高分子材料加工中的熱行為高分子材料加工技術(shù)

高分子材料加工中的熱行為高分子材料加工技術(shù)加工過(guò)程中高分子材料的熱行為熱膨脹熱傳導(dǎo)生成熱材料吸收熱能，相鄰原子或基團(tuán)由于振動(dòng)使得間距變大的緣故。材料發(fā)生熱膨脹的根本原因：（一）材料的基本屬性（二）材料的脹縮性材料因受溫度的升降而使體積發(fā)生膨脹或收縮的現(xiàn)象。熱脹冷縮不同材料由于聚集態(tài)結(jié)構(gòu)不同，導(dǎo)致材料具有不同的脹縮性。線(xiàn)膨脹系數(shù)與分子間作用力有關(guān)，與鍵能有關(guān)，鍵能越強(qiáng)，線(xiàn)膨脹系數(shù)越小。（三）表示方法1.線(xiàn)膨脹系數(shù)固態(tài)物質(zhì)溫度改變1℃時(shí)，其長(zhǎng)度的變化和它在原溫度時(shí)長(zhǎng)度的比值，即長(zhǎng)度的變化率。其單位為℃-1。影響因素共價(jià)鍵或離子鍵線(xiàn)膨脹系數(shù)最小。高分子材料大分子之間多是范德華力，線(xiàn)膨脹系數(shù)最高。金屬鍵線(xiàn)膨脹系數(shù)居中。（三）表示方法2.體膨脹系數(shù)物體溫度改變1℃時(shí)，其體積的變化和它在原溫度時(shí)體積的比值。體積變化率（四）影響材料脹縮性的因素1.高分子材料的脹縮性和其應(yīng)用密切相關(guān)有的高分子材料比強(qiáng)度高、耐腐蝕性好。制作儀器儀表和測(cè)量工具等的精密機(jī)械零件。以防因脹縮性不同而產(chǎn)生配合過(guò)緊或過(guò)松現(xiàn)象，造成產(chǎn)品變形或損壞。制造精密機(jī)械或不同高分子材料制成的機(jī)械零件的配合和裝配時(shí)。必須考慮高分子材料的線(xiàn)膨脹系數(shù)（四）影響材料脹縮性的因素2.高分子材料脹縮性的大小與分子結(jié)構(gòu)和組成有關(guān)聚集態(tài)中的分子鏈段吸收熱量，動(dòng)能增加，發(fā)生振動(dòng)，“自由體積”增大，產(chǎn)生受熱膨脹效應(yīng)。聚集態(tài)中的分子鏈段放出熱量，動(dòng)能下降，振動(dòng)程度下降，“自由體積”減小，產(chǎn)生冷卻收縮效應(yīng)。高分子經(jīng)填充或增強(qiáng)，提高分子鏈剛性，其受熱膨脹現(xiàn)象就會(huì)下降。（一）傳熱的基本方式熱傳導(dǎo)熱對(duì)流熱輻射高分子材料加工中的主要傳熱方式（二）傳熱特性塑料是熱的不良導(dǎo)體，其導(dǎo)熱系數(shù)比較低，傳熱速度較慢。傳熱效果影響著塑料的加工過(guò)程和產(chǎn)品的質(zhì)量。高分子材料加工過(guò)程中常需要加熱和冷卻，材料的傳熱特性與加工工藝過(guò)程及工藝參數(shù)控制有著密切的聯(lián)系。（二）傳熱特性例如：生產(chǎn)PVC時(shí)，PVC原料和其他助劑在高速混合機(jī)中由于摩擦生熱使物料升溫，出料后需及時(shí)進(jìn)行攪拌冷卻。否則，出料后物料堆積在一起無(wú)法及時(shí)散熱會(huì)導(dǎo)致PVC發(fā)生熱降解。熱降解反應(yīng)產(chǎn)生的反應(yīng)熱使物料進(jìn)一步升溫，促使PVC混合物料進(jìn)一步加速熱分解。（二）傳熱特性例如：生產(chǎn)厚壁塑料制品時(shí)，由于其表面的冷卻速率與其內(nèi)部的冷卻速率不同而使表面收縮率與內(nèi)部收縮率不同。導(dǎo)致制品容易產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力而發(fā)生翹曲、變形，產(chǎn)生銀紋嚴(yán)重時(shí)產(chǎn)生開(kāi)裂現(xiàn)象（三）傅立葉（Fourier）定律

Q——導(dǎo)熱速率，J/s或W。λ——導(dǎo)熱系數(shù)，W/（m·K）。A——垂直于導(dǎo)熱方向的導(dǎo)熱面積，m2。??——平壁的厚度，m。????1?????2——平壁兩側(cè)表面的溫差，℃。（三）傅立葉（Fourier）定律熱導(dǎo)率是材料的物理性質(zhì)，反映材料導(dǎo)熱能力的大小。熱導(dǎo)率的大小與物質(zhì)的組成、結(jié)構(gòu)、密度、溫度及壓力等有關(guān)。

（三）傅立葉（Fourier）定律塑料的熱導(dǎo)率偏低，熱塑性塑料的熱導(dǎo)率一般在（4.185～46）×10-2W/（m·℃），厚制品在加工過(guò)程中的加熱或冷卻是個(gè)難題。熱塑性塑料發(fā)生物態(tài)變化時(shí)，熱導(dǎo)率有明顯變化。λ通常隨溫度的升高而增大，結(jié)晶型塑料尤為明顯，無(wú)定型塑料變化較小。λ隨壓力升高而增大。（四）熱擴(kuò)散系數(shù)

擴(kuò)散系數(shù)，10-2cm2/s。

高分子材料的熱導(dǎo)率，W/（m·℃）。

密度，g/cm3。

定壓比熱容，J/（g·℃）?！芏龋ㄋ模釘U(kuò)散系數(shù)——密度，高分子材料是熱的不良導(dǎo)體在加工過(guò)程中，短時(shí)間內(nèi)達(dá)到物料內(nèi)部溫度很均勻是不可能的。生產(chǎn)中也不要求物料內(nèi)部的溫度很均勻，只要各部分的溫度差比較小，就可以生產(chǎn)出合格的制品。（四）熱擴(kuò)散系數(shù)熱擴(kuò)散系數(shù)計(jì)算非常麻煩熱導(dǎo)率隨溫度的變化而變化高分子材料在????以下時(shí)具有固體性質(zhì)，熱導(dǎo)率隨溫度的升高而增大，因而在????處出現(xiàn)一極大值。高分子材料的密度隨溫度的升高而減小定壓比熱容隨溫度變化明顯，變化規(guī)律復(fù)雜（一）摩擦熱在高分子熔體流動(dòng)過(guò)程中，由于內(nèi)部分子的摩擦而產(chǎn)生的熱量，使得熔體粘度降低。剪切摩擦熱計(jì)算式

Q—剪切摩擦的熱流量，J/（cm3·s）。??—熱功當(dāng)量，9.6×10-2J/（kg·cm）。

????—表觀黏度，（kgf·s）/cm2。（一）摩擦熱可利用摩擦加熱高分子材料，其優(yōu)點(diǎn)是使熔體分解的可能性很小。注塑時(shí)，熔料流經(jīng)噴嘴時(shí)所產(chǎn)生的溫升計(jì)算：

????—熔體通過(guò)噴嘴時(shí)溫升值，k。Δ??—熔體通過(guò)噴嘴時(shí)壓力降，N/m2。

????—定壓比熱，J/（kg·k）。（二）剪切熱高分子熔體在擠出、注射等加工的流動(dòng)過(guò)程中，由于受到各種剪切作用，而形成剪切熱。例如：擠出成型中，螺桿轉(zhuǎn)速高達(dá)1000r/min，剪切熱足以使物料熔融塑化，不需要外界加熱，甚至需要通過(guò)冷卻來(lái)降低料筒溫度。（三）在周期應(yīng)力作用下，由內(nèi)耗所引起的溫升橡膠制品使用時(shí)常受到周期應(yīng)力或交變應(yīng)力作用制品溫度升高（四）化學(xué)反應(yīng)熱由加工過(guò)程中發(fā)生的化學(xué)反應(yīng)而產(chǎn)生的熱量。例如：用化學(xué)發(fā)泡劑生產(chǎn)泡沫塑料時(shí)，會(huì)放出或吸收熱量。橡膠硫化過(guò)程中也會(huì)放熱，在184℃硫化時(shí)，含4%硫磺的膠料的反應(yīng)熱為41.8J/kg。（四）化學(xué)反應(yīng)熱加工中必須注意化學(xué)反應(yīng)熱，防止加熱過(guò)度，溫度過(guò)高，影響產(chǎn)品質(zhì)量。結(jié)論：在制訂工藝條件時(shí)，必須對(duì)生成熱的量有正確的估算，以便在工藝上