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这是聚合物加工原理ppt，包括了何谓聚合物材料（高分子材料），高分子材料的结构，高分子材料的力学状态，高分子材料的流动特性，常用的高分子材料，塑料，合成橡胶，描述流体运动的方法，基本运动与运动分类等内容，欢迎点击下载。

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聚合物加工原理 橡塑机械工程研究中心 谢林生 第一章 绪 论 一、何谓聚合物材料（高分子材料）： 绪 论 高分子材料是以高分子化合物为主要组分的材料。常称聚合物或高聚物。 高分子化合物的分子量一般>104 。 高分子化合物有天然的，也有人工合成的。工业用高分子材料主要是人工合成的。 绪 论 由简单的结构单元重复连接而成。 如由乙烯合成聚乙烯: CH2=CH2+CH2=CH2+→-CH2-CH2-CH2-CH2- ， 绪 论 绪 论 按用途分为塑料、橡胶、纤维、胶粘剂、涂料等。 按聚合物反应类型分为加聚物和缩聚物。 按聚合物的热行为分为热塑性聚合物和热固性聚合物。 按主链上的化学组成分为碳链聚合物、杂链聚合物和元素有机聚合物。 二、高分子材料的结构 大分子链的柔顺性 二、高分子材料的结构 线型结构：弹性、塑性好，硬度低，是热塑性材料。 支链型结构：近于线型结构 。 体型结构：硬度高，脆性大，无弹性和塑性，是热固性材料。 二、高分子材料的结构 晶态为分子链排列规则的部分，非晶态为排列不规则的部分。 三、高分子材料的力学状态 玻璃态：低温下，链段不能运动。在外力作用下，只发生大分子原子的微量位移，产生少量弹性变形。 三、高分子材料的力学状态 高弹态：温度高于Tg，分子活动能力增加，受力时产生很大弹性变形。用于这种状态高聚物是橡胶。 粘流态：由于温度高，分子活动能力很大，在外力作用下，大分子链可以相对滑动。 三、高分子材料的力学状态 分为一般分子量和很大分子量两种情况。 三、高分子材料的力学状态 四、高分子材料的流动特性 四、高分子材料的流动特性 四、高分子材料的流动特性 四、高分子材料的流动特性 四、高分子材料的流动特性 第二章 常用的高分子材料 高分子工程材料包括塑料、合成纤维、橡胶和胶粘剂等。 一、塑料 塑料是在玻璃态下使用的高分子材料。在一定温度、压力下可塑制成型，在常温下能保持其形状不变。 一、塑料 填料主要起增强作用； 增塑剂用于提高树脂的可塑性和柔软性； 固化剂用于使热固性树脂由线型结构转变为体型结构； 稳定剂用于防止塑料老化，延长其使用寿命； 润滑剂用于防止塑料加工时粘在模具上， 使制品光亮； 着色剂用于塑料制品着色。 其他的还有发泡剂、催化剂、阻燃剂、抗静电剂等。 一、塑料 按树脂受热时行为可分为热塑性塑料和热固性塑料。 按使用范围可分为通用塑料、工程塑料和特种塑料。 通用塑料产量大、价格低、用途广。 工程塑料力学性能高，耐热、耐蚀性能好。 一、塑料 优点： 相对密度小(一般为0.9 ~2.3)；耐蚀性、电绝缘性、减摩、耐磨性好；有消音吸振性能 。 一、塑料 一般结构用塑料 聚乙烯(PE)、聚氯乙烯(PVC)、聚苯乙烯(PS)、聚丙烯(PP)和ABS塑料等。 聚丙烯具有优良的综合性能，可制造各种机械零件。 ABS塑料 “坚韧、质硬、刚性” ，应用广泛。 一、塑料 聚酰胺又称尼龙或绵纶，强度较高，耐磨、自润滑性好，广泛用作机械、化工及电气零件。 聚甲醛具有优良的综合性能，广泛用于汽车机床、化工、电气仪表、农机等工业 。 一、塑料 聚四氟乙烯俗称“塑料王”，具有极优越的化学稳定性和热稳定性以及优越的电性能，几乎不受任何化学药品的腐蚀，摩擦系数极低，只有0.04。缺点是强度低、加工性差。主要用于减摩密封件、化工耐蚀件与热交换器以及高频或潮湿条件下的绝缘材料。 一、塑料 耐蚀用塑料 耐蚀用塑料主要有聚四氟乙烯、氯化聚醚(PENTON)、聚丙烯等。 氯化聚醚的化学稳定性仅次于聚四氟乙烯，但工艺性比聚四氟乙烯好，成本低。在化学工业和机电工业获得广泛应用，如化工设备零件、管道、衬里等。 一、塑料 耐高温件用塑料 聚砜(PSF)、聚苯醚(PPO)、聚酰亚胺(PI)及氟塑料等。 聚砜的热稳定性高是其最突出的特点。使用温度达150~174℃。用于机械设备等工业。 一、塑料 热固性塑料 热固性塑料是在树脂中加入固化剂压制成型而形成的体形聚合物。 酚醛塑料是以酚醛树脂为基，加入填料及其他添加剂而制成。广泛用于制作各种电讯器材和电木制品（如插座、开关等），耐热绝缘部件及各种结构件。 二、合成橡胶 橡胶的组成和性能特点 工业用橡胶由生胶和橡胶配合剂组成。生胶无配合剂并未经硫化。橡胶配合剂有硫化剂、硫化促进剂、防老剂、软化剂、填充剂、发泡剂、着色剂等。 橡胶最大的特点是高弹性。橡胶有储能、耐磨、隔音、绝缘等性能。 二、合成橡胶 合成橡胶按用途和用量分为通用橡胶和特种橡胶。 通用橡胶主要用于制作轮胎、运输带、胶管、胶板、垫片、密封装置等； 特种橡胶主要用于高低温、强腐蚀、强辐射等特殊环境下工作的橡胶制品。 注塑机具有能一次成型外型复杂、尺寸精确或带有金属嵌件的质地密致的塑料制品 工作原理 注塑机是借助螺杆（或柱塞）的推力，将已塑化好的熔融状态（即粘流态）的塑料以高压快速注射入闭合好的模腔内，经固化定型后取得制品的工艺过程。 注塑机机构组成示例（卧式） 注塑机工作过程演示（卧式） 注塑机类型 按照塑化方式可以分为：螺杆式和柱塞式 按照注射装置和锁模装置的排列方式，可分为：立式、臥式和角式。 目前应用最为广泛是卧式螺杆式注塑机 螺杆式注塑机示意图 螺杆式注塑机特点 简化了预塑结构，不需要分流梭，因而使注射压力降低了很多。 螺杆转动使物料翻滚，传热条件好。物料内部受到剪应力大，塑化效率高。 无分流梭，更换物料方便。 注射速度快。 对原料的适应性广，能加工热敏树脂。 柱塞式注塑机示意图 柱塞式注塑机特点 有分流梭，更换物料不便而且注射压力下降较大 塑化效果相对较差，不能加工热敏树脂 注塑机图片（卧式） 臥式注塑机的特点 优点： 注射装置，合模装置均水平排列。 机身低，加料方便，操作维修方便，制品顶出后可自由落下，易实现自动化。 缺点： 占地面积大，模具拆卸比较麻烦。 立式注塑机的特点 优点： 注射装置和锁模装置处于同一垂直中心线上，占地面积小 容易实现嵌件成型。因为模具表面朝上，嵌件放入定位容易。 模具的重量由水平模板支承，不会发生类似臥式机的由于模具重力引起的前倒，使得模板无法开闭的现象。有利于持久性保持机械和模具的精度。 立式注塑机的特点 缺点： 料斗高，加料不方便，仅适用于注射量小于60cm3的制品生产。　 连续介质概念：在宏观上将物体看成由紧密相连 的大量微小分子团组成的一种连续体。 流体流动的型态： Re≤2000时，流动为层流，此区称为层流区； Re≥4000时，一般出现湍流，此区称为湍流区； 2000< Re <4000 时，流动可能是层流，也可能是湍流，该区称为不稳定的过渡区。 边界层：一般规定从速度为零至速度等于主体速度99％处的区域为边界层。 聚合物加工中的基本流动： 典型流动：平面流动和轴对称流动 第五章 流体流动的基本方程 一 连续介质力学方程组 连续性方程： 物性参数：ρ，CP， k （已知） 运动参数： vi，P， τij ， T， qi （未知） 三个方程，五个未知量 —— 需补充二个方程： 本构方程： τij =-ηγij (描述流体的流变状态） 付立叶热传导定律： 边界条件： 动力学边界条件： 应力中性面（即那里的应力为零） 基本方程分析求解步骤 拟定流场： 正确地确定出所研究流动的速度、温度的函数结构，它是分析求解的关键。 任务：求出非零应力，写出流变状态方程 列方程组： 写出描述该流动的基本方程组。 要求： 应细心查找，以免多列或少列某些项， 造成后面几步错误。 求解： 第六章 聚合物流变性质与本构方程 一 聚合物流变现象与流变行为 一 聚合物流变现象与流变行为 一 聚合物流变现象与流变行为 一 聚合物流变现象与流变行为 一 聚合物流变现象与流变行为 一 聚合物流变现象与流变行为 一 聚合物流变现象与流变行为 一 聚合物流变现象与流变行为 一 聚合物流变现象与流变行为 一 聚合物流变现象与流变行为 二 聚合物的本构方程 二 聚合物的本构方程 二 聚合物的本构方程 第七章 有界流动 主要内容 一、典型流道中的流动 二、收敛流道中的流动与润滑近似方法 三、二维流动 一、概述 有界流动 定义：局限于以固体表面为边界的内部流动。 一、概述 一、概述 流道的几何形状 第七章 有界流动 主要内容 一、典型流道中的流动 二、收敛流道中的流动与润滑近似方法 三、二维流动 一维压力流：1、园管中的压力流(已讲过) 2、圆环流道中的压力流 3、平行平板中的压力流 一维拖曳流：1、平行平板中的拖曳流 2、圆环流道中的轴向拖曳流 3、同心圆筒间的切向拖曳流 组 合 流 动：平行平板中的组合流动 平行平板间的压力流 拟定流场 列方程组 连续性方程 动量方程 （能量方程） 边界条件 平行平板间的压力流 求解： 流体：牛顿流体、幂律流体 流场：等温问题、非等温问题 平行平板间的压力流 等温幂律流体 本构方程需去绝对值符号，判定剪切速率的正负号。 平行平板关于中平面对称，只需求上或下半部分即可。 例 求上半部分得： 如需要求温度分布，将上述结果代入能量平衡方程，即可求得温度分布。 体积流量 平行平板间的压力流 流动的特点和规律 结果应用 改进研究 边界条件 y=-H/2时，vx=0 y=H/2时， vx= u 纯拖曳流动，没有压差作用。 动量方程 将牛顿或幂律流体本构方程代入 积分 vx=Cy+C1 结果： 平行平板间的组合流动 边界条件 y=-H/2时， vx=0 y=H/2时，vx= u 平行平板间的组合流动 动量方程同压力流情况 牛顿流体: 将边界条件代入压力流结果得到C1，C2 第七章 有界流动 主要内容 一、典型流道中的流动 二、收敛流道中的流动与润滑近似方法 三、二维流动 解决什么问题： 非平行平板间流动问题—窄小、缓变缝隙中的流动。 名称来源： 雷诺分析轴承润滑—润滑近似理论，形象化借用。 润滑近似方法假设： 牛顿流体作稳定层流流动； 流体不可压缩；等温流动； 忽略惯性力和彻体力； 润滑膜厚度远小于其长度和宽度； 忽略表面法线方向上的任何运动。 上述假设对收敛流道中的流动仍适用 收敛平板间的流场简化 收敛平板间的流场简化 与平行平板间的流场情况比较 相同：动量方程相同 不同：收敛流道二板间的间距H(x，z)为变量； 平行平板间的间距为常量。 该流场近似处理，收敛流道局部流动可看作与该局部间隙相等的平行平板间的流动，由此得解该处的流动—润滑近似处理。 全部流场的求解依此类推而得解。 润滑近似的物理本质： 经润滑处理后，局部真实流动能够用缝隙等于局部间距 H(x，z)的平行平板间的充分发展流动来描述。 润滑近似应用的条件： 收敛流道锥度（半角）α<10°或 上述条件下，采用润滑近似方法引起的误差较小。 纯粘性牛顿流体。 对于粘弹性不可忽略的流体不适用。 在高温、高速下，需考虑忽略惯性项的影响。 流场简化 V=[vx(y)，0，vz(y)] 雷诺方程求解说明 该方程可求解收敛流道中流动，即求解变深问题； 可解边界有二个移动方向速度(ux，uz)，或一个方向移动速度，或边界不移动情况； 一般数值求解； 求解顺序与以前不同: P→v →q 以前: v→q →P 适用牛顿流体。 例：一维流动，vz=0，忽略z向压力变化，求P分布。 解：根据雷诺方程： 边界条件：x=0时，P1=0 x=L时，P2=0 二次积分雷诺方程，加边界条件得 结果分析 P1=P2=0，但存在Pmax且位于中点偏后一位置——增压机理 液体动润滑基础。 由此发展一些加工方法：辊式混炼机，压延机，滑垫挤出机。 解释螺杆锥度段中轴向压力分布。 摩擦力/分离力《1。所以，变厚度的粘性流体产生的分离力永远大于摩擦阻力－－润滑性流动的显著特点之一。 由流量推导非平行平板中的压力降 已知：流量Q。求压力降。（流道设计） 平行平板间流量： 根据流动连续原理，流道中任一截面上的流率均应相等。以及流道缝隙变化规律得到P1--P2之间的压力降公式： 由流量Q与（dP/dz)1关系，可得流量Q与压力降(P1-P2)的关系。 由润滑近似处理，圆锥管中的流场可简化为 v=[0，0，vz(r)] 圆锥管中流场的速度、流量和压力的求解方法同收敛平行平板 。 压力降推导 根据圆锥管中的流率： 流道间距变化规律： P1—P2之间的压力降 同样，由流量Q与（dP/dz)1之间的关系可得到P1--P2之间的流量Q与压力降的公式。 第七章 有界流动 主要内容 一、典型流道中的流动 二、收敛流道中的流动与润滑近似方法 三、二维流动( 矩形流道中的流动） 内 容 一、 矩形流道中拖曳流 二、 矩形流道中压力流 三、 矩形流道中组合流动 四、 矩形流道中组合螺旋流动 内 容 一、 矩形流道中拖曳流 二、 矩形流道中压力流 三、 矩形流道中组合流动 四、 矩形流道中组合螺旋流动 矩形流道几何形状和坐标 根据流场 v=[0，0，vz(x，y)]，dP/dz=0 动量方程： 边界条件：vz(0，y)=0 vz(w，y)=0 vz(x，0)=0 vz(x，H)=u 求解 齐次微分方程，用分离变量法 vz(x，y）＝α(x)β(y) 级数解： 整个截面拖曳流流率Qd Fd 为拖曳流侧壁修正因子， Fd（H/w）。 对于非牛顿流体Fd（H/w，n）。 内 容 一、 矩形流道中拖曳流 二、 矩形流道中压力流 三、 矩形流道中组合流动 四、 矩形流道中组合螺旋流动 流场 v=[0，0 ，vz(x，y)] 动量方程(非齐次偏微分方程）（牛顿流体） Z分量： 边界条件：vz(0，y)=0 vz(w，y)=0 vz(x，0)=0 vz(x，H)=0 求解 对于牛顿流体， 应用叠加原理将原方程转化为线性齐次偏微分方程与常微分方程，分别求解，将解叠加得到 vz(x，y)。 压力流流量Qp Fp为压力流侧壁修正因子，随流道高宽比H/w变化。可查FP， Fd与H/W图得到。 对于幂律流体， Qp用数值积分得到。 侧壁修正因子Fp ，除随流道高宽比H/w变化外，还与流体的流动指数n有关，Fp(H/w，n) 。 Qp实际上是无限平行平板压力流产量乘上压力流侧壁修正因子。 内 容 一、 矩形流道中拖曳流 二、 矩形流道中压力流 三、 矩形流道中组合流动 四、 矩形流道中组合螺旋流动 既有流道上边界拖动速度u，又有压力差作用，二者方向平行。 流场 v=[0，0 ，vz(x，y)] 动量方程与压力流情况同 边界条件与拖曳流相同 牛顿流体的组合平行流动的解 速度 v＝v拖曳流＋v压力流 流量Q=拖曳流流量Qd+压力流流量Qp 注意：非牛顿流体结果不能相加。 第八章 挤出过程的流体输送理论 主要内容 一、牛顿流体在浅槽中的等温流动 二、牛顿流体在深槽中的等温流动 一、牛顿流体在浅槽中的等温流动 基本假设 一、牛顿流体在浅槽中的等温流动 基本模型 一、牛顿流体在浅槽中的等温流动 基本模型 一、牛顿流体在浅槽中的等温流动 沿螺槽方向的速度分布 一、牛顿流体在浅槽中的等温流动 垂直于螺槽方向的速度分布 一、牛顿流体在浅槽中的等温流动 垂直于螺槽方向的速度分布FQa红软基地

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