精密挤出成型原理及技术PDF电子书下载

第1章 绪论 1

目录 1

1.1 塑料挤出成型理论及技术的发展 2

1.1.1　挤出成型理论的发展 2

1.1.1.1 挤出过程数学模型的发展 2

1.1.1.2　挤出过程稳定性的研究 3

1.1.2　挤出成型技术的发展趋势 5

1.1.2.1 高速化 5

1.1.2.2 高效化 7

1.1.2.3　精密化 8

1.2　挤出过程的精密化与精密挤出 8

1.2.1 实现精密挤出的意义及其可能性 9

1.2.2　影响挤出制品精度的因素 10

1.2.3　实现挤出过程精密化的技术途径 12

1.3.1　精密挤出成型将成为高附加值加工产业 14

1.3　精密挤出技术的应用前景 14

1.3.2　用于精密反应挤出成型和功能梯度高分子材料的加工 15

参考文献 15

第2章　精密挤出成型的材料学基础 18

2.1 高聚物的黏弹性与挤出过程的波动 18

2.1.1 高聚物熔体的黏性流动 18

2.1.1.1　高聚物流体类型 18

2.1.1.2 高聚物熔体的剪切黏度 22

2.1.1.3 高聚物熔体剪切黏度与结构的关系 23

2.1.1.4　熔体剪切黏度对温度的敏感性 27

2.1.1.5　熔体剪切黏度对剪切速率的敏感性 32

2.1.1.6　熔体剪切黏度对压力的敏感性 39

2.1.2 高聚物熔体的弹性与法向应力差 40

2.1.2.1 法向应力差与相对分子质量和相对分子质量分布的关系 43

2.1.2.3　剪切速率（应力）对法向应力的影响 44

2.1.2.2　温度对法向应力的影响 44

2.1.2.4　挤出物胀大 46

2.1.2.5　出口压力 54

2.1.3　高聚物熔体的拉伸流动 57

2.1.3.1 拉伸应力及拉伸速率对拉伸黏度的影响 57

2.1.3.2　温度对拉伸黏度的影响 58

2.1.3.3　相对分子质量及其分布对拉伸黏度的影响 59

2.1.4 高聚物熔体的不稳定流动（熔体破裂） 59

2.1.4.1　熔体破裂的类型 60

2.1.4.2　低流率下的表面不稳定性（鲨鱼皮症） 63

2.1.4.3　周期性熔体破裂（壁面滑移） 70

2.1.4.4　总熔体破裂 79

2.1.4.5　不同聚合物的熔体破裂 84

2.1.5　高聚物的拉伸共振现象 85

2.2　高聚物的熔融稳定性 89

2.2.1 高聚物在挤出机中的熔融过程 90

2.2.2　高聚物分子运动的特点 91

2.2.3　影响非结晶高聚物熔融过程稳定性的因素 94

2.2.3.1　影响玻璃化温度Tg的因素 95

2.2.3.2　影响黏流温度Tf的因素 98

2.2.4　结晶高聚物的熔融过程分析 100

2.2.4.1 高聚物的结晶形态 100

2.2.4.2 高聚物的结晶度 101

2.2.4.3　影响结晶高聚物熔融稳定性的因素 102

2.3　高聚物的冷却固化与挤出制品的精度 106

2.3.1 高聚物的聚集态结构与分子运动的关系 106

2.3.2　非结晶高聚物的冷却固化过程 107

2.3.3　结晶高聚物的冷却固化过程 107

2.3.4　拉伸对高聚物结构性能的影响 110

参考文献 111

3.1.1　波动类型 115

3.1.1.1 轴向波动及其对制品成型精度的影响 115

3.1 挤出过程的波动及其对成型制品精度的影响 115

第3章　精密挤出成型的工艺学基础 115

3.1.1.2　横向波动及其对制品成型精度的影响 116

3.1.2　波动的频率及其原因 116

3.1.2.1 高频波动 117

3.1.2.2　等频波动 117

3.1.2.3 中频波动 118

3.1.2.4　低频波动 119

3.1.2.5　随机波动 119

3.2 工艺参数波动对挤出稳定性的影响 119

3.2.1 温度波动对挤出稳定性的影响 119

3.2.2　压力波动对挤出稳定性的影响 121

3.2.3　螺杆转速波动对挤出稳定性的影响 124

3.2.4　螺杆几何参数对挤出稳定性的影响 127

3.2.5.1 高聚物在机头流道中流动速率分析 129

3.2.5　机头流道几何参数对挤出稳定性的影响 129

3.2.5.2　成型段长度 130

3.2.5.3　模头入口的几何形状 131

3 2.5.4　模头的阻流作用 133

3.2.5.5　挤出模头的流线型化 135

3.2.6 口模温度分布与挤出制品的横向精密度 137

3.2.7　固体输送及固体床破碎对挤出稳定性的影响 138

3.3 高聚物及其助剂对挤出稳定性的影响 141

3.3.1 高聚物的相对分子质量及其分布对挤出稳定性的影响 141

3.3.1.1 相对分子质量对挤出稳定性的影响 141

3.3.1.2　相对分子质量分布对挤出稳定性的影响 142

3.3.1.3　长链支化对挤出稳定性的影响 145

3.3.2　塑料助剂对挤出稳定性的影响 148

3.3.2.1 无机物填充高聚物的黏性和屈服点 148

3.3.2.2　填充高聚物的弹性 152

3.4.1　工艺参数的合理化 155

3.4.1.1 挤出机的工作压力 155

3.4　提高挤出过程稳定性的工艺措施 155

3.4.1.2　螺杆转速的确定 156

3.4.1.3　挤出温度的确定 156

3.4.2　工艺参数控制精度 157

3.4.2.1 温度控制 157

3.4.2.2　压力控制 158

3.4.2.3　螺杆转速控制 159

3.4.2.4　在线测试技术的应用 159

3.4.3　塑料配方合理化 160

3.4.3.1 改善加工性能 161

3.4.3.2　改善树脂的内在性能 161

3.4.3.3　降低成本 162

3.4.3.4　根据加工方法选择 163

3.4.3.5　助剂的来源与成本 163

3.4.3.6　制品的透明性 163

3.4.3.7　助剂的毒性 163

参考文献 164

第4章　精密挤出过程的数学模型 166

4.1　固体输送段数学模型 166

4.1.1 料斗压力分布 166

4.1.2　固体床运动分析 168

4.1.3　固体床受力分析 170

4.1.4　固体床能量消耗 172

4.1.5　固体塞温度分布计算 174

4.2　压缩段数学模型 180

4.2.1　Tadmor熔融理论的牛顿数学模型 181

4.2.1.1 基本假设 181

4.2.1.2　固相速度分布 182

4.2.1.3　固相温度分布 183

4.2.1.4　熔膜的速度方程和温度分布 183

4.2.1.5 固液相分界面上的热量平衡 184

4.2.1.6　熔膜的质量平衡 187

4.2.1.7　求解固相分布函数 188

4.2.2 对牛顿模型黏度的修正（考虑温度对黏度的影响） 192

4.2.3　非牛顿幂律模型（考虑剪切速率对黏度的影响） 194

4.2.4 非牛顿幂律模型（同时考虑温度和剪切速率对黏度的影响） 197

4.3　计量段数学模型 200

4.3.1　基本假设及基本方程 201

4.3.2　牛顿流体无限平行平板模型详解 202

4.3.2.1　速度场与流率计算 202

4.3.2.2　能耗计算 207

4.3.2.3　熔融段温度分布详解（牛顿模型） 209

4.3.3　非牛顿流体（幂律）无限平行平板模型详解 215

4.3.3.1　速度场与流率计算 215

4.3.3.2　能耗计算 219

4.3.4　考虑螺纹侧壁影响时对产量的修正 219

4.4　并联式稳压装置的数学模型 220

4.4.1　概述 220

4.4.2　稳压原理 221

4.4.3　稳压装置数学模型的建立 223

4.5　典型挤出流道中熔体流动的数学模型 231

4.5.1 渐缩狭缝口模的压力降模型 232

4.5.2　渐缩环形口模压力降模型 233

4.5.3　锥形口模压力降模型 233

4.5.4　高聚物在口模流道中不稳定流动的数学模型 235

参考文献 239

第5章　精密挤出成型装备 242

5.1　精密挤出成型装备的特征 242

5.2　精密挤出机 243

5.2.1　精密挤出机的传动系统 244

5.2.2　精密挤出机的塑化系统 245

5.2.2.1　加料段的设计 247

5.2.2.2　螺杆的选择和设计 256

5.2.2.3　提高挤出机机筒的热惯性 269

5.2.3　精密挤出机的控温系统 270

5.2.4　精密挤出机的压力测量 273

5.3.1　熔体泵 275

5.3.1.1　熔体泵的结构特点 275

5.3　提高挤出稳定性的装置 275

5.3.1.2　熔体泵的计量、增压功能及工作原理 276

5.3.1.3　熔体泵的流量特性分析 278

5.3.1.4　熔体泵的主要技术参数及选择 285

5.3.1.5　熔体泵在塑料挤出中的应用 289

5.3.2　稳压装置 296

5.3.2.1　压力波动控制器 296

5.3.2.2　并联式稳压装置 297

5.3.2.3　节流式稳流装置 300

5.4　精密挤出机头 303

5.4.1　阻力可调节机头 304

5.4.2　口模间隙自动调节机头 305

5.4.3　组合式自动调节机头 305

5.4.5　降低熔体破裂的措施 306

5.4.4　熔体黏度调节式机头 306

5.5　精密挤出成型辅机 308

5.5.1　失重式计量加料装置 308

5.5.2　双驱动牵引装置 310

参考文献 311

第6章　精密挤出成型设备的控制系统 315

6.1　挤出成型设备的控制系统 315

6.1.1　挤出成型装备的传统型控制系统（继电器、仪表控制型） 316

6.1.1.1　继电器控制系统的组成 316

6.1.1.2　仪表型控制系统 317

6.1.1.3　挤出成型装备的继电器、仪表控制型控制系统 317

6.1.2 以微型计算机控制器为控制核心的挤出成型设备控制系统 325

6.1.2.1　控制系统的组成 325

6.1.2.2 以计算机为控制核心的监控系统 326

6.1.2.3 以PLC为控制核心的控制系统 327

6.1.3　精密挤出成型设备控制系统的控制功能 333

6.1.3.1　影响挤出制品最终质量的因素 334

6.1.3.2　控制过程中的闭环反馈控制 335

6.1.3.3　挤出流量的几种测试和控制方法 341

6.1.4 国内外精密挤出设备 348

6.2　检测装置及设备 350

6.2.1　传感器 350

6.2.1.1　传感器的基本性能参数 351

6.2.1.2　传感器的几个性能指标 354

6.2.2　在精密挤出成型系统中所应用的传感器 355

6.2.2.1　温度传感器 355

6.2.2.2　力学传感器 359

6.2.2.3　转速传感器 365

6.2.2.4　管材外径（壁厚）测量仪 367

6.2.2.5　其它先进测量仪器 372

6.3.1.1　挤出机的功率、螺杆转速和转矩 376

6.3.1　挤出机传动系统相关参数 376

6.3　传动系统 376

6.3.1.2　挤出机的调速范围 377

6.3.1.3　挤出机的调速方法 377

6.3.2　直流调速系统 377

6.3.3　交流调速系统 379

6.3.3.1 三相异步电动机的转速控制 379

6.3.3.2　交流变频调速系统 379

6.3.4　伺服电动机 384

6.4　先进控制技术在精密挤出成型设备中的应用 385

6.4.1　先进控制系统涉及的软件技术和硬件技术 385

6.4.1.1　过程优化技术 385

6.4.1.2　实时监控软件平台 386

6.4.1.3　硬件技术 386

6.4.2　统计过程控制系统的应用 388

6.4.2.1　统计过程控制简介 388

6.4.2.2　控制图的原理与构造 389

6.4.2.3　生产过程实例分析 390

6.4.2.4　SPC的发展趋势 396

6.4.3　先进在线测试技术 397

6.4.4　智能控制系统 398

6.4.5　基于Internet的在线设备诊断和控制技术 399

6.4.5.1　网络技术 399

6.4.5.2　Internet基本构件 399

6.4.5.3　基于Internet的远程监控系统 400

6.4.5.4 网络技术在精密挤出成型系统中的应用 401

参考文献 405

第7章　精密挤出成型技术的应用 407

7.1 概述 407

7.2　精密挤出成型技术在管材生产中的应用 407

7.2.1　精密挤出管材机组的组成 407

7.2.2.1 国外医用管材的应用现状 409

7.2.2　精密挤出医用管材的应用前景 409

7.2.2.2　几种代表性医用管材的应用前景 411

7.2.3　精密挤出成型技术在普通塑料管材成型中的应用 418

7.3　精密挤出成型技术在薄膜、片材成型中的应用 422

7.3.1　精密挤出成型技术在薄膜成型中的应用 422

7.3.2　精密挤出技术在片材成型中的应用 423

7.4　精密挤出成型技术在光导纤维和高速电缆成型中的应用 425

7.4.1 精密挤出成型在光导纤维成型中的应用 425

7.4.2　精密挤出成型技术在电缆成型中的应用 428

7.5　精密挤出技术在自增强复合材料挤出成型中的应用 432

7.6　精密挤出成型技术在反应挤出中的应用 434

7.7　精密挤出成型技术的其它应用 434

7.7.1　取代其它成型方法制备高精度几何尺寸制品 434

7.7.2　精密挤出成型微发泡塑料制品 435

7.7.3　特种材料的成型加工 436

7.7.4　聚合物超分子结构的控制 437

参考文献 437