青岛科技大学聚合物加工原理知识总结

1、第一章聚合物加工原理涉及到 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

2、好聚合物加工两个显著特性： 科学性 （涉及多种方法） 、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

3、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

4、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。按形态转变加工操作两个过程 聚合物加工机械发展的推动因素: 主要设计思想：成型准备阶段 社会需求 借用（金属成型方法中借用）成型阶段相关

5、学科知识交叉、渗透与融合第三章材料的三种性质:产品性质熔融纺红成型T 注射成型 薄腔吹規 挤出成型 山空吹翅成型T 压延成剋 T 真空和压力成型 薄膜和纤維热拉伸- 薄膜和纤维冷捡伸T材料内在性质加工性质TK 就 I'd可加工性流动机理滞后效应坚莎崗5函而E茹而五10可挤压性 可模塑性可延展性（可拉伸性）链段相继跃迁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：流（5）拉伸流、（1）层流

6、与紊流（2）稳流与非稳流 剪切流（6）拖曳流、压力流（3）等温流与非等温流（4） 一维流、二维流及三维第四章牛顿流动：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转化（橡塑设备相互转化）发展dr 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

7、学基础方程:D、DtcP.:tVxcP；xVycPVzcP:z连续性方程：封闭系统内的质量是一定的。DQt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。_ I p ；g惯性力项，它反映单位时间、单位体积流体的动量的增量；DVDt左边第一项称为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，反映应力变化对动量的影响； 右边第三项是重

8、力项（或重力分量）反映重力对动量的影响。能量守恒方程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：yzdyyzdVz. dy,“是剪切速率（也是速度梯度）K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）增压的分类：dv斗 =_; P I .-:g竺DtDt 称为惯性项，产生的压力称为惯性增压

9、，如：离心浇注、冷压的热挤出。V P 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。" 粘性动增压t 拖曳流。如：单螺杆挤出机、压延、辊式混炼机：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

10、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。2qp qqdH dPa 二qdqd6 Vb dzq = qd + qpa称为截流比r a= - 1 q= 0 断流-1< a< 0 q> 0压力流与拖曳流反向，止常状态a= 0 q= £纯拖曳流q= qd q> q&压力流与拖曳流同向'0= 1 q= qj 2盘全敞开VJV.VJV.a=-a =o a=- a=l£3£3%7=0九(0) = 0鼻H瑁二oq二兀赫洁不动牴此.衫动板处2%Y<qJ 3无极值

11、6.1-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z、三0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dPH= H* 矿=应用：刀涂、辊涂、辊式混炼机、压延、双辊挤出、滑动轴承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。列出二维雷诺方程，再简化为一维流动，结果：P= f（H。、Hi、L V b、q h）压力的建立取决于：几何参数、物性参数

12、，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 ，有增压最大压力出现在= 2Hof 1 o,dp/dz=0 处,6 LVb*H oH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，fs t温度、粗糙度、物料性质 物料间的摩擦系数 t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

13、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t熔池T熔池加宽，固体床从宽到零橡胶：压力升高T软化点，产生粘弹t粘流态t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B的因素：牵引角B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。sin q 二cosq = K sinq+ M/ 0=0, M=1 t Qs=

14、0 要使 B增加，使 K、J1 + K 2 - M 21 + K 2KMM尽可能减小t f b增加，f s减小。MKOI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