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目录1

序1

前言1

第一章　绪论1

1.1　聚合物成型加工技术简史1

1.2　挤出成型加工技术及螺杆挤出机2

1.3　注射成型技术及螺杆注射机3

1.4　聚合物动态塑化成型加工新方法及新设备4

1.4.1　聚合物动态塑化成型加工新概念提出背景及意义4

1.4.2　聚合物动态塑化成型加工新原理及新技术6

1.5　本书范围10

第二章　聚合物熔体振动剪切流动特性与行为11

2.1　概述11

2.2　毛细管脉动挤出黏弹特性测量与表征12

2.2.1　毛细管动态流变仪中脉动挤出过程动态黏度的测量12

2.2.2　毛细管脉动挤出过程中第一法向应力差的测量与表征19

2.3.1　脉动注射充模过程的物理模型24

2.3　脉动注射充模过程流变特性测量与表征24

2.3.2　脉动注射充模过程的数学模型25

2.3.3　脉动注射充模过程熔体黏性测量的理论分析28

2.4　狭缝流道脉动挤出过程的测量与表征34

2.4.1　物理模型的建立34

2.4.2　数学模型的建立及求解35

2.5　聚合物熔体脉动挤出过程的光散射测量与表征38

2.5.1　光散射理论38

2.5.2　通过圆截面模头流道应力条纹分析40

2.5.3　散射光光强散射矩阵与聚合物熔体43

2.6　振动剪切流变行为及混沌动力学45

2.6.1　振动剪切流场下聚合物流变行为的表征46

2.6.2　振动剪切流场下聚合物流变行为混沌特征的提取50

2.6.3　振动剪切流场下聚合物流变行为混沌特征的识别与分析59

2.6.4　基于小波去噪的动态表观黏度功率谱分析66

2.6.5　振动剪切流场下聚合物挤出过程流变行为的黏弹行为预测71

参考文献77

3.2.1　基于高分子链缠结动力学的瞬态网络结构理论78

3.2　振动剪切流场中聚合物熔体动态速率方程78

第三章　振动力场作用下聚合物熔体本构方程78

3.1　概述78

3.2.2　纯振动剪切流场中聚合物熔体的动态速率方程80

3.2.3　正弦脉动流场中聚合物熔体动态速率方程83

3.3　振动剪切流场中的聚合物熔体瞬态网络结构模型84

3.3.1　纯振动剪切流场中熔体的非仿射瞬态网络结构模型85

3.3.2　正弦脉动流场中熔体的非仿射瞬态网络结构模型89

3.4　正弦脉动流场中熔体非仿射本构方程适应性的实验验证93

3.4.1　柱坐标系下聚合物熔体的非仿射瞬态网络结构模型94

3.4.2　毛细管壁处熔体剪切应力的实验值与理论值的比较95

3.4.3　毛细管壁处熔体第一法向应力差的实验值与理论值的比较97

3.5　基于非仿射瞬态网络结构模型的聚合物熔体流变行为分析100

3.5.1　振动剪切流场中聚合物熔体剪切应力的响应100

3.5.2　振动剪切流场中聚合物熔体缠结密度响应101

3.5.3　振动剪切流场中聚合物熔体表观黏度的响应104

3.5.4　振动剪切流场中聚合物熔体法向应力差的响应105

3.6　动态成型加工中幂律定理的修正109

参考文献117

第四章　聚合物散体单螺杆振动强化输运过程119

4.1　概述119

4.2　散体振动强化输运过程简化模型120

4.3　数学模型线性化近似处理及解析121

4.3.1　连续方程121

4.3.2　运动方程123

4.3.3　边界条件125

4.3.4　无量纲化及线性化处理126

4.3.5　模型求解128

4.4　螺杆轴向振动对散体输运过程的影响132

4.4.1　沿螺槽方向上的压力分布133

4.4.2　沿螺槽方向上的速度分布138

4.4.3　固体输送流率141

4.4.4　固体输送段长度142

4.4.5　固体输送角144

4.5　散体振动强化输运功率分析145

4.6　散体振动强化输运理论算例148

参考文献149

第五章　聚合物振动诱导单螺杆熔融塑化过程150

5.1　实验观察150

5.2　振动诱导单螺杆熔融塑化过程简化模型154

5.3　动态熔融塑化过程近似数学解析156

5.3.1　熔融速率156

5.3.2　固体床分布及熔融段长度166

5.3.3　能耗分析167

5.4　螺杆轴向振动对熔融塑化过程的影响169

5.5　动态熔融塑化理论算例及实验验证174

5.5.1　实例计算174

5.5.2　实验验证179

参考文献182

第六章　聚合物熔体单螺杆振动诱导输运过程183

6.1　概述183

6.2　流场描述及物理模型183

6.3.1　基本假设184

6.3　流场动力学方程与熔体本构模型184

6.3.2　流场动力学方程与熔体本构模型185

6.4　振动诱导熔体输运流场解析190

6.4.1　第一种Tanner修正模型输运流场分析190

6.4.2　第二种Tanner修正模型输运流场分析202

6.5　振动诱导熔体输运功率分析210

6.5.1　螺槽内熔体输运功率分析211

6.5.2　螺棱间隙处功率耗散215

6.5.3　螺杆计量段的功率消耗217

6.6　平行平板模型的修正218

6.6.1　螺纹侧壁影响的修正218

6.6.2　料筒内表面曲率影响的修正218

参考文献219

第七章　聚合物熔体振动剪切混合过程220

7.1　概述220

7.2　熔体振动剪切分布混合过程表征221

7.2.1　界面面积、条纹厚度的概念221

7.2.2　动态剪切流场中界面面积的增长222

7.3　圆截面口模脉动剪切层流混合224

7.4　单螺杆螺槽中振动强化层流混合225

7.4.1　螺槽中熔体的停留时间分布226

7.4.2　脉动剪切总形变量（剪切强度）分析234

7.5　熔体振动强化分散混合过程表征241

7.5.1　固体粒子颗粒团聚体的破裂241

7.5.2　液滴的破裂244

7.5.3　分散混合效果的衡量标准245

7.6.1　脉动剪切应力对分散相破裂过程的影响246

7.6　毛细管脉动挤出分散混合246

7.6.2　脉动流场强化分散过程的应用实例248

7.7　聚合物多组分混炼效果的光散射测量与表征249

7.7.1　光散射理论250

7.7.2　多组分体系混炼效果表征252

7.8　振动强化聚合物多组分狭缝流场混炼效果的光散射测量与表征256

7.8.1　狭缝流场混炼效果光散射测量实验256

7.8.2　狭缝流场混炼效果理论表征256

7.8.3　狭缝流场混炼效果光散射测量与表征259

参考文献267

第八章　聚合物熔体典型脉动挤出和注射成型268

8.1　概述268

8.1.1　典型脉动挤出成型268

8.1.2　典型脉动压力诱导注射成型268

8.2　圆截面与窄平缝口模脉动挤出过程269

8.2.1　圆截面口模脉动挤出过程269

8.2.2　窄平缝口模脉动挤出过程275

8.3.1　张量初步276

8.3　圆截面口模脉动挤出胀大276

8.3.2　圆截面口模脉动剪切流动的微元分析278

8.3.3　记忆函数280

8.3.4　应力张量281

8.3.5　挤出胀大方程的推导283

8.4　圆碟模腔脉动注射成型过程286

8.4.1　熔体在浇道中的流动287

8.4.2　熔体在模腔中的流动294

8.4.4　脉动压力诱导保压303

8.4.3　浇道与模腔的接合303

参考文献310

第九章　塑料单螺杆振动塑化挤出机及应用311

9.1　概述311

9.2　振动塑化挤出机的结构和工作原理312

9.2.1　转动驱动系统的结构313

9.2.2　塑化挤出系统的结构314

9.2.3　激振器的结构和工作原理315

9.3.1　转动驱动系统的设计316

9.3　振动塑化挤出机的设计316

9.3.2　挤压系统的设计317

9.3.3　加热冷却系统的设计322

9.3.4　轴向激振系统的设计323

9.4　振动系统的幅频特性326

9.4.1　力学模型的建立326

9.4.2　数学模型中各参数的确定327

9.4.3　模型求解与振动幅频特性分析328

9.5　单螺杆振动塑化挤出综合工作特性330

9.5.1　螺杆特性分析331

9.5.2　挤出功率特性分析333

9.6　mLLDPE薄膜振动诱导塑化挤出成型334

9.6.1　影响薄膜吹塑成型的主要因素335

9.6.2　塑料电磁动态塑化挤出吹膜机组335

9.6.3　茂金属线形低密度聚乙烯（mLLDPE）薄膜吹塑成型336

9.7　微孔塑料振动诱导塑化挤出成型340

9.7.1　微孔塑料及其挤出成型技术340

9.7.2　微孔塑料振动诱导发泡过程模拟343

9.7.3　微孔塑料振动诱导单螺杆塑化挤出设备350

9.8　塑料管材、片材制品的振动诱导塑化挤出成型352

9.8.1　管材挤出成型352

9.8.2　片材挤出成型354

参考文献357

第十章　聚合物三螺杆动态混炼挤出机及应用358

10.1　概述358

10.2　三螺杆动态混炼挤出机结构形式358

10.2.1　特殊电机驱动结构形式359

10.2.2　标准电机驱动结构形式362

10.3　三螺杆动态混炼挤出及原理363

10.3.1　三螺杆动态混炼挤出过程363

10.3.2　振动力场对分布混合的强化机理369

10.4　振动系统的幅频特性375

10.4.1　主螺杆轴向振动阻尼系数375

10.4.2　激振力计算378

10.4.3　幅频特性分析379

10.5.1　聚合物／无机物复合材料共混制备技术381

10.5　聚合物／无机物复合材料振动强化制备381

10.5.2　聚合物／无机物填充体系三螺杆动态混炼挤出过程模拟382

10.5.3　PP/CaCO3复合材料三螺杆动态混炼挤出制备生产线383

参考文献385

第十一章　聚合物脉动压力诱导注射成型机及应用386

11.1　概述386

11.2　脉动压力诱导塑化注射装置387

11.2.1　电磁激振式动态注射成型装置387

11.2.2　液压激振式脉动压力诱导注射成型装置388

11.3.1　物理模型的建立390

11.3　螺杆轴向脉动特性390

11.3.2　螺杆轴向振动空载固有频率391

11.3.3　阻尼系数的确定392

11.3.4　注射螺杆脉动响应及分析394

11.4　脉动压力诱导注射功率特性397

11.4.1　注射充模能耗的数学建模及求解397

11.4.2　注射充模能耗的实例计算406

11.5.1　淀粉塑料发展概况407

11.5　淀粉塑料制品动态注射成型407

11.5.2　淀粉塑料的加工特点及其注射成型409

11.5.3　淀粉塑料制品动态注射成型设备410

11.6　金属粉末脉动注射成型413

11.6.1　粉末冶金及粉末注射成型技术413

11.6.2　粉末喂料的动态流变特性415

11.6.3　粉末脉动注射充模过程模拟417

11.6.4　金属粉末脉动注射成型设备420

11.6.5　金属粉末脉动注射成型技术特色423

参考文献425

第十二章　振动塑化加工对聚合物制品结构性能的影响426

12.1　概述426

12.2　振动塑化挤出成型制品的力学性能427

12.2.1　振动塑化挤出吹膜制品的力学性能427

12.2.2　振动塑化挤出片材的力学性能429

12.2.3　振动塑化挤出过程中熔体大分子二维取向定性描述430

12.3　脉动压力诱导注射成型制品的力学性能431

12.4　振动力场对聚合物共混／复合材料性能的影响435

12.5　结晶聚合物的晶态结构对振动力场的响应436

12.5.1　高密度聚乙烯（HDPE）436

12.5.2　低密度聚乙烯（LDPE）439

12.5.3　聚丙烯（PP）441

12.6　振动力场对结晶聚合物的结晶行为的影响443

12.6.1　振动力场对PET冷结晶行为的影响443

12.6.2　振动力场用PET冷结晶动力学参数的影响分析445

12.7　振动力场对聚合物熔体微观形态的影响449

12.7.1　振动力场作用对干涉条纹的影响450

12.7.2　振动力场作用对光强矩阵的影响454

12.8　聚合物复合体系相结构对振动塑化的响应458

参考文献460

第十三章　聚合物动态塑化成型加工过程控制461

13.1　概述461

13.2　振动诱导塑化成型过程控制特性461

13.2.1　振动诱导塑化挤出过程动态特性461

13.2.2　脉动注射过程模腔压力动态行为466

13.3.1　螺杆轴向振动驱动器469

13.3　螺杆驱动系统469

13.3.2　螺杆转速调节系统472

13.3.3　动态注射成型过程伺服驱动系统476

13.4　过程参量智能控制算法479

13.4.1　动态挤出过程熔体温度与压力模糊解耦控制算法479

13.4.2　脉动压力诱导注射速度小脑模型神经网络复合控制算法489

13.5　控制系统设计与实现494

13.5.1　控制系统总体结构494

13.5.2　控制系统硬件设计495

13.5.3　控制系统软件设计502

13.5.4　控制系统在线运行505

参考文献512

第十四章　聚合物动态成型加工过程综合测试及模拟513

14.1　概述513

14.2　动态成型加工典型操作单元模块化513

14.2.1　主驱动激振模块514

14.2.2　单螺杆挤出模块515

14.2.3　三螺杆混炼模块516

14.2.4　注射模块517

14.2.5　辅助模块517

14.2.6　测控模块518

14.2.7　试验模具519

14.3　聚合物及其复合材料广义流变性能测量520

14.4　聚合物动态共混改性过程及其特性测量表征523

14.4.1　工艺条件的优化研究523

14.4.2　配方与加工特性的研究524

14.4.3　PP/CaCO3共混体系动态与稳态加工对比525

14.5　动态成型加工典型操作过程模拟实验526

14.5.1　薄膜、片材动态挤出成型过程模拟实验527

14.5.2　螺线槽模具动态注射填充模拟实验529

第十五章　动态成型加工技术延伸及进一步创新 ——聚合物动态反应加工技术及设备533

15.1　概述533

15.2　工程塑料动态缩聚反应技术及连续反应器534

15.2.1　聚碳酸酯动态多螺杆连续缩聚反应器535

15.2.2　尼龙11动态多螺杆缩聚反应器536

15.2.3　动态多螺杆缩聚反应器技术特点537

15.3　高分子材料动态共混增容反应挤出538

15.3.1 改性塑料二级三螺杆动态反应挤出机结构原理538

15.3.2　二级三螺杆动态反应挤出机技术特点539

15.4　反应挤出动态全硫化TPV制备540

15.41　TPV及其动态全硫化制备技术540

15.4.2　振动力场强化动态全硫化指TPV的研究542

15.4.3　反应挤出动态全硫化生产设备其TPV制品的性能548

参考文献551

主要符号表552