跨世纪的高分子科学--聚合物成型原理及成型技术

高分子材料是材料领域的后起之秀，它具有许多其他材料不可比拟的突出性能，在尖端技术、国防建设和国民经济各个领域已成为不可缺少的材料。大多数高分子材料需要经过成型加工才能形成制品，制品的质量取决于材料的选择和加工条件。高分子材料成型加工是控制其制品结构和性能的中心环节，内容涉及化学、物理、力学、机械、数理逻辑、计算机模拟等多学科，其任务是：了解高分子材料加工特性，确定最适宜加工条件，制取最佳性能产品，为合成具有预期性能的高分子材料提供理论依据，为解决高技术的突破提供关键材料。今后对这一学科的理解应上升到“这是一门学科交叉、科学与工程紧密结合的学科”的高度，重视对成型理论和加工新技术研究。
《聚合物成型原理及成型技术》 一书各章执笔人皆是在这一学科领域有多年工作经验的专家、学者，对这一学科和行业领域的现状、水平和发展趋势进行了论述。这一专著对从事高分子科学与工程的科技人员和高等院校有关专业的师生皆有参考价值，对促进我国高分子材料科学和工业的发展将会起到一定促进作用。

四川大学教授
中国科学院院士
2000年12月8日
于成都

本书介绍了我国在高分子聚合物成型过程中涉及到的流变学原理、热力学原理、力-化学原理、聚合物形态控制原理、计算机仿真模拟等方面基础研究的现状及所取得的成果，也对塑料、纤维、橡胶等聚合物材料的成型加工技术研究领域所获得的技术成果作了介绍。本书可作为从事高分子科研与教学的专业人员、研究生，高分子产业部门的工程技术人员的专业参考书。

第1章中国高分子科学的发展概况与趋势1
1.1历史的回顾1
1.2中国高分子科学研究的概况3
1.2.1一般概况3
1.2.2学科概况3
1.2.3学科特点4
1.2.4目前存在的问题5
1.3中国高分子化学的研究6
1.4中国高分子物理的研究7
1.5中国高分子工程的研究8
1.6中国功能高分子与新材料的研究9
1.7高分子科学发展趋势与展望11
参考文献12
第2章聚合物成型原理及流变学14
2.1聚合物加工成型原理14
2.2聚合物熔体流变模型15
2.2.1各向异性聚合物链构象结构流变模型17
2.2.2指数定律流变模型20
2.2.3体积守恒流变模型24
2.3聚合物共混体系流变模型24
2.3.1聚合物/聚合物熔体共混过程动力学模型24
2.3.2聚合物共混体系静态凝聚理论30
2.4聚合物复杂流体的唯象定律32
参考文献34
第3章聚合物在螺杆上的挤出过程36
3.1概述36
3.1.1挤出的特点36
3.1.2螺杆几何参数37
3.1.3挤出过程37
3.1.4研究领域——g函数群和f函数群40
3.1.5黑箱与可视化技术40
3.1.6挤出理论物理模型44
3.2固体输送理论46
3.2.1非塞流固体输送理论46
3.2.2塞流固体输送理论50
3.3熔融理论56
 3.3.1熔融段第一区——上熔膜区56
3.3.2熔融段第二区——熔池区（Tadmor熔融理论）56
3.3.3熔融段第三区——5区模型62
3.3.4熔融段第四区——固相破碎理论64
3.4熔体输送理论——熔体输送区68
3.4.1基本方程及其简化68
3.4.2无限平行平板模型详解70
3.4.3牛顿平行平板模型的修正74
3.4.4二维和三维流动模型分析77
参考文献80
第4章聚合物在应力作用下的力化学反应82
4.1引言82
4.2高分子溶液力化学反应83
4.2.1高分子溶液的超声波辐照力化学反应83
4.2.2高速搅拌下聚合物溶液的力化学反应89
4.3高分子固态力化学反应90
4.3.1力化学降解90
4.3.2新型力化学反应设备93
4.3.3固相力化学聚合和共聚合反应93
4.3.4聚合物共混填充体系的力化学增容96
4.4高分子熔体力化学反应97
4.4.1聚合物熔体的力化学降解97
4.4.2聚合物共混体系熔体力化学增容99
4.4.3聚合物熔体力化学改性100
参考文献101
第5章聚合物合金成型过程中的热力学行为104
5.1引言104
5.2FloryHuggins理论104
5.3状态方程理论105
5.3.1Flory状态方程理论105
5.3.2格子流体理论106
5.3.3SAFT理论107
5.4近代物理方法在聚合物理论研究中的应用107
5.4.1标度与重整化群理论108
5.4.2密度泛函理论108
5.4.3格子集团理论109
5.4.4积分方程理论109
5.5结束语110
参考文献110
第6章振动力场作用下聚合物熔体的流动行为116
6.1概述116
6.2聚合物加工过程中的熔体振动技术116
6.2.1聚合物熔体中引入振动力场的基本体系116
6.2.2聚合物熔体振动挤出技术116
6.2.3聚合物熔体振动注射技术119
6.3振动力场对熔体黏弹性的影响121
6.3.1小振幅振动剪切流场中的黏弹流体121
6.3.2振动力场对聚合物熔体黏性的影响122
6.3.3振动力场对聚合物熔体弹性的影响125
6.3.4振动力场作用下的熔体的本构方程描述127
6.4熔体振动对聚合物加工过程的影响128
6.4.1振动力场对熔体挤出加工过程的影响128
6.4.2振动力场对熔体注射加工过程的影响129
6.5结束语130
参考文献130
第7章聚合物电磁动态塑化成型原理及技术132
7.1概述132
7.1.1挤出成型加工技术及挤出机的发展132
7.1.2注射成型技术及注射机的发展134
7.2聚合物塑化挤出新概念135
7.2.1挤出机直接电磁换能及结构集成化135
7.2.2聚合物动态塑化挤出过程概念136
7.3振动力场作用下聚合物塑化挤出成型原理136
7.3.1振动力场对固体物料输送段的影响136
7.3.2振动力场作用下聚合物熔融塑化137
7.3.3振动力场强化聚合物熔体输送挤出过程137
7.4塑料电磁动态塑化挤出机及其应用139
7.4.1结构及技术特点139
7.4.2主要技术特性试验结果139
7.4.3挤出制品特性研究140
7.5振动力场强化聚合物塑化注射成型技术142
7.5.1聚合物动态塑化注射成型概念142
7.5.2塑料电磁动态塑化注射机及其技术特征143
7.5.3振动场强化塑料注射成型制品的性能144
参考文献145
第8章气辅注塑成型原理及技术146
8.1概述146
8.2气体辅助注塑成型原理146
8.2.1基本工艺过程146
8.2.2气体发生与控制设备146
8.2.3气体控制和注入技术147
8.2.4加工控制基本参数148
8.3计算机辅助工程（CAE）在气辅中的应用149
8.3.1气辅注塑中CAE应用的意义149
8.3.2典型CAE软件的数学表达150
8.3.3CAE分析150
8.4气辅注塑成型应用151
8.4.1厚壁、偏壁及管棒状制件151
8.4.2平板状制件151
8.4.3产品缺陷诊断与排除154
8.5模具设计制造和产品设计准则156
8.5.1模具设计与制造技术156
8.5.2产品设计准则157
8.6展望160
参考文献160
第9章聚合物吹塑成型原理及技术162
9.1概述162
9.2中空吹塑成型原理163
9.2.1中空吹塑成型过程及原理163
9.2.2中空吹塑成型中的流变学问题164
9.3吹塑成型技术170
9.3.1吹塑成型的主要方法170
9.3.2吹塑成型的设备171
9.3.3吹塑成型模具173
9.3.4吹塑成型中的型坯壁厚控制176
9.3.5吹塑成型用聚合物的选择178
9.4吹塑成型的工业应用179
9.5展望吹塑成型180
参考文献180
第10章反应加工184
10.1反应加工的基础知识184
10.1.1反应加工技术的形成背景184
10.1.2反应加工技术分类186
10.2反应挤出用于高分子改性190
10.2.1高分子可控降解的反应挤出191
10.2.2高聚物的接枝聚合反应192
10.2.3高分子合金195
10.3聚合反应挤出技术200
10.3.1聚合反应挤出技术实施的前提200
10.3.2缩合聚合反应201
10.3.3开环聚合反应204
10.3.4双键聚合反应207
10.4反应挤出聚合的控制原理216
10.4.1数学模拟216
10.4.2反应动力学模型217
10.4.3停留时间分布的模型218
10.4.4流动模型219
10.4.5黏度模型220
10.4.6传热模型220
10.5结束语221
参考文献222
第11章聚合物的凝胶纺丝原理与技术225
11.1前言225
11.1.1凝胶纺丝技术的由来及基本特征225
11.1.2凝胶纺丝技术发展概况226
11.2凝胶纺丝的基本原理229
11.2.1纤维高强化的理论计算及理想结构模型229
11.2.2常规纤维结构与理想结构模型的差距229
11.2.3凝胶纺丝成品纤维结构及其形成的机理231
11.3凝胶纺丝用主要设备特征236
11.3.1双螺杆纺丝机的结构及作用236
11.3.2超倍拉伸机设计的基本原则236
11.4展望237
参考文献237
第12章橡胶成型原理及技术239
12.1橡胶成型概况239
12.1.1橡胶成型239
12.1.2橡胶成型的发展趋势239
12.2橡胶与配合剂的混炼241
12.2.1橡胶在密炼机中的混炼状态241
12.2.2橡胶与固体粒子的混炼规律243
12.2.3橡胶与油料的混炼规律245
12.2.4密炼机橡胶混炼过程的功率控制245
12.2.5密炼机橡胶混炼过程功率曲线247
12.3混炼胶质量的预测与控制251
12.3.1混炼胶黏度的预测252
12.3.2混炼胶分散度的预测258
12.3.3混炼胶质量的控制260
参考文献261
第13章聚合物成型过程中的形态控制技术263
13.1纤维增强复合材料的结构控制263
13.1.1剪切控制取向挤出成型263
13.1.2旋转挤出成型263
13.1.3扩管口模共挤出成型264
13.1.4剪切控制取向注射成型265
13.2用形态控制技术实现聚合物材料自增强265
13.2.1固相形变法266
13.2.2流体相加工方法272
13.3通过剪切作用下的液液相分离控制共混物的形态281
参考文献284
第14章聚合物复杂流体研究的数学方法286
14.1控制方程286
14.2本构方程286
14.2.1OldroydB（OB）流体287
14.2.2Phan ThienTanner（PTT）流体287
14.2.3FENE、FENEP和FENECR流体287
14.3聚合物流体流动问题的数值方法289
14.3.1有限差分方法289
14.3.2边界元方法289
14.3.3有限体积方法289
14.3.4有限元方法290
14.4LagrangeEuler（LE）方法292
14.4.1流场内网格的剖分方法295
14.4.2LE核心算法295
14.4.3计算结果与实际流动问题的比较298
参考文献299
第15章聚合物模压成型加工的计算模拟301
15.1聚合物模压成型加工计算模拟的一般方法301
15.2聚合物模压成型过程的数学建模302
15.2.1流变学模型302
15.2.2化学流变学模型303
15.2.3反应动力学模型304
15.2.4脱气模型305
15.2.5压实模型306
15.2.6其他一些材料行为模型307
15.3有限元数值方法在模压成型加工模拟中的应用307
15.4纤维增强热塑性聚酰亚胺反应模压成型中脱气过程的模拟310
15.4.1缩聚脱气过程的数学建模311
15.4.2缩聚脱气模型的有限元求解313
15.4.3缩聚脱气条件的优化314
参考文献316
作者通讯录319