高分子材料加工中的熱行為

1、第二章高分子材料加工中的熱行為概述n熱形為對(duì)高分子材料加工過程的影響1.對(duì)加工過程的影響 加熱熔融塑化過程的影響2.對(duì)產(chǎn)品性能的影響 冷卻過程對(duì)產(chǎn)品形狀、尺寸、應(yīng)力的影響第一節(jié) 高分子材料的熱物理特性一、熱膨脹1.脹縮性 溫度的升降而使材料體積發(fā)生膨縮的現(xiàn)象 2.線膨脹系數(shù) 溫度改變1時(shí)材料長度的變化和它在原溫度時(shí)長度的比值 3.體脹系數(shù) 溫度改變1時(shí)材料體積的變化和它在原溫度時(shí)體積的比值 第一節(jié) 高分子材料的熱物理特性一、熱膨脹4.高分子材料的熱膨脹與制品性能作為結(jié)構(gòu)材料使用時(shí)應(yīng)該考慮材料的脹縮高分子材料的熱脹冷縮與高分子材料的自由體積及分子鏈段的柔順性有關(guān)可以通過玻璃纖維增強(qiáng)或者添加填料的

2、方法來減小材料的熱膨脹第一節(jié) 高分子材料的熱物理特性二、熱容1.熱容 材料的溫度提高1所需的能量，單位為J/（或J/K）。2.比熱容 將單位質(zhì)量材料的溫度提高1所需的能量，單位為J/（kg）。比熱容可表示為比定壓熱容Cp或比定容熱容Cv 第二節(jié) 高分子材料加工中的熱傳導(dǎo)一、傳熱基本概念1.傳熱的基本方式 熱量由高溫物體或者物體的高溫部分傳給低溫物體或者物體的低溫部分。傳導(dǎo)：通過分子或原子的不規(guī)則熱振動(dòng)對(duì)流：通過質(zhì)點(diǎn)的位移和混合 自然對(duì)流；強(qiáng)制對(duì)流輻射：通過電磁波的發(fā)射和吸收第二節(jié) 高分子材料加工中的熱傳導(dǎo)一、傳熱基本概念2.高分子材料加工中的傳熱特性普遍存在于材料加工中的加熱和冷卻過程高分子材

3、料傳熱速度普遍較慢 例1：熱量不易散發(fā)導(dǎo)致高分子材料的降解 例2：傳熱慢且不均導(dǎo)致產(chǎn)品的變形及內(nèi)應(yīng)力 例3：設(shè)備升溫過程的時(shí)間要求和不均勻現(xiàn)象 材料加工中由于剪切產(chǎn)生的熱量也不可忽視第二節(jié) 高分子材料加工中的熱傳導(dǎo)二、高分子材料加工中的熱傳導(dǎo)1.傅立葉定律Q=A（Tw1- Tw2）/ Q單位時(shí)間內(nèi)通過平壁的導(dǎo)熱量，即導(dǎo)熱速率，W；T平壁兩側(cè)表面的溫差，；A垂直于導(dǎo)熱方向的截面積，m2；平壁的厚度，m；高分子材料導(dǎo)熱系數(shù)，W/m。第二節(jié) 高分子材料加工中的熱傳導(dǎo)二、高分子材料加工中的熱傳導(dǎo)2.導(dǎo)熱系數(shù)（w1-Tw2）A/ 導(dǎo)熱系數(shù)在數(shù)值上等于一個(gè)厚度為1m、表面積為1m2的平壁兩側(cè)維持1溫度差時(shí)

4、，每單位時(shí)間通過該平壁的熱量 熱系數(shù)是物質(zhì)的一種物理性質(zhì)，它表示物質(zhì)導(dǎo)熱能力的大小 各種物質(zhì)導(dǎo)熱系數(shù)的比較1.金屬的導(dǎo)熱系數(shù)最大，非金屬的固體次之且其導(dǎo)熱系數(shù)隨溫度的升高而增大；2.液體的導(dǎo)熱系數(shù)一般遠(yuǎn)較固體的為?。ń^熱材料除外），液體的導(dǎo)熱系數(shù)隨溫度的升高而減??；3.氣體的導(dǎo)熱系數(shù)較液體小，氣體在大氣壓下的導(dǎo)熱系數(shù)隨溫度的升高而增大，4.壓強(qiáng)變化不大時(shí)，氣體的導(dǎo)熱系數(shù)與壓強(qiáng)無關(guān)、除非氣體的壓強(qiáng)過高大于2000atm（大氣壓）或過低（小于20mmHg） 時(shí)。熱塑性塑料的熱傳導(dǎo)系數(shù)1.熱塑性塑料熱導(dǎo)系數(shù)偏低，影響加工過程2.塑料材料的物態(tài)轉(zhuǎn)變時(shí)，導(dǎo)熱系數(shù)發(fā)生變化3.塑料材料的導(dǎo)熱系數(shù)隨溫度升高而

5、增大4.塑料材料的導(dǎo)熱系數(shù)隨壓力升高而增大第二節(jié) 高分子材料加工中的熱傳導(dǎo)三、熱擴(kuò)散系數(shù)（導(dǎo)溫系數(shù)）三、熱擴(kuò)散系數(shù)（導(dǎo)溫系數(shù)） 決定高分子材料在溫度場中溫度變化情況決定高分子材料在溫度場中溫度變化情況=/（ Cp） 熱擴(kuò)散系數(shù),10-2cm2s；導(dǎo)熱系數(shù)，Wm；密度，gcm3； Cp定壓比熱，J/（g.）。熱擴(kuò)散系數(shù)熱擴(kuò)散系數(shù)1.物理意義 描述高分子材料在溫度場中溫度變化速率2.熱擴(kuò)散系數(shù)的影響因素隨溫度的升高熱導(dǎo)率增加，則熱擴(kuò)散系數(shù)也增加（和液體相反）；隨溫度的升高密度下降，熱擴(kuò)散系數(shù)上升；高分子材料的比熱容隨溫度的變化趨熱較復(fù)雜，則其對(duì)熱擴(kuò)散系數(shù)的影響也較復(fù)雜。第三節(jié) 高分子材料加工過程中

6、的生成熱l加工過程中生成熱的來源1.高混機(jī)中的物料、設(shè)備內(nèi)壁間的磨擦2.擠出、注射中的剪切3.橡膠塑煉或混煉中的剪切、拉伸4.交變應(yīng)力作用于材料時(shí)內(nèi)耗5.加工過程中的化學(xué)反應(yīng)，如發(fā)泡、交聯(lián)等第三節(jié) 高分子材料加工過程中的生成熱一、高分子熔體因摩擦而生成的熱量Q剪切摩擦的熱流量，Jcm3s；J熱功當(dāng)量，9.610-2Jkgcm；剪切速率，s-1；a表觀粘度，kgscm2 JQa/.2摩擦生熱在高分子材料加工中的應(yīng)用1.利用剪切生熱升溫來塑化高分子材料2.利用剪切生熱來降低熔體的黏度（注射）T熔體通過噴嘴時(shí)的溫升值，K；P通過噴嘴時(shí)的壓力降，Nm2；熔體密度，kgm3；Cp定壓比熱，J（kgK）。 )/(pCPT第三節(jié) 高分子材料加工過程中的生成熱二、在周期應(yīng)力作用下由內(nèi)耗所引起的溫升1.外力作用頻率和材料彈性的關(guān)系高分子鏈段的松弛時(shí)間決定作用頻率和材料彈性間的關(guān)系隨著外力作用頻率的增加，原本彈性好的材料可能變得越來越韁硬提高外力作用頻率相當(dāng)于降低材料的溫度第三節(jié) 高分子材料加工過程中的生成熱二、在周期應(yīng)力作用下由內(nèi)耗所引起的溫升2.周期應(yīng)力帶來的材料的溫升周期應(yīng)力帶來的材料的溫升 W=00sin 0應(yīng)力的最大振幅； 0應(yīng)變的最大振幅； 相位差（又叫做損耗角） tsin0)sin(0t溫度對(duì)周期應(yīng)力作用效果