高分子材料加工中的热行为高分子材料加工技术

高分子材料加工中的热行为高分子材料加工技术加工过程中高分子材料的热行为热膨胀热传导生成热材料吸收热能，相邻原子或基团由于振动使得间距变大的缘故。材料发生热膨胀的根本原因：（一）材料的基本属性（二）材料的胀缩性材料因受温度的升降而使体积发生膨胀或收缩的现象。热胀冷缩不同材料由于聚集态结构不同，导致材料具有不同的胀缩性。线膨胀系数与分子间作用力有关，与键能有关，键能越强，线膨胀系数越小。（三）表示方法1.线膨胀系数固态物质温度改变1℃时，其长度的变化和它在原温度时长度的比值，即长度的变化率。其单位为℃-1。影响因素共价键或离子键线膨胀系数最小。高分子材料大分子之间多是范德华力，线膨胀系数最高。金属键线膨胀系数居中。（三）表示方法2.体膨胀系数物体温度改变1℃时，其体积的变化和它在原温度时体积的比值。体积变化率（四）影响材料胀缩性的因素1.高分子材料的胀缩性和其应用密切相关有的高分子材料比强度高、耐腐蚀性好。制作仪器仪表和测量工具等的精密机械零件。以防因胀缩性不同而产生配合过紧或过松现象，造成产品变形或损坏。制造精密机械或不同高分子材料制成的机械零件的配合和装配时。必须考虑高分子材料的线膨胀系数（四）影响材料胀缩性的因素2.高分子材料胀缩性的大小与分子结构和组成有关聚集态中的分子链段吸收热量，动能增加，发生振动，“自由体积”增大，产生受热膨胀效应。聚集态中的分子链段放出热量，动能下降，振动程度下降，“自由体积”减小，产生冷却收缩效应。高分子经填充或增强，提高分子链刚性，其受热膨胀现象就会下降。（一）传热的基本方式热传导热对流热辐射高分子材料加工中的主要传热方式（二）传热特性塑料是热的不良导体，其导热系数比较低，传热速度较慢。传热效果影响着塑料的加工过程和产品的质量。高分子材料加工过程中常需要加热和冷却，材料的传热特性与加工工艺过程及工艺参数控制有着密切的联系。（二）传热特性例如：生产PVC时，PVC原料和其他助剂在高速混合机中由于摩擦生热使物料升温，出料后需及时进行搅拌冷却。否则，出料后物料堆积在一起无法及时散热会导致PVC发生热降解。热降解反应产生的反应热使物料进一步升温，促使PVC混合物料进一步加速热分解。（二）传热特性例如：生产厚壁塑料制品时，由于其表面的冷却速率与其内部的冷却速率不同而使表面收缩率与内部收缩率不同。导致制品容易产生内应力而发生翘曲、变形，产生银纹严重时产生开裂现象（三）傅立叶（Fourier）定律

Q——导热速率，J/s或W。λ——导热系数，W/（m·K）。A——垂直于导热方向的导热面积，m2。𝜹——平壁的厚度，m。𝑇𝑤1−𝑇𝑤2——平壁两侧表面的温差，℃。（三）傅立叶（Fourier）定律热导率是材料的物理性质，反映材料导热能力的大小。热导率的大小与物质的组成、结构、密度、温度及压力等有关。

（三）傅立叶（Fourier）定律塑料的热导率偏低，热塑性塑料的热导率一般在（4.185～46）×10-2W/（m·℃），厚制品在加工过程中的加热或冷却是个难题。热塑性塑料发生物态变化时，热导率有明显变化。λ通常随温度的升高而增大，结晶型塑料尤为明显，无定型塑料变化较小。λ随压力升高而增大。（四）热扩散系数

扩散系数，10-2cm2/s。

高分子材料的热导率，W/（m·℃）。

密度，g/cm3。

定压比热容，J/（g·℃）。——密度，（四）热扩散系数——密度，高分子材料是热的不良导体在加工过程中，短时间内达到物料内部温度很均匀是不可能的。生产中也不要求物料内部的温度很均匀，只要各部分的温度差比较小，就可以生产出合格的制品。（四）热扩散系数热扩散系数计算非常麻烦热导率随温度的变化而变化高分子材料在𝑇𝑔以下时具有固体性质，热导率随温度的升高而增大，因而在𝑇𝑔处出现一极大值。高分子材料的密度随温度的升高而减小定压比热容随温度变化明显，变化规律复杂（一）摩擦热在高分子熔体流动过程中，由于内部分子的摩擦而产生的热量，使得熔体粘度降低。剪切摩擦热计算式

Q—剪切摩擦的热流量，J/（cm3·s）。𝑱—热功当量，9.6×10-2J/（kg·cm）。

𝜼𝒂—表观黏度，（kgf·s）/cm2。（一）摩擦热可利用摩擦加热高分子材料，其优点是使熔体分解的可能性很小。注塑时，熔料流经喷嘴时所产生的温升计算：

𝜟𝑻—熔体通过喷嘴时温升值，k。Δ𝑝—熔体通过喷嘴时压力降，N/m2。

𝑪𝒑—定压比热，J/（kg·k）。（二）剪切热高分子熔体在挤出、注射等加工的流动过程中，由于受到各种剪切作用，而形成剪切热。例如：挤出成型中，螺杆转速高达1000r/min，剪切热足以使物料熔融塑化，不需要外界加热，甚至需要通过冷却来降低料筒温度。（三）在周期应力作用下，由内耗所引起的温升橡胶制品使用时常受到周期应力或交变应力作用制品温度升高（四）化学反应热由加工过程中发生的化学反应而产生的热量。例如：用化学发泡剂生产泡沫塑料时，会放出或吸收热量。橡胶硫化过程中也会放热，在184℃硫化时，含4%硫磺的胶料的反应热为41.8J/kg。（四）化学反应热加工中必须注意化学反应热，防止加热过度，温度过高，影响产品质量。结论：在制订工艺条件时，必须对生成热的量有正确的估算，以便在工艺上