第二章高分子材料加工中的热行为课件.ppt

第二章 高分子材料加工中的热行为 第一节 高分子材料的热物理特性第二节 高分子材料在加工业中的热传导第三节 高分子材料加工过程中的生成热 第一节 高分子材料的热物理特性 热行为对高分子材料加工过程的影响 1.对加工过程的影响 加热熔融塑化过程的影响 2.对产品性能的影响 冷却过程对产品形状、尺寸、应力的影响 一 热膨胀 1. 材料因受温度的升降而使体积发生膨胀或收缩的现象称为材料的胀缩性。 为什么会发生热膨胀的呢？ 怎么去衡量物体的胀缩性的大小呢？ 发生热膨胀的根本原因是材料由于吸收热能，相邻原子或基团由于振动使得间距变大的缘故。 高分子材料的膨胀系数比金属及陶瓷大，一般为4×10-5～3×10-4℃-1。 2. 线膨胀系数—指固态物质温度改变1℃，其长度的变化和它在原来温度时长度的比值，单位为1/℃ 4. 胀缩性对高分子材料的应用 精密仪器 不同零件的配合和装配 5. 影响高分子材料胀缩性的因素： 分子结构（柔性＞刚性） 材料本身 材料组成（填充玻纤等物质膨胀性降低） 外界条件: 压力、应力、温度等（如随着温度升高而增大，但一般并非温度的线性函数，分子链运动，使得大分子链间“自由体积”增大，材料产生热膨胀，温度下降时，分子链段运动能下降，大分子链“自由体积”下降，产生冷却收缩。） 第一节 高分子材料的热物理特性 二 热容 热容—材料的温度提高1℃（或1K）所需要的能量，单位为J/℃（或J/K）。 比热容—是将单位质量材料的温度提高1℃（或1K）所需要的能量。比热容：Cp （单位J/kg·℃） 高分子材料的比热容主要由高分子材料的化学结构决定，与物理结构（晶粒密度、晶粒大小无关）。一般高分子材料的比热容比金属及无机材料的大。 第二节 高分子材料在加工中的热传导 一、传热的基本概念 二、加工中的热传导 三、热扩散系数 一、传热的基本概念 传热即热量传递。热的传递是由于物体内部或物体之间温差而引起的。为了使得热量平衡，故热量从高温部分传递给低温部分，直至温度平衡。 （1）传导 又称热传导，简称导热（固体热传递的主要方式）。 机理：当物体的内部或两个直接接触的物体之间存在温差，物体中较高部分的分子因振动而与相邻分子碰撞，并将能量传递给后者，故热能就从高的部分传递给低的部分或者从温度高的物体传给低的物体。 特点：物体中的分子或质点不发生宏观的相对位移 （2）对流 又称热对流（发生在流体之间）。 机理：流体中质点发生相对位移和混合，而将热能由一处传递到另处。 特点：质点发生相对位移，流体的质点携带热能不断运动，把热能给出或者吸入的过程。 自然对流—相对移动是由于流体内部各处温度不同而引起的局部密度差异。（自发的） 强制对流—用外力机械能（如搅拌流体）使流体发生运动。（人为的）如：挤出机、注塑机料筒中的流动 （3）辐射 又称热辐射 机理：以电磁波传递热能，放热物体首先将热能先转化为辐射能，以电磁波形式向周围空间发射，当遇到另一物体，则部分或全部得吸收，重新又转化为热能。 特点：①既产生能量的传递，又发生能量转移。②不需要直接接触，不需要任何物质做媒介 2 高分子加工中的传热特性 加热 + 冷却 例子： （1）PVC料和其他助剂混合 （2）壁厚的塑料注塑制品需要退火和调湿处理 退火—使强迫冷冻的分子链得以松弛，消除内应力；提高结晶度，稳定晶体结构，从而提高结晶塑料制品的弹性模量和硬度，降低断裂伸长率。 调湿—将刚脱模的制品放入热水中，加快达到吸湿平衡，且隔绝空气，以防氧化。（如PA）高温与氧接触易氧化； 易吸水膨胀，得到稳定的尺寸要较长时间；适量的水份对PA起类似增塑剂的作用 （3）塑料注射、挤出时加热料筒的时候，在加热到设定温度的时，还需要一定时间保温才启动主机 二、加工中的热传导 1、傅里叶定律 在平壁内单位时间以热传导的方式传递的热量，与垂直于热流的横截面积成正比，与平壁两侧的温差成正比，而与热流方向上的路程长度成反比。是导热的基本定律。 2.热导率 热导率是衡量物质导热能力的物理量。表示物质导热能力的大小。热导率在数值上等于一个厚度为1m、表面积为1㎡的平壁两侧维持1℃温度差时，每单位时间通过该平壁的热量。 各种物质导热系数的比较 1.金属的导热系数最大，非金属的固体次之且其导热系数随温度的升高而增大； 2.液体的导热系数一般远较固体的为小（绝热材料除外），液体的导热系数随温度的升高而减小； 3.气体的导热系数较液体小，气体在大气压下的导热系数随温度的升高而增大， 4.压强变化不大时，气体的导热系数与压强无关、除