延、辊式混炼机vP g体积力增压如：压注模塑，没有流动或容器壁面不运动，与流体变形无关。是由于熔体流动变形产生的压力，属动增压法；与熔体流动（或变形）无关，属静增压。 平行平板流动（动粘增压）：利用平板的移动，通过粘性
10、流体的拖曳流动，实现增压作用 两种分析方法：简化为一维流动的近似方法、平面二维流动分析方法 Vx 和 Vz 看作是相互独立的、彼此无关联的两个流动速度假设其它条件同牛顿流体：层流等温、定常壁面无滑移非牛顿流体忽略重力 全展流牛顿流体在平行平板间的净流率等于拖曳流p与压力流d的线性叠加。q = q + qdpq q 一 qH 2 dPa = p = d -q q61V dzddba 称为截流比/ a= - 1 q= 0 断流-1 qd压力流与拖曳流同向 4=1 q-彳喚=2q&全徹开截流比a：代表挤出机的操作状态反映了压力梯度的大小7!KMWG=. 1a= =0亠亠q&3施q= 0九（0）二。心
11、二0g二纽纯施丸純移动械处无极值5.1-非牛顿流体与牛顿流体的区别：（1）对非牛顿流体,产量不能分解为独立的拖曳流和压力流（速度也是如此）产量，而牛顿流 体可以分解为拖曳流和压力流（2）在给定的拖曳速度下，产量是无因次压力梯度G和流变参数s、抖扩z、g0的函数。（ 3 ）牛顿流体产量最大。 非平行平板流动（动粘增压）： 机理：（1）流体动压润滑机理（2）螺槽入口与出口容积不同，产出压缩比应用：刀涂、辊涂、辊式混炼机、压延、双辊挤出、滑动轴承dP建立方程与平行平板之间的不同之处在于边界条件的不同。H = H * dzP= f（H 、H、LV、qh）列出二维雷诺方程，再简化为一维流动，结果：01b
12、压力的建立取决于：几何参数、物性参数，物料粘性参数 结论平行平板入口压力等于出口压力时, 没有增压； 非平行平板入口压力等于出口压力时, 有增压H*最大压力出现在=2 H .（1+ g ）o0dp/dz=0 处，Pmax6耳LVbH H *0第六章 挤出机主要功能：固体输送、熔体输送、熔融、混合、压缩物料、排气过程：1. 加料（筒外固体输送）塑料：物料多为粉状或粒状，容易形成架桥，主要考虑物料的内摩擦，设计料斗的锥角。 橡胶：物料多为条状或片状，容易形成打滑、饥饿喂料或返胶，主要考虑物料的粘性作用， 及喂料口的结构形式2. 输送（筒内固体输送） fb f f温度、粗糙度、物料性质b，s 物料间
13、的摩擦系数 f 相对速度 螺杆重要几何参数3. 螺杆的压缩及设计考虑 改变传热效率、增加熔融速率、增强排气作用 螺槽几何尺寸沿轴向变化4. 熔融（塑化）过程塑料：压力升高、摩擦温度到熔点，形成熔膜一熔池一熔池加宽，固体床从宽到零橡胶：压力升高f软化点，产生粘弹f粘流态f从外到内。5. 混合实现固体输送颗粒之间的混合程度取决于螺槽的充满程度。 理论上混合作用产生于熔体流动层流之间。混合使物料发生分散、分布混合，并产生热量混 合。6.排气实现 条件：要有气体排出的通道，（限定的长度）有一定压力。影响牵引角e的因素：牵引角e影响挤出生产率，它取决于螺杆几何参数、摩擦系数及固 体输送段的压力增加情况。
14、cosq= K sinq+ Msin q =1 + K 2 - M 2 - KM1 + K 2.e=0, M=1 T Qs=O要使e增加，使K、M尽可能减小ff b增加，f s减小。增大固体输送率关键是控制摩擦系数 影响摩擦系数的因素有：（a）降低螺杆表面粗糙度，降低摩擦系数（b）提高机筒内表面的摩擦系数（c）温度、压力及速度都对摩擦系数有影响。 熔料在螺槽中流动的四种类型： 正流（拖曳流、顺流）：机筒的相对摩擦拖曳作用产生，有输送作用 横流（环流）：机筒的相对摩擦拖曳作用产生，有横向混合作用 倒流（压力倒流）：机筒壁、口模等阻力元件，有纵向混合作用 漏流：剪切、混合作用第七章混合的实现：搀和研磨（碾压）撕裂捏合剪切分散 按混合过程性质不同分为: 简单混合（分布混合）： 不减小组分粒子本身大小分散混合：减小组分粒子本身尺寸 混合方法：（1）分布混合 密炼机：无规律；静态流体混合：有规律（2）层流混合 评定混合质量：分散度：组分粒子大小的度量分布均匀
