聚合物动态塑化成型加工理论与技术 上 理论篇PDF电子书下载

序 1

前言 1

第一章　绪论 1

1.1　聚合物成型加工技术简史 1

目录 1

1.2　挤出成型加工技术及螺杆挤出机 2

1.3　注射成型技术及螺杆注射机 3

1.4　聚合物动态塑化成型加工新方法及新设备 4

1.4.1　聚合物动态塑化成型加工新概念提出背景及意义 4

1.4.2　聚合物动态塑化成型加工新原理及新技术 6

1.5　本书范围 10

第二章　聚合物熔体振动剪切流动特性与行为 11

2.1　概述 11

2.2.1　毛细管动态流变仪中脉动挤出过程动态黏度的测量 12

2.2　毛细管脉动挤出黏弹特性测量与表征 12

2.2.2　毛细管脉动挤出过程中第一法向应力差的测量与表征 19

2.3　脉动注射充模过程流变特性测量与表征 24

2.3.1　脉动注射充模过程的物理模型 24

2.3.2　脉动注射充模过程的数学模型 25

2.3.3　脉动注射充模过程熔体黏性测量的理论分析 28

2.4　狭缝流道脉动挤出过程的测量与表征 34

2.4.1　物理模型的建立 34

2.4.2　数学模型的建立及求解 35

2.5　聚合物熔体脉动挤出过程的光散射测量与表征 38

2.5.1　光散射理论 38

2.5.2　通过圆截面模头流道应力条纹分析 40

2.5.3　散射光光强散射矩阵与聚合物熔体 43

2.6　振动剪切流变行为及混沌动力学 45

12.5　结晶聚合物的晶态结构对振动力场的响应 46

2.6.1　振动剪切流场下聚合物流变行为的表征 46

2.6.2　振动剪切流场下聚合物流变行为混沌特征的提取 50

2.6.3　振动剪切流场下聚合物流变行为混沌特征的识别与分析 59

2.6.4　基于小波去噪的动态表观黏度功率谱分析 66

2.6.5　振动剪切流场下聚合物挤出过程流变行为的黏弹行为预测 71

参考文献 77

第三章　振动力场作用下聚合物熔体本构方程 78

3.1　概述 78

3.2　振动剪切流场中聚合物熔体动态速率方程 78

3.2.1　基于高分子链缠结动力学的瞬态网络结构理论 78

3.2.2　纯振动剪切流场中聚合物熔体的动态速率方程 80

3.2.3　正弦脉动流场中聚合物熔体动态速率方程 83

3.3　振动剪切流场中的聚合物熔体瞬态网络结构模型 84

3.3.1　纯振动剪切流场中熔体的非仿射瞬态网络结构模型 85

3.3.2　正弦脉动流场中熔体的非仿射瞬态网络结构模型 89

3.4　正弦脉动流场中熔体非仿射本构方程适应性的实验验证 93

3.4.1　柱坐标系下聚合物熔体的非仿射瞬态网络结构模型 94

3.4.2　毛细管壁处熔体剪切应力的实验值与理论值的比较 95

3.4.3　毛细管壁处熔体第一法向应力差的实验值与理论值的比较 97

3.5　基于非仿射瞬态网络结构模型的聚合物熔体流变行为分析 100

3.5.1　振动剪切流场中聚合物熔体剪切应力的响应 100

3.5.2　振动剪切流场中聚合物熔体缠结密度响应 101

3.5.3　振动剪切流场中聚合物熔体表观黏度的响应 104

3.5.4　振动剪切流场中聚合物熔体法向应力差的响应 105

3.6　动态成型加工中幂律定理的修正 109

参考文献 117

第四章　聚合物散体单螺杆振动强化输运过程 119

4.1　概述 119

4.2　散体振动强化输运过程简化模型 120

4.3　数学模型线性化近似处理及解析 121

4.3.1　连续方程 121

4.3.2　运动方程 123

4.3.3　边界条件 125

4.3.4　无量纲化及线性化处理 126

4.3.5　模型求解 128

4.4　螺杆轴向振动对散体输运过程的影响 132

4.4.1　沿螺槽方向上的压力分布 133

4.4.2　沿螺槽方向上的速度分布 138

4.4.3　固体输送流率 141

4.4.4　固体输送段长度 142

4.4.5　固体输送角 144

4.5　散体振动强化输运功率分析 145

4.6　散体振动强化输运理论算例 148

参考文献 149

5.1　实验观察 150

第五章　聚合物振动诱导单螺杆熔融塑化过程 150

5.2　振动诱导单螺杆熔融塑化过程简化模型 154

5.3　动态熔融塑化过程近似数学解析 156

5.3.1　熔融速率 156

5.3.2　固体床分布及熔融段长度 166

5.3.3　能耗分析 167

5.4　螺杆轴向振动对熔融塑化过程的影响 169

5.5　动态熔融塑化理论算例及实验验证 174

5.5.1　实例计算 174

5.5.2　实验验证 179

参考文献 182

6.2　流场描述及物理模型 183

6.1　概述 183

第六章　聚合物熔体单螺杆振动诱导输运过程 183

6.3　流场动力学方程与熔体本构模型 184

6.3.1　基本假设 184

6.3.2　流场动力学方程与熔体本构模型 185

6.4　振动诱导熔体输运流场解析 190

6.4.1　第一种Tanner修正模型输运流场分析 190

6.4.2　第二种Tanner修正模型输运流场分析 202

6.5　振动诱导熔体输运功率分析 210

6.5.1　螺槽内熔体输运功率分析 211

6.5.2　螺棱间隙处功率耗散 215

6.5.3　螺杆计量段的功率消耗 217

6.6.1　螺纹侧壁影响的修正 218

6.6.2　料筒内表面曲率影响的修正 218

6.6　平行平板模型的修正 218

参考文献 219

第七章　聚合物熔体振动剪切混合过程 220

7.1　概述 220

7.2　熔体振动剪切分布混合过程表征 221

7.2.1　界面面积、条纹厚度的概念 221

7.2.2　动态剪切流场中界面面积的增长 222

7.3　圆截面口模脉动剪切层流混合 224

7.4　单螺杆螺槽中振动强化层流混合 225

7.4.1　螺槽中熔体的停留时间分布 226

7.4.2　脉动剪切总形变量（剪切强度）分析 234

7.5　熔体振动强化分散混合过程表征 241

7.5.1 固体粒子颗粒团聚体的破裂 241

7.5.2　液滴的破裂 244

7.5.3　分散混合效果的衡量标准 245

7.6　毛细管脉动挤出分散混合 246

7.6.1　脉动剪切应力对分散相破裂过程的影响 246

7.6.2　脉动流场强化分散过程的应用实例 248

7.7　聚合物多组分混炼效果的光散射测量与表征 249

7.7.1　光散射理论 250

7.7.2　多组分体系混炼效果表征 252

7.8　振动强化聚合物多组分狭缝流场混炼效果的光散射测量与表征 256

7.8.1　狭缝流场混炼效果光散射测量实验 256

7.8.2　狭缝流场混炼效果理论表征 256

7.8.3　狭缝流场混炼效果光散射测量与表征 259

参考文献 267

8.1　概述 268

8.1.1　典型脉动挤出成型 268

第八章　聚合物熔体典型脉动挤出和注射成型 268

8.1.2　典型脉动压力诱导注射成型 268

8.2　圆截面与窄平缝口模脉动挤出过程 269

8.2.1　圆截面口模脉动挤出过程 269

8.2.2　窄平缝口模脉动挤出过程 275

8.3　圆截面口模脉动挤出胀大 276

8.3.1　张量初步 276

8.3.2　圆截面口模脉动剪切流动的微元分析 278

8.3.3　记忆函数 280

8.3.4　应力张量 281

8.3.5　挤出胀大方程的推导 283

8.4　圆碟模腔脉动注射成型过程 286

8.4.1　熔体在浇道中的流动 287

8.4.2　熔体在模腔中的流动 294

8.4.4　脉动压力诱导保压 303

8.4.3　浇道与模腔的接合 303

参考文献 310

9.1　概述 311

第九章　塑料单螺杆振动塑化挤出机及应用 311

9.2　振动塑化挤出机的结构和工作原理 312

9.2.1　转动驱动系统的结构 313

9.2.2　塑化挤出系统的结构 314

9.2.3　激振器的结构和工作原理 315

9.3　振动塑化挤出机的设计 316

9.3.1　转动驱动系统的设计 316

9.3.2　挤压系统的设计 317

9.3.3　加热冷却系统的设计 322

9.3.4　轴向激振系统的设计 323

9.4　振动系统的幅频特性 326

9.4.1　力学模型的建立 326

9.4.2　数学模型中各参数的确定 327

9.4.3　模型求解与振动幅频特性分析 328

9.5　单螺杆振动塑化挤出综合工作特性 330

9.5.1　螺杆特性分析 331

9.5.2　挤出功率特性分析 333

9.6　mLLDPE薄膜振动诱导塑化挤出成型 334

9.6.1　影响薄膜吹塑成型的主要因素 335

9.6.2　塑料电磁动态塑化挤出吹膜机组 335

9.6.3　茂金属线形低密度聚乙烯（mLLDPE）薄膜吹塑成型 336

9.7　微孔塑料振动诱导塑化挤出成型 340

9.7.1　微孔塑料及其挤出成型技术 340

9.7.2　微孔塑料振动诱导发泡过程模拟 343

9.7.3　微孔塑料振动诱导单螺杆塑化挤出设备 350

9.8　塑料管材、片材制品的振动诱导塑化挤出成型 352

9.8.1　管材挤出成型 352

9.8.2　片材挤出成型 354

参考文献 357

第十章　聚合物三螺杆动态混炼挤出机及应用 358

10.1　概述 358

10.2　三螺杆动态混炼挤出机结构形式 358

10.2.1　特殊电机驱动结构形式 359

10.2.2　标准电机驱动结构形式 362

10.3.1　三螺杆动态混炼挤出过程 363

10.3　三螺杆动态混炼挤出及原理 363

10.3.2　振动力场对分布混合的化机理 369

10.4.1　主螺杆轴向振动阻尼系数 375

10.4　振动系统的幅频特性 375

10.4.2　激振力计算 378

10.4.3　幅频特性分析 379

10.5　聚合物／无机物复合材料振动强化制备 381

10.5.1　聚合物／无机物复合材料共混制备技术 381

10.5.2　聚合物／无机物填充体系三螺杆动态混炼挤出过程模拟 382

10.5.3　PP/CaCO3复合材料三螺杆动态混炼挤出制备生产线 383

参考文献 385

第十一章　聚合物脉动压力诱导注射成型机及应用 386

11.1　概述 386

11.2　脉动压力诱导塑化注射装置 387

11.2.1　电磁激振式动态注射成型装置 387

11.2.2　液压激振式脉动压力诱导注射成型装置 388

11.3.1　物理模型的建立 390

11.3　螺杆轴向脉动特性 390

11.3.2　螺杆轴向振动空载固有频率 391

11.3.3　阻尼系数的确定 392

11.3.4　注射螺杆脉动响应及分析 394

11.4　脉动压力诱导注射功率特性 397

11.4.1　注射充模能耗的数学建模及求解 397

11.4.2　注射充模能耗的实例计算 406

11.5　淀粉塑料制品动态注射成型 407

11.5.1　淀粉塑料发展概况 407

11.5.2　淀粉塑料的加工特点及其注射成型 409

11.5.3　淀粉塑料制品动态注射成型设备 410

11.6　金属粉末脉动注射成型 413

11.6.1　粉末冶金及粉末注射成型技术 413

11.6.2　粉末喂料的动态流变特性 415

11.6.3　粉末脉动注射充模过程模拟 417

11.6.4　金属粉末脉动注射成型设备 420

11.6.5　金属粉末脉动注射成型技术特色 423

参考文献 425

12.1　概述 426

第十二章　振动塑化加工对聚合物制品结构性能的影响 426

12.2　振动塑化挤出成型制品的力学性能 427

12.2.1　振动塑化挤出吹膜制品的力学性能 427

12.2.2　振动塑化挤出片材的力学性能 429

12.2.3　振动塑化挤出过程中熔体大分子二维取向定性描述 430

12.3　脉动压力诱导注射成型制品的力学性能 431

12.4　振动力场对聚合物共混／复合材料性能的影响 435

12.5.1　高密度聚乙烯（HDPE） 436

12.5.2　低密度聚乙烯（LDPE） 439

12.5.3　聚丙烯（PP） 441

12.6　振动力场对结晶聚合物的结晶行为的影响 443

12.6.1　振动力场对PET冷结晶行为的影响 443

12.6.2　振动力场作用对PET冷结晶动力学参数的影响分析 445

12.7　振动力场对聚合物熔体微观形态的影响 449

12.7.1　振动力场作用对干涉条纹的影响 450

12.7.2　振动力场作用对光强矩阵的影响 454

12.8　聚合物复合体系相结构对振动塑化的响应 458

参考文献 460

第十三章　聚合物动态塑化成型加工过程控制 461

13.1　概述 461

13.2　振动诱导塑化成型过程控制特性 461

13.2.1　振动诱导塑化挤出过程动态特性 461

13.2.2　脉动注射过程模腔压力动态行为 466

13.3.1　螺杆轴向振动驱动器 469

13.3　螺杆驱动系统 469

13.3.2　螺杆转速调节系统 472

13.3.3　动态注射成型过程伺服驱动系统 476

13.4　过程参量智能控制算法 479

13.4.1　动态挤出过程熔体温度与压力模糊解耦控制算法 479

13.4.2　脉动压力诱导注射速度小脑模型神经网络复合控制算法 489

13.5　控制系统设计与实现 494

13.5.1　控制系统总体结构 494

13.5.2　控制系统硬件设计 495

13.5.3　控制系统软件设计 502

13.5.4　控制系统在线运行 505

参考文献 512

第十四章　聚合物动态成型加工过程综合测试及模拟 513

14.1　概述 513

14.2　动态成型加工典型操作单元模块化 513

14.2.1　主驱动激振模块 514

14.2.2　单螺杆挤出模块 515

14.2.3　三螺杆混炼模块 516

14.2.5　辅助模块 517

14.2.4　注射模块 517

14.2.6　测控模块 518

14.2.7　试验模具 519

14.3　聚合物及其复合材料广义流变性能测量 520

14.4　聚合物动态共混改性过程及其特性测量表征 523

14.4.1　工艺条件的优化研究 523

14.4.2　配方与加工特性的研究 524

14.4.3　PP/CaCO3共混体系动态与稳态加工对比 525

14.5　动态成型加工典型操作过程模拟实验 526

14.5.1　薄膜、片材动态挤出成型过程模拟实验 527

14.5.2　螺线槽模具动态注射填充模拟实验 529

第十五章　动态成型加工技术延伸及进一步创新——聚合物动态反应加工技术及设备 533

15.1　概述 533

15.2　工程塑料动态缩聚反应技术及连续反应器 534

15.2.1　聚碳酸酯动态多螺杆连续缩聚反应器 535

15.2.2　尼龙11动态多螺杆缩聚反应器 536

15.2.3　动态多螺杆缩聚反应器技术特点 537

15.3.1　改性塑料二级三螺杆动态反应挤出机结构原理 538

15.3　高分子材料动态共混增容反应挤出 538

15.3.2　二级三螺杆动态反应挤出机技术特点 539

15.4　反应挤出动态全硫化TPV制备 540

15.4.1　TPV及其动态全硫化制备技术 540

15.4.2　振动力场强化动态全硫化制备TPV的研究 542

15.4.3　反应挤出动态全硫化生产设备及其TPV制品的性能 548

参考文献 551

主要符号表 552