聚合物加工热力学

第一章 成型加工的热力学基础1

第一节 热力学基础1

一、热力学的一般关系式1

二、流动过程的能量平衡7

第二节 能量方程11

一、流体运动连续性方程的推导12

二、动量守恒方程的推导13

三、能量方程的推导15

第三节 应用例题21

参考文献24

第二章 聚合物的热物理性质25

第一节 聚合物的比热容25

一、聚乙烯的定压比热容27

二、聚丙烯的定压比热容29

三、聚苯乙烯的定压比热容29

四、高抗冲聚苯乙烯的定压比热容30

五、丙烯腈苯乙烯共聚物的定压比热容30

六、ABS共聚物的定压比热容30

七、聚酰胺的定压比热容31

八、聚酯的定压比热容31

九、聚碳酸酯的定压比热容32

十、聚苯醚的定压比热容33

十一、聚醚酮的定压比热容33

十二、聚砜的定压比热容33

十三、聚氯乙烯的定压比热容33

十四、聚甲醛的定压比热容34

十五、聚甲基丙烯酸甲酯的定压比热容34

十六、EVA共聚物的定压比热容34

第二节 聚合物的比体积35

一、聚乙烯的比体积37

二、聚丙烯的比体积41

三、聚苯乙烯的比体积42

四、高抗冲聚苯乙烯的比体积43

五、丙烯腈苯乙烯共聚物的比体积43

六、ABS共聚物的比体积43

七、聚酰胺的比体积44

八、聚酯的比体积45

九、聚碳酸酯的比体积45

十、聚苯醚的比体积45

十一、聚醚酮的比体积46

十二、聚砜的比体积46

十三、聚氯乙烯的比体积46

十四、聚甲醛的体积46

十五、聚甲基丙烯酸甲酯的比体积46

十六、聚乙烯醇的比体积46

十七、EVA共聚物的比体积47

第三节 聚合物的热导率50

一、聚乙烯的热导率51

二、聚丙烯的热导率53

三、聚苯乙烯的热导率53

四、高抗冲聚苯乙烯的热导率53

五、丙烯腈苯乙烯共聚物的热导率53

六、ABS共聚物的热导率53

七、聚酰胺的热导率54

八、聚酯的热导率55

九、聚碳酸酯的热导率56

十、聚苯醚的热导率56

十一、聚醚酮的热导率56

十二、聚砜的热导率56

十三、聚氯乙烯的热导率56

十四、聚甲基丙烯酸甲酯的热导率58

十五、聚甲醛的热导率58

第四节 热扩散系数58

参考文献60

第三章 聚合物的热力学性质61

第一节 膨胀与压缩61

第二节 状态方程62

第三节 聚合物的热焓65

一、聚乙烯的热焓68

二、聚丙烯的热焓69

三、聚苯乙烯的热焓70

四、高抗冲聚苯乙烯的热焓70

五、丙烯腈苯乙烯共聚物的热焓70

六、ABS共聚物的热焓71

七、聚酰胺的热焓71

八、聚酯的热焓72

九、聚碳酸酯的热焓72

十、聚苯醚的热焓73

十一、聚醚酮的热焓73

十二、聚砜的热焓73

十三、聚氯乙烯的热焓73

十四、聚甲醛的热焓74

十五、聚甲基丙烯酸甲酯的热焓74

十六、EVA共聚物的热焓74

第四节 聚合物的熵75

一、关于熵的基本概念75

二、熵的计算方法76

三、应用例题77

参考文献86

第四章 聚合物熔体流动过程的热效应87

第一节 圆形流道内的温度分布87

一、牛顿流体87

二、非压缩幂数流体的温度分布88

三、可压缩幂数流体的温度分布90

第二节 矩形流道内流动的温度分布92

一、假设与约定92

二、温度分布估算方程的推导93

第三节 应用例题96

一、聚氯乙烯熔体温度分布的计算96

二、聚乙烯熔体温度分布的计算97

参考文献98

第五章 聚合物加工需要的热量99

第一节 聚合物加工的温度范围99

一、聚乙烯的加工温度范围99

二、聚丙烯的加工温度范围99

三、聚苯乙烯的加工温度范围99

四、高抗冲聚苯乙烯的加工温度范围99

五、丙烯腈苯乙烯共聚物的加工温度

范围101

六、ABS共聚物的加工温度范围102

七、聚酰胺6的加工温度范围102

八、聚酰胺66的加工温度范围102

九、聚对苯二甲酸乙二醇酯的加工温度

范围103

十、聚对苯二甲酸丁二醇酯的加工温度

范围103

十一、聚碳酸酯的加工温度范围103

十二、聚苯醚的加工温度范围104

十三、聚醚酮的加工温度范围104

十四、聚砜的加工温度范围104

十五、聚氯乙烯的加工温度范围105

十六、聚甲醛的加工温度范围105

十七、聚甲基丙烯酸甲酯的加工温度

范围106

第二节 聚合物加工需要的热量106

第三节 应用例题107

参考文献111

第六章 聚合物加工的热流动112

第一节 热传导112

一、定常导热的基本方程112

二、不定常导热的基本方程112

三、边界条件114

四、无热源的定常温度场114

五、无热源不定常的温度场119

六、有热源的温度场141

七、伴有相变的热传导151

第二节 热对流158

一、对流传热的基本方程158

二、无量纲数群160

三、层流流体定常强制对流的传热161

四、沿平板流动通过边界层的强制对流178

第三节 热辐射183

一、概述183

二、两物体间的热辐射184

三、辐射传热系数185

四、辐射加热塑料板的温度分布185

第四节 热流动例题189

第五节 传热学的数值解和图式解202

一、数值解法203

二、图式解法213

参考文献219

第七章 挤出辅机的热力学分析220

第一节 管定径装置的长度计算220

一、假设与约定220

二、不稳定导热方程220

三、设计技术223

第二节 双轴拉伸预热区的长度计算225

一、不稳定传热的参数计算225

二、设计技术226

第三节 棒材冷却定径装置的长度计算227

一、棒内温度分布的数值解法227

二、定径装置的长度计算229

参考文献231

第八章 挤出机的热力学分析232

第一节 各区段消耗的功率232

一、正流与逆流消耗的功率232

二、环流消耗的功率233

三、弧隙间消耗的漏流功率234

第二节 各区段的剪切速率234

一、压缩段的剪切速率235

二、计量段的剪切速率236

三、弧隙间的剪切速率236

第三节 应用例题237

一、挤出量237

二、功率计算239

第四节 单螺杆挤出机比能耗及参数计算240

一、设计之一241

二、设计之二243

三、设计之三244

四、设计之四247

第五节 嵌有高剪切元件挤出机比能耗及

参数计算255

一、高剪切元件的设置256

二、设置高剪切元件的几种类型256

三、与螺杆成直角的高剪切元件257

四、与螺杆成某一夹角的高剪切元件264

五、与螺杆轴平行的高剪切元件268

参考文献270

第九章 注塑加工的热力学分析271

第一节 腔压的估算271

一、温度的时间依赖性271

二、腔压的时间依赖性272

第二节 冷却时间的估算272

一、制品最厚部位中心处的温度冷却到

热变形温度所需的时间273

二、制品断面上的平均温度冷却到所希望

的某一指定温度所需要的时间274

三、结晶性制品最厚部位中心温度冷却

到熔点或者结晶度达到某一指定值

所需要的时间274

第三节 模具冷却孔道的设计277

第四节 注塑周期的热力学分析280

一、升压过程280

二、稳流过程281

三、充模过程281

四、增压过程282

五、倒流过程282

第五节 流动取向283

一、充模过程的流动283

二、速度及速度梯度283

三、注塑温度和速度对取向的影响283

第六节 注塑成型模的冷却过程284

一、模具温度控制的重要性284

二、模具温度的计算方法284

三、模具与环境的热交换288

四、例题293

参考文献298

第十章 压延及压制成型的热力学分析299

第一节 压延成型的功率计算299

一、对称性压延成型分离力和功率计算299

二、例题300

第二节 等径、异速、非牛顿流体压延

成型分离力和功率计算301

一、计算步骤301

二、例题303

第三节 非对称压延力能参数的计算308

一、辊筒分离力或横压力的计算308

二、非对称性压延功率的计算310

第四节 压制制品的温度分布311

一、试求（a）方式的温度分布312

二、试求（b）方式的温度分布313

三、试求（c）方式的温度分布314

参考文献315

《聚合物加工热力学》全面系统地介绍了聚合物加工热力学的基本理论、测试技术、设计技术，热流动的理论以及求解方法；力求紧密地与实践相结合，并插有大量应用例题和聚合物热物理、热力学的测试数据。 全书共分十章，内容有：成型加工的热力学基础，聚合物的热物理性质，聚合物的热力学性质，聚合物熔体流动过程的热效应，聚合物加工的温度及所需的热量，聚合物加工热流动的理论与实践，挤出机及挤出辅机的热力学分析，注塑成型的热力学分析，压延成型分离力、横压力、功率计算，压制成型的温度分布。《聚合物加工热力学》可作为高等学校相关专业师生的教材，也可作为从事聚合物及加工的工程技术人员的参考书、工具书。