四.选择适宜的速度
聚合物熔体的黏度是很大的。当选用较大流速 时，会产生的大量的黏性能量耗散，导致聚合物热 降解。另一方面，必须从外部输入很大的机械功， 才能实现熔体在狭窄通道中的蠕变流动，能量消耗 很大，大约占整个加工过程的70％～80％。
因此，要选用适宜的流动速度，以便使传热过 程达到允许的最高传热速率，加热均匀。
第二节 传热机理
➢ 一、对流传热 ➢ 二、热传导 ➢ 三、压缩能量 ➢ 四、粘性耗散 ➢ 五、塑性形变耗散、 ➢ 六、耗散混合熔融
第三节 聚合物的熔融
大多数高分子材料的成型操作由熔融聚合物 的流动组成。
为成型操作而进行的准备工作通常包括熔融过 程，即完成聚合物由固体转变为熔体的过程。
一.聚合物的熔融方法
聚合物的热稳定性限制了加工最高温度 和经受高温的时间。
三、聚合物的热物理性能参数
聚合物的物性如比热容、热导率、比体积等，都与温 度和聚合物形态密切相关。
作为近似计算，对大多数固体和熔体的传热，假设这 些热性能参数恒定，不随温度变化，其计算结果与校正了 这些参数的计算值非常接近。
在工程上作近似评估和分析时，一般都采取假设熔体 流动为牛顿流体等温稳定流动，熔体为不可压缩和物性恒 定，这样的简化数学模型易于求解，从中得到有用的信息， 以此作为基础，再根据实际情况做进一步的改进。
五、压实体
聚合物加工的原始材料大多数为微细粒子(<3mm)，通常 为粒状、粉状或纤维状。在许多某些加工方法中，这些微细 粉粒会在压力作用下形成紧密的压实体。
压实体具有一定刚性和不均匀的孔隙度，因而应力分布也 是不均匀的，显然是离散型的。所以物性参数往往会有很大 改变。
工程上常采用“等效物性”来代替，如等效热导率。为简 化数学处理，对紧密压实层近似地视为固体(固体是刚性、各 向同性的均匀的连续体)，且熔体和压实体界面清晰。
PLA低温锻压（小于60 ℃ ～
70℃）加工，材料抗冲击强度提 高20倍以上.
提高高分子材料韧性的新型加工方法
PET
PIF成型
力学性能
片层微观结构
贝壳片层增韧机理
初步机理分析
贝壳砖泥结构
《塑料加工原理及应用》吴崇周主编的，第三章，成型加工中的热力学基础：
第一节 热力学基础 1、热力学的一般关系式 2、流动过程的能量平衡
聚合物的熔融和溶解
由于聚合物一般呈玻璃态，因此通常将其熔 融或溶解之后才能进行加工，特别是化学纤维成型。
问题
聚合物是否一定在熔融或溶解之后才能进行 加工?
某些聚合物可以直接在固态下成型
例1：纤维的固态挤出
聚合物固态挤出的 原料通常采用超高分 子量聚合物。
固态挤出工艺由三个 基本操作单元组成：
固态挤出不需溶剂、加工助剂或配料。所有操作均 在聚合物熔点以下进行。
▪ 当机筒温度较低、螺杆转数较高时，由剪切产 生的剪切热占主要地位。
▪ 当螺杆转数较低，机筒温度较高时，机筒的传 导热占主要地位。
3.耗散混合熔融
熔融热量由整个体积内将 机械能转变为热能来提供。
例：双辊塑炼（开炼）
4.利用电、化学或其他能源的耗散熔融方法
熔融的热量通过电、化 学或其他能源转变为热能 来提供。
超高分子量聚乙烯等的固态挤出工艺已开发成功。
例2:塑料的冷压成型（低温压力诱导流动成型） (PIF)
近年来，美国MIT的Anne M. Mayes教授发现一些嵌段 共聚物在压力的作用下，能够产生像熔体一样的流动现 象，从而可以冷压成型。 ➢ Nature 杂志称这种塑料为“evergreen plastics”
1.聚合物的分子结构
聚合物主链上引入 —CONH—、—CONCO—等，侧链上
聚合物熔体流动时，因黏度很大，产生的内摩擦力转换 为热能，在整个容积内迅速加热熔体，即黏性发热。
聚合物原料颗粒受外压作用，发生移动。因相互移动和 形变所消耗的机械功转换热能，可以加热或熔融聚合物颗粒， 即塑性形变加热。
聚合物熔体流动时，因黏度很大，一般都是蠕动流动， 因此对流传热可以忽略。
二、聚合物的热稳定性
5.压缩熔融
6.振动诱导挤出熔融
将振动力场引入聚合物熔融加工的全过程。实际上物料 是在一个封闭的压力容器中受到一个复杂的往复剪切力作用。
分子链会在两个作用力的方向进行排列，形成网格化结构。
二.聚合物的熔融热力学
聚合物的熔融过程服从热力学原理 :
∆F=∆H-T·∆S
熔融热ΔH表示分子或分子链段排布由有序转换到无序所需 要吸收的能量，与分子间作用力的大小密切相关。
熔融熵代表了熔融前后分子的混乱程度，取决于分子链的柔 顺程度。
聚合物熔融过程中系统的ΔF＝0 : Tm =∆H/∆S
当熔融热增大或熔融熵 减小时，Tm会增高。
当ΔH值一定时，Tm 主 要决定于ΔS的变化。
聚酰胺熔点与酰胺基浓度和链刚性的关系
表 几种主要成纤高聚物的熔点和热分解温度
三. 聚合物熔融的影响因素
例：聚合物在螺杆挤出机中的熔融
能量来源： ①装在机筒外 壁的加热器, 使能量在机筒 沿螺槽深度方 向自上而下传
导。
均化段
单螺杆挤出机结构示意图
能量来源：
②随着螺杆的转 动，筒壁上的熔膜 被强制刮下来移走 ,从而使熔融层受到 剪切作用，使部分 机械能转变为热能。
▪ 哪种热能占主导地位，取决于聚合物本身的 物理性质、加工条件和设备的结构参数。
1. 无熔体移走的传导熔融 熔融全部热量由接触或暴 露表面提供，熔融速率仅 由传导决定。
例：滚塑
2. 有熔体强制移走的传导熔融
熔融的一部分热量由接触表面的传导提供， 一部分热量通过熔膜中的黏性耗散将机械能 转变为热能来提供。
耗散—力学的能量损耗，即机械能转化为 热能的现象。
在外力作用下，大分子链的各运动单元 可能沿力的方向做从优取向的运动，就要克服 内部摩擦，所以要消耗能量,这些能量转化为 热能。
第二节 聚合物的热物理性质 1、比热容 2、热导率 3、比体积
第三节 聚合物的热力学性质 1、膨胀与压缩 2、状态方程 3、热焓和熵 4、成型加工中需要的热量
第四节 传热学的数值解和图式解 1、数值解法 2、图式ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ法
第一节 传热基本问题和原理
一.传热原理
聚合物热传导速率很低。且容易热降解，限制了传热温差， 若欲提高热传导速率，只有增大传热面积和减小厚度。