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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