第一篇：青島科技大學(xué)聚合物加工原理知識總結(jié)(濃縮版)

第一章

? 聚合物加工原理涉及到材料的性質(zhì)、加工工藝和機械設(shè)備之間的相互影響作用，必需了解、認(rèn)識并掌握它們之間的協(xié)調(diào)關(guān)系

? 八大應(yīng)用領(lǐng)域：生命科學(xué)與生物技術(shù)、信息科學(xué)與工程、材料科學(xué)與工程、新型能源科學(xué)、環(huán)境科學(xué)、海洋科學(xué)、宇航科學(xué)、安全科學(xué)

? 聚合物加工的科學(xué)內(nèi)涵：?重要性（材料轉(zhuǎn)化為產(chǎn)品的關(guān)鍵）、?科學(xué)性（為…提供理論依據(jù)）、?工程性（注重工程實際）、?綜合性（涉及多學(xué)科，形成一門科學(xué)與工程緊密結(jié)合的學(xué)科）

? 聚合物的特殊性質(zhì)：成型性好、比重小、耐腐蝕、耐磨損、電絕緣性好、保溫性好、隔音性好、容易染色、透明性好、防輻射、耐高溫、變形小、彈性好、防蛀性好 ? 聚合物加工兩個顯著特性：科學(xué)性（涉及多種方法）、綜合性或技術(shù)的集成性（依賴于多門學(xué)科知識的有機結(jié)合）

第二章

? 聚合物的成型加工要求：?使聚合物熔融或軟化，呈現(xiàn)流動性與可塑性；?賦予制品一定形狀；?對某些聚合物，以某些單體或低分子化合物開始，按一定程序反應(yīng)，制成所需材料或制品，尤其是熱固性塑料。?通過加工操作利用原材料的物理或化學(xué)變化，達(dá)到對物料改性的目的。

? 主要成型方法：?擠出 ?注塑 ?壓延 ?壓縮模塑 ?熱成型

? 加工新技術(shù)：?氣輔注射 ?微孔發(fā)泡 ?多層成型 ?多相成型 ?反應(yīng)成型 ?低壓成型

? 主要成型設(shè)備：

?開放式煉膠機：開煉機用來制備塑煉膠、混煉膠、進(jìn)行熱煉、出型加工，它是使用最早的塑煉方法。其加工塑煉膠料質(zhì)量好，收縮小，但生產(chǎn)效率低，勞動強度大、有污染。適宜于膠料變化多和耗膠量少的工廠。

?密煉機：可進(jìn)行塑煉、混煉（初煉、終煉）。與開煉機比，具有效率高、周期短、能力大、污染小等優(yōu)點。

?擠出機：在旋轉(zhuǎn)著的螺桿軸向力作用下，通過位于口模端一特定形狀的通道，獲得該通道所具有的截面形狀，其成型連續(xù)、穩(wěn)定。

問題：制品不均勻，擠出不穩(wěn)定，擠出有脹大，能量損耗。

原因：?均勻性 ?熔體破裂（影響擠出速度穩(wěn)定性）?擠出物脹大特性 ?能量耗散性 ?注射成型機：間歇周期成型,成型周期短，效率高，熔料模具磨損小，能成批量地成型形狀復(fù)雜，表面、圖案與標(biāo)記清晰，尺寸精度高的塑件。

主要問題：?模腔充不滿 ?過充（稱為飛邊）?尺寸精度達(dá)不到 ?各部分物料不均勻?成型后各部分收縮不均勻

影響因素：流道截面及模腔截面形狀、料筒溫度、注射壓力及速度、保壓時間、模具溫度、塑件厚度

?壓延成型機：連續(xù)的薄膜及片材成型方法，加工能力大，生產(chǎn)速度快，產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定，但設(shè)備龐大，投資高，寬度受壓延輥長限制。

主要問題：薄膜寬度及厚度的控制(難于控制），雜質(zhì)的去除（不易去除）。影響因素：壓延成型輥數(shù)目、排列方式，成型輥的溫度、速度、過濾裝置。

? 聚合物加工主要步驟：?混合、混煉 ?成型 ?后加工 ? 按形態(tài)轉(zhuǎn)變加工操作兩個過程：?成型準(zhǔn)備階段 ?成型階段

? 聚合物加工機械發(fā)展的推動因素：?社會需求 ?相關(guān)學(xué)科知識交叉、滲透與融合 ? 主要設(shè)計思想：?借用（金屬成型方法中借用）?轉(zhuǎn)化（橡塑設(shè)備相互轉(zhuǎn)化）?發(fā)展

第三章

? 材料的三種性質(zhì)：?材料內(nèi)在性質(zhì) ?加工性質(zhì) ?產(chǎn)品性質(zhì)

? 可加工性：?可擠壓性 ?可模塑性 ?可延展性（可拉伸性）? 流動機理：鏈段相繼躍遷

? 滯后效應(yīng)：形變遲于外力的現(xiàn)象稱為“滯后效應(yīng)”或“彈性滯后”。? 擠出時脹大，注射時收縮 ? 巴拉斯效應(yīng)（擠出脹大），措施：增加口模長度、提高口模溫度 ? 韋森堡效應(yīng)（包軸現(xiàn)象）：開煉及壓延過程中存在反流

? 熔融破裂：高彈形變占的比例大，超過粘流形變時，產(chǎn)生熔體破裂。

? 流動類型：(1)層流與紊流(2)穩(wěn)流與非穩(wěn)流(3)等溫流與非等溫流(4)一維流、二維流及三維流(5)拉伸流、剪切流(6)拖曳流、壓力流

第四章

? 牛頓流動：?黏度不隨剪切速率變化 ?應(yīng)變具有不可逆性質(zhì)，即有純粘性流體特點???dvd? ??????drdt

? 非牛頓流動：?剪應(yīng)力與剪切速率不成正比, 粘度取決于剪切作用

?非牛頓性是粘性和彈性行為的綜合，流動過程中包含著不可逆形變和可逆形變兩種成分

n?dv??d????K???K???K?????dr??dt? nn? 影響聚合物流變行為（η）因素：1.聚合物熔體內(nèi)的自由體積2.大分子長鏈之間的纏結(jié) 具體影響：溫度、壓力、剪切速率、結(jié)構(gòu)組成、添加劑

? 張量物理定義：一點處不同方向面上具有不同矢量值的物理量。

? 張量不變量：應(yīng)力主軸在空間的取向和主應(yīng)力的大小是坐標(biāo)變換時的不變量。

? 流變學(xué)基礎(chǔ)方程：

?連續(xù)性方程：封閉系統(tǒng)內(nèi)的質(zhì)量是一定的。

D???????????Vx?Vy?VzDt?t?x?y?z

D?Dt也稱為密度的隨體導(dǎo)數(shù)，其意思是指密度隨著流體質(zhì)點一起運動所產(chǎn)生的變化率。等式右邊第一項表示密度隨時間的變化，稱為局部導(dǎo)數(shù)，它是由流動場的不穩(wěn)定性引起的。其它三項表示密度隨空間位置的變化，稱為遷移導(dǎo)數(shù)，它是由流動場的不均勻性引起的。

?動量守恒方程：系統(tǒng)的動量變化率等于該系統(tǒng)上的全部作用力。

左邊第一項稱為慣性力項，它反映單位時間、單位體積流體的動量的增量；

右邊第一項是靜壓項，反映壓力梯度對動量的影響；

右邊第二項是粘性力項，反映應(yīng)力變化對動量的影響；

右邊第三項是重力項（或重力分量）反映重力對動量的影響。

?能量守恒方程 DV????p??????gDt?CVDT??p??????q??T????V??：?VDt??T?p

????等式左邊第一項是內(nèi)能項，它表示單位時間內(nèi)某點的溫度變化 右邊第一項為熱傳導(dǎo)熱流量，反映熱傳導(dǎo)引起的空間溫度變化。右邊第二項為由于溫度變化引起的壓縮或膨脹作功 右邊第三項為粘性耗散，表示粘性流體發(fā)熱

?流變狀態(tài)方程 牛頓流體：

?yz??dVz???yzdy

是剪切速率（也是速度梯度）dVzdy，?yz非牛頓流體：

?yzn?dV??K?z??K??yz??dy? nK為稠度，它表示當(dāng)切變速率為1時，流體所受的剪切應(yīng)力；

n 流動指數(shù)。第五章

? 增壓的目的及途徑：

目的：①定向流動 ②提高傳熱效率 ③使制品密實 ④排氣 途徑：①設(shè)備結(jié)構(gòu) ②聚合物熔體流變特性（粘度大）? 增壓的分類:

?DVDt?稱為慣性項，產(chǎn)生的壓力稱為慣性增壓，如：離心澆注、冷壓的熱擠出。

?DV???P??????gDt?P ?施加外力→產(chǎn)生壓力（正機械位移），外（靜）增壓。如：注射過程的壓力；全捏合異向回轉(zhuǎn)雙螺桿擠出機；齒輪泵擠出機。

????粘性動增壓→ 拖曳流。如：單螺桿擠出機、壓延、輥式混煉機

?g?體積力增壓如：壓注模塑，沒有流動或容器壁面不運動，與流體變形無關(guān)。

??是由于熔體流動變形產(chǎn)生的壓力，屬動增壓法； ??與熔體流動（或變形）無關(guān)，屬靜增壓。?平行平板流動（動粘增壓）：利用平板的移動，通過粘性流體的拖曳流動，實現(xiàn)增壓作用。? 兩種分析方法：簡化為一維流動的近似方法、平面二維流動分析方法 ?

Vx和Vz看作是相互獨立的、彼此無關(guān)聯(lián)的兩個流動速度 ? 假設(shè)其它條件同牛頓流體：①層流 ②等溫、定常 ③壁面無滑移 ④非牛頓流體 ⑤忽略重力 ⑥全展流

? 牛頓流體在平行平板間的凈流率等于拖曳流p與壓力流d的線性疊加。

q?qdH2dPa?????qdqd6?Vbdz

a 稱為截流比qpq=qd+qp

截流比 a：①代表擠出機的操作狀態(tài) ②反映了壓力梯度的大小

? 非牛頓流體與牛頓流體的區(qū)別：

（1）對非牛頓流體,產(chǎn)量不能分解為獨立的拖曳流和壓力流(速度也是如此)產(chǎn)量，而牛頓流體可以分解為拖曳流和壓力流

pz、ξ（2）在給定的拖曳速度下，產(chǎn)量是無因次壓力梯度G和流變參數(shù)s、抖 0的函數(shù)。（3）牛頓流體產(chǎn)量最大。

? 非平行平板流動（動粘增壓）：

機理：（1）流體動壓潤滑機理（2）螺槽入口與出口容積不同，產(chǎn)出壓縮比

應(yīng)用：刀涂、輥涂、輥式混煉機、壓延、雙輥擠出、滑動軸承

建立方程與平行平板之間的不同之處在于邊界條件的不同。H=H 列出二維雷諾方程，再簡化為一維流動，結(jié)果：

*dP=0dz

P=f(H0、H1、L Vb、q h)壓力的建立取決于：幾何參數(shù)、物性參數(shù)，物料粘性參數(shù) 結(jié)論平行平板入口壓力等于出口壓力時, 沒有增壓； 非平行平板入口壓力等于出口壓力時, 有增壓

最大壓力出現(xiàn)在H?2H0?1??0?*Pmax?P0?，dp/dz=0處，6?LVbH0H*

第六章

? 擠出機主要功能：固體輸送、熔體輸送、熔融、混合、壓縮物料、排氣。? 過程：

1.加料（筒外固體輸送）

塑料：物料多為粉狀或粒狀，容易形成架橋，主要考慮物料的內(nèi)摩擦，設(shè)計料斗的錐角。橡膠：物料多為條狀或片狀，容易形成打滑、饑餓喂料或返膠，主要考慮物料的粘性作用，及喂料口的結(jié)構(gòu)形式

2.輸送（筒內(nèi)固體輸送）

① fb，fs → 溫度、粗糙度、物料性質(zhì) ② 物料間的摩擦系數(shù) → 相對速度 ③ 螺桿重要幾何參數(shù) 3.螺桿的壓縮及設(shè)計考慮

改變傳熱效率、增加熔融速率、增強排氣作用 螺槽幾何尺寸沿軸向變化 4.熔融（塑化）過程

塑料：壓力升高、摩擦溫度到熔點，形成熔膜→熔池→ 熔池加寬，固體床從寬到零 橡膠：壓力升高→軟化點，產(chǎn)生粘彈→粘流態(tài)→ 從外到內(nèi)。5.混合實現(xiàn)

固體輸送顆粒之間的混合程度取決于螺槽的充滿程度。

理論上混合作用產(chǎn)生于熔體流動層流之間?；旌鲜刮锪习l(fā)生分散、分布混合，并產(chǎn)生熱量混合。

6.排氣實現(xiàn)

條件：要有氣體排出的通道，（限定的長度）有一定壓力。

? 影響牽引角θ的因素：牽引角θ影響擠出生產(chǎn)率，它取決于螺桿幾何參數(shù)、摩擦系數(shù)及固體輸送段的壓力增加情況。

cosq=Ksinq+Msinq=

1+K2-M2-KM1+K2

∵θ=0，M=1 → Qs=0 ∴要使θ增加，使 K、M盡可能減小→f b增加，f s減小。

? 增大固體輸送率關(guān)鍵是控制摩擦系數(shù), 影響摩擦系數(shù)的因素有:(a)降低螺桿表面粗糙度，降低摩擦系數(shù)(b)提高機筒內(nèi)表面的摩擦系數(shù)

(c)溫度、壓力及速度都對摩擦系數(shù)有影響。? 熔料在螺槽中流動的四種類型： ?正流（拖曳流、順流）：機筒的相對摩擦拖曳作用產(chǎn)生，有輸送作用

?橫流（環(huán)流）：機筒的相對摩擦拖曳作用產(chǎn)生，有橫向混合作用 ?倒流（壓力倒流）：機筒壁、口模等阻力元件，有縱向混合作用

?漏流：剪切、混合作用

第七章

? 混合的實現(xiàn)：?攙和 ?研磨（碾壓）?撕裂 ?捏合 ?剪切 ?分散 ? 按混合過程性質(zhì)不同分為: 簡單混合（分布混合）： 不減小組分粒子本身大小

分散混合：

減小組分粒子本身尺寸

? 混合方法：（1）分布混合 密煉機：無規(guī)律；靜態(tài)流體混合：有規(guī)律（2）層流混合 ? 評定混合質(zhì)量：分散度：組分粒子大小的度量

分布均勻度：組分在系統(tǒng)內(nèi)散布均勻程度 ? 具體指標(biāo)：（1）總體均勻度

（2）分離尺度（分離標(biāo)量）

分離強度（分離程度）

越小混合得越好 ? 對于一混合物：量多的組分成為分散介質(zhì)

量少的組分成為分散相 ? 混合指數(shù)I: 分布方差σ2/測量方差s2

I=0時，說明s打，濃度偏差大，未經(jīng)混合

I=1時，說明s≈σ，濃度偏差小，混合好

第二篇：聚合物加工原理習(xí)題

第四章

1、舉例說明高聚物熔體粘彈性行為的表現(xiàn)。

聚合物流動過程最常見的彈性行為是端末效應(yīng)和不穩(wěn)定流動。端末效應(yīng)包括入口效應(yīng)和模口膨化效應(yīng)(離模膨脹)即巴拉斯效應(yīng)。不穩(wěn)定流動即可由于熔體彈性回復(fù)的差異產(chǎn)生熔體破碎現(xiàn)象。

2、簡述高聚物熔體流動的特點。由于高聚物大分子的長鏈結(jié)構(gòu)和纏繞，聚合物熔體、溶液和懸浮體的流動行為遠(yuǎn)比低分子液體復(fù)雜。在寬廣的剪切速率范圍內(nèi)，這類液體流動時剪切力和剪切速率不再成比例關(guān)系，液體的粘度也不是一個常此因而聚合物液體的流變行為不服從牛頓流動定律。即非牛頓型流動。

3、聚合物熔體在剪切流動過程中有哪些彈性表現(xiàn)形式?在塑料成型過程中可采取哪些措施以減少彈性表現(xiàn)對制品質(zhì)量的不良影響? 聚合物熔體在加工過程中的彈性行為主要有入口效應(yīng)、離模膨脹和熔體破裂。隨熔體在口模內(nèi)停留時間延長，彈性變形得到恢復(fù)，離模膨脹呈指數(shù)關(guān)系減小。故增長口模長度可減小離模膨脹。保證擠出速率在臨界擠出速率以下，γc隨擠塑溫度的增加而變大，但與口模的表面粗糙度無關(guān)。因此，升高溫度是擠塑成功的有效辦法。入口收斂角α↑，γc↓，L/D↑, γc↑減小入口收斂角，增大長徑比可增大臨界擠出速率。

4、取向度對注塑制品的力學(xué)性能有何影響? 非晶聚合物取向后，沿應(yīng)力作用方向取向的分子鏈大大提高了取向方向的力學(xué)強度，但垂直于取向方向的力學(xué)強度則因承受應(yīng)力的是分子間的次價鍵而顯著降低。團(tuán)此拉伸取向的非品聚合物沿拉伸方向的拉伸強度，斷裂伸長率和沖擊強度均隨取向度提高而增大。取向結(jié)晶聚合物的力學(xué)強度主要由連接晶片的伸直鏈段所貢獻(xiàn)，其強度隨伸直錢段增加而增大，晶片間伸直鏈段的存在還使結(jié)晶聚合物具有韌性和彈性。通常，隨取向度提高，材料的密度和強度都相應(yīng)提高，而伸長率則逐漸降低

5、聚合物在成型過程中為什么會發(fā)生取向？成型時取向產(chǎn)生的原因及形式有哪幾種？取向?qū)Ω叻肿硬牧现破返男阅苡泻斡绊懀?/p>

成型加工時，受到剪切和拉伸力的影響，高分子分子鏈發(fā)生取向。依受力方向分為：

1、流動取向：系指在熔融成型或濃縮成型中，高分子化合物的分子鏈、鏈段或其他添加劑，沿剪切流動的方向排列。次表層的取向度最高。

2、拉伸取向：系指高分子化合物的分子鏈、鏈段或結(jié)晶等受到拉伸力的作用沿受力方向排列。有單向拉伸和雙向拉伸。

影響因素：

1、分子結(jié)構(gòu)（結(jié)構(gòu)簡單，柔性的有利于取向）

2、低分子化合物（降低Tg/Tf有利于取向）

3、溫度（升溫有利取向）

4、拉伸比（增加有利取向）高分子材料經(jīng)取向后，拉伸強度、彈性模量、沖擊強度、透氣性等增加，單軸拉伸后，取向方向（縱向）和垂直于取向方向（橫向）強度不一樣，縱向強度增加，橫向減少，對于結(jié)晶性高分子，取向拉伸后結(jié)晶度增加，玻玻璃化溫度增加。

6、入口壓力降產(chǎn)生原因有哪些？（1）、物料從料筒進(jìn)入口模時，熔體粘滯流動流線在入口處產(chǎn)生收斂所引起的能量損失；（2）、在入口處由于聚合物熔體產(chǎn)生彈性變形，因彈性能的儲蓄所造成的能量消耗；（3）、熔體流經(jīng)入口處時，由于剪切速率的劇烈增加而引起速度的激烈變化，為達(dá)到穩(wěn)定的流速分布所造成的壓力降。

7、聚合物的結(jié)晶度將如何影響注射制品的性能？對結(jié)晶度較高的材料，在注射工藝參數(shù)的選擇中應(yīng)該注意那些問題？

聚合物結(jié)晶度對制品性能影響包括：密度、力學(xué)性能、熱性能及其他性能等。密度：結(jié)晶度高, 分子鏈排列有序而緊密, 分子間作用力強, 所以密度隨結(jié)晶度的提高而增大。拉伸強度：結(jié)晶度高, 拉伸強度高。彈性模量：彈性模量隨結(jié)晶度的增加而增大。沖擊強度：沖擊強度隨結(jié)晶度的提高而減小。熱性能：結(jié)晶度增加有利于提高軟化溫度和熱變形溫度。光澤度：結(jié)晶度提高會增加制品的致密性, 使制品表面光澤度提高, 但由于球晶的存在會引起光波的散射, 而使透明度降低。翹曲：結(jié)晶度提高會使體積變小, 收縮率加大。對結(jié)晶度較高的塑料設(shè)定工藝參數(shù)應(yīng)注意：主要是模溫的設(shè)定，當(dāng)聚合物熔體溫度高于熔融溫度時(T > Tm), 大分子鏈的熱運動顯著增加, 當(dāng)大于分子的內(nèi)聚力時, 分子就難以形成有序排列而不易結(jié)晶;當(dāng)溫度過低時, 大分子鏈段的運動能很低, 甚至處于凍結(jié)狀態(tài), 也不容易結(jié)晶。所以結(jié)晶的溫度范圍是在T g 和Tm 之間。冷卻速度： 冷卻速度決定于熔體溫度與模具溫度的溫差。冷卻速度快, 結(jié)晶時間短, 結(jié)晶度低, 制品密度也會降低。注射壓力：對于結(jié)晶性高聚物而言, 在注塑過程中, 可通過提高注塑壓力和注射速率獲得較高的結(jié)晶度, 當(dāng)然, 提高的程度應(yīng)以不發(fā)生熔體破裂為限。擠出成型

單螺桿擠出機的擠出系統(tǒng)和傳動系統(tǒng)包括哪幾個部分? 單螺桿擠出機由傳動系統(tǒng)，擠出系統(tǒng)，加熱和冷卻系統(tǒng)，控制系統(tǒng)等幾部分組成。擠出系統(tǒng)和傳動系統(tǒng)主要包括傳動裝置、加料裝置、機筒、螺桿、機頭和口模等五部分 簡述單螺桿擠出機的螺桿的幾個功能段的作用.加料段：自物料入口向前延伸的一段稱為加料段，在加料段中，物料依然是固體，主要作用是使物料受壓，受熱前移，螺槽一般等距等深。壓縮段：壓縮段是指螺桿中部的一段，物料在這一段中受熱前移并壓實熔化，同時也能排氣，壓縮段的螺槽體積逐漸減小。均化段：螺桿最后一段，均化段的作用是使熔體進(jìn)一步塑化均勻，并使料流定量，定壓由機頭流道均勻擠出，這段螺槽截面是恒等的，但螺槽深度較淺。

什么是螺桿的壓縮比,單螺桿擠出機的螺桿通過哪些形式獲得壓縮比? 螺桿加料段第一個螺槽的容積與均化段的最后一個螺槽的容積之比，它表示塑料通過螺桿的全過程被壓縮的程度。

在螺桿的壓縮段附加一條螺紋，這兩條螺紋把原來一條螺紋形成的螺槽分成兩個螺槽，一條螺槽與加料段螺槽相通，用來輸送固態(tài)物料；另一條螺槽與均化段相通，用于液態(tài)物料的輸送。這就避免了單螺紋螺桿固液共存于一個螺槽引起的溫度波動。如何獲得單螺桿擠出機最大的固體輸送速率? 結(jié)構(gòu)角度：1增加螺槽深度； 2降低物料與螺桿的摩擦系數(shù)； 3增加物料與料筒的摩擦系數(shù)； 4選擇適當(dāng)?shù)穆菪?。工藝角度?增加料筒溫度（fb↑）；②降低螺桿溫度（fs↓）。簡述雙螺桿擠出機的主要工作特性。

a.強制輸送作用 在同向旋轉(zhuǎn)嚙合的雙螺桿擠出機中，兩根螺桿相互嚙合，嚙合處一根螺桿的螺紋插入另一根螺桿的螺槽中，使其在物料輸送過程中不會產(chǎn)生倒流或滯流。無論螺槽是否填滿。輸送速度基本保持不變，具有最大的強制輸送性。

b.混合作用 由于兩根螺桿相互嚙合，物料在擠出過程中進(jìn)行著比在單螺桿擠出機中更為復(fù)雜的運動，不斷受到縱向橫向的剪切混合，從而產(chǎn)生大量的熱能，使物料加熱更趨均勻，達(dá)到較高的塑化質(zhì)量。c.自潔作用 反同旋轉(zhuǎn)的雙螺桿，在嚙合處的螺紋和螺槽間存在速度差，相互擦離過程中，相互剝離粘附在螺桿上的物料，使螺桿得到自潔。同向旋轉(zhuǎn)的雙螺桿，在嚙合處兩根螺桿的運動方向相反，相對速度更大，因此能剝?nèi)ジ鞣N積料，有更好的自潔作用。簡述聚合物物料在單螺桿擠出機中的熔化過程。

由固體輸送區(qū)送入的物料，在進(jìn)入熔化區(qū)后，即在前進(jìn)的過程中同加熱的料筒表面接觸，熔化即從這里開始，且在熔化時于料筒壁留下一層熔體膜，若熔體膜的厚度超過螺翅與料筒間隙，就會被旋轉(zhuǎn)的螺翅刮落，并將其強制積存在螺翅的前側(cè)，形成熔體池，而在螺翅的后側(cè)則為固體床，這樣，在沿螺槽向前移動的過程中，固體床的寬度就會逐漸減少，直至全部消失，即完全熔化，熔體膜形成后的固體熔化是在熔體膜和固體床的界面發(fā)生的，所需熱量一部分來自料筒的加熱器，另一部分則來自于螺桿和料筒對熔體的剪切作用。簡述聚合物熔體在擠出機均化段的流動形式。熔體在均化段的流動包括四種形式：正流、逆流、漏流和橫流。正流，亦稱拖曳流動：由于螺桿旋轉(zhuǎn)時螺棱的推擠作用引起物料沿螺槽方向(z方向)向機頭的流動，這是均化段熔體的主流。逆流，亦稱壓力流動：由于機頭口模、過濾網(wǎng)等對料流的阻礙作用使料流沿螺槽反向的流動。橫流：螺棱的推擠作用和阻擋作用造成的物料在落槽內(nèi)的往復(fù)流動，僅限于在每個落槽內(nèi)的環(huán)流。漏流：物料在螺桿和料筒的間隙沿著螺桿的軸向往料斗方向的流動，它也是由于機頭和口模對物料的阻力所產(chǎn)生的反向流動。

什么叫螺桿的長徑比？螺桿長徑比的增加對物料的加工有何好處？

螺桿有效工作長度與直徑之比。n一定時，L/D增加，物料在螺桿中運行時間延長，有利于物料塑化與混合，使升溫過程變緩；可使均化段長度增加，可減少逆流和漏流，有利提高生產(chǎn)能力。簡述管材擠出的工藝過程及管材擠出的定徑方法。

擠出工藝：物料經(jīng)擠出機塑化、機頭口模成型后，經(jīng)定型裝置冷卻定型、冷卻水槽冷卻、牽引、切割，得到管材制品。

定內(nèi)徑：定徑套裝于擠出的塑料管內(nèi)，即從機頭擠出的管子內(nèi)壁與定徑套的外壁相接觸，在定徑套內(nèi)通冷卻水，將管子冷卻定型。由于定徑套的冷卻水管是從管芯處插入的，故這種定型法只有直角式機頭或偏移式機頭的擠出才能使用。定外徑：使擠出管子的外壁與定徑套內(nèi)壁相接觸而起定型作用。內(nèi)壓法：向管內(nèi)通入壓縮空氣的內(nèi)壓法真空法：在管子外壁抽真空法

以尼龍棒材的擠出成型為例,說明擠出成型的工藝過程,并討論原料和設(shè)備結(jié)構(gòu)的選擇,工藝條件的控制中應(yīng)注意的問題。

①原料的選擇：尼龍的熔融溫度范圍窄，黏度偏低，須特別注意選擇高黏度的尼龍作為擠出棒材的原料，以保證成型的穩(wěn)定性；②原料干燥：尼龍極易吸水，擠出前必須充分干燥，否則，會導(dǎo)致尼龍在加工過程中出現(xiàn)降解；③擠出成型：是棒材制造的主要過程，擠出成型中應(yīng)注意兩點，一是擠出速度要慢，否則影響定型；二是溫度控制波動范圍要小，否則容易造成黏度的較大波動，從而影響擠出穩(wěn)定性； ④制品的定型與冷卻：定型部分要長一些，采用緩慢冷卻，若使用急冷，很容易造成棒體內(nèi)部縮孔；⑤牽伸和后處理：牽引要均勻，牽引切割后的棒材要進(jìn)行調(diào)濕處理，以防止使用過程中的尺寸變化。注射成型

注塑機有幾種類型，包括哪些組成部分。

按傳動方式：機械式注塑機，液壓式注塑機，機械液壓式注塑機按操縱方式：手動注塑機、半自動注塑機、全自動注塑機按塑化方式：柱塞式注塑機、預(yù)塑式注塑機、橡膠注塑機包括以下：注射裝置、合模裝置、液壓電氣控制系統(tǒng) 嵌件預(yù)熱有何意義。

為了裝配和使用強度的要求，理解塑件內(nèi)常常嵌入金屬嵌件。注射前，金屬嵌件先放進(jìn)模具內(nèi)的預(yù)定位段，而后經(jīng)注射成型才能和塑料成為一個整體。由于塑料與金屬的熱性能差異很大，兩者收縮率不同，因此，有嵌件的塑料制品，在嵌件周圍易出現(xiàn)裂紋或制品強度較低。設(shè)計制品時應(yīng)加入制件周圍塑料的厚度，同時對金屬嵌件進(jìn)行預(yù)熱也是必要的。因為嵌件預(yù)熱可以減小塑料熔體與嵌件的溫差，使嵌件周圍的塑料熔體冷卻比較慢，收縮比較均勻，產(chǎn)生一定的熔料收縮作用，以防止嵌件周圍產(chǎn)生較大的內(nèi)應(yīng)力。

注射機常用噴嘴類型？從加工塑料性能和成型制品特點來考慮，如何選擇噴嘴？

1、通用式噴嘴：是最普遍的形式，這種噴嘴結(jié)構(gòu)簡單，制造方便，無加熱裝置，注射壓力損失小，常用于PE、PS、PVC及纖維等注射成型。

2、延伸式噴嘴：是通用是彭罪的改進(jìn)型，結(jié)構(gòu)也較簡單，制造方便，有加熱裝置，注射壓力姜較小，適用于PMMA、POM、PSF、PC等高粘度樹脂

3、彈簧針閥式噴嘴：是一種自鎖式噴嘴，結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，制造困難，流程較短，注射壓力損失較大，較適用于PA、PET等熔體粘度較低的塑料注射。

試問一旦在注射成型過程中（使用螺桿式注射機）發(fā)現(xiàn)未熔的顆粒料，將如何調(diào)整工藝參數(shù)以獲得理想的制品？

注射成型過程中發(fā)現(xiàn)未熔的顆粒料，其主要原因是塑化不良。調(diào)整工藝參數(shù)：可適當(dāng)提高塑化背壓，適當(dāng)提高料筒溫度，延長物料在料筒中停留時間，提高螺桿轉(zhuǎn)速等。隨著螺桿轉(zhuǎn)速的增加，橡膠注射成型的硫化時間為何呈現(xiàn)“U”形變化？

隨著螺桿轉(zhuǎn)速的提高，機筒內(nèi)的膠料受到剪切、塑化和均化的效果提高，可獲得較高的注射溫度，縮短注射時間和硫化時間。螺桿轉(zhuǎn)速過高時，螺桿表面橡膠分子鏈發(fā)生拉伸取向，形成多層取向狀態(tài)，產(chǎn)生一種收縮力，起到一種鉗制作用，使膠料成團(tuán)抱著螺桿一起轉(zhuǎn)動，產(chǎn)生較嚴(yán)重的“包軸現(xiàn)象”，不能使膠料很好地受到剪切作用，故膠溫反而下降，注射溫度降低，硫化時間延長。注塑制件后處理主要有哪些方法，各有什么意義。

隨著螺桿轉(zhuǎn)速的提高，機筒內(nèi)的膠料受到剪切、塑化和均化的效果提高，可獲得較高的注射溫度，縮短注射時間和硫化時間。螺桿轉(zhuǎn)速過高時，螺桿表面橡膠分子鏈發(fā)生拉伸取向，形成多層取向狀態(tài)，產(chǎn)生一種收縮力，起到一種鉗制作用，使膠料成團(tuán)抱著螺桿一起轉(zhuǎn)動，產(chǎn)生比較嚴(yán)的“包軸現(xiàn)象”，不能使膠料很好的剪切作用，故膠溫反而下降，注射溫度降低，硫化時間延長。

注塑制件后處理主要有哪些方法，各有什么意義

熱處理，調(diào)濕處理，熱處理的實質(zhì)：使強迫凍結(jié)的分子鏈得到松他，凝固的大分子鏈段轉(zhuǎn)向無規(guī)位置，從而消除這一部分的內(nèi)應(yīng)力。提高結(jié)晶度，穩(wěn)定結(jié)晶結(jié)構(gòu)，從而提高結(jié)晶塑料制品的彈性模量和硬度，降低斷裂伸長率。調(diào)濕處理是為了在較短的時間內(nèi)穩(wěn)定的尺寸。同時還可以加快達(dá)吸濕平衡，從而改善制件的柔曲性和韌性，使它的沖擊強度和拉伸強度均有提高。結(jié)晶性塑料和非晶塑料在注塑工藝上有何不同。塑化階段，結(jié)晶性塑料的塑化需要更長的時間冷卻階段，結(jié)晶性塑料的冷卻要嚴(yán)格控制，冷卻的快慢直接影響塑件物性 某塑膠公司有如下原料： 聚乙烯A(熔體流動指數(shù)為7g/10min)；聚乙烯B(熔體流動指數(shù)為 0.3g/10min)；聚苯乙烯；聚碳酸酯；尼龍66。

–（1）擬生產(chǎn)Φ50cm、高300cm的垃圾桶，可選用什么成型方法，選擇上述什么原料（要簡述選擇的理由）？為了降低生產(chǎn)成本，打算在聚合物中加入30％碳酸鈣填料，請問在加入填料后，成型工藝可能做那些調(diào)整？

– 選擇聚乙烯A，相對B而言，熔體流動指數(shù)較高，加工較容易。聚苯乙烯太脆，會被強酸強堿腐蝕，不抗油脂，不適合做垃圾桶，PC和尼龍66原材料費較高，也不適合做垃圾桶。大型垃圾桶可以用擠吹中空塑料成型。– 加入填料后，材料的黏度會有所提高，所以擠出過程中應(yīng)該提高溫度，以降低材料黏度，即降低加工難度。在吹塑時，氣體壓力不宜過大，避免基體和填料間的應(yīng)力開裂。擬生產(chǎn)手機外殼，該公司有的工程師認(rèn)為采用聚苯乙烯較好，而有的工程師認(rèn)為采用聚碳酸酯較好，你認(rèn)為選用那種聚合物合適，談?wù)劺碛?。若選用聚碳酸酯，在成型過程中應(yīng)注意那些問題？

– 選用PC較好。聚苯乙烯的化學(xué)穩(wěn)定性比較差，作為手機外殼可以被多種有機溶劑溶解，會被強酸強堿腐蝕，不抗油脂，并且在受到紫外光照射后易變色。質(zhì)地硬而脆，抗沖擊性能較差，作為手機外殼不耐摔，易破裂。

– 聚碳酸酯無色透明，耐熱，抗沖擊，阻燃，在普通使用溫度內(nèi)都有良好的機械性能。但其耐磨性差，一些用于易磨損用途的聚碳酸酯器件需要對表面進(jìn)行特殊處理。

– PC遇水容易水解，產(chǎn)生斷鍵、分子量下降和物理強度降低等現(xiàn)象。所以應(yīng)該嚴(yán)格控制PC中的水分，避免產(chǎn)品出現(xiàn)氣泡銀紋等，通常在PC加工前需用熱風(fēng)干燥機干燥3-5小時。中空吹塑成型

簡述注塑吹塑工藝過程。聚酯透明瓶的成型為例，聚酯的特點是易吸潮，結(jié)晶速度慢，為了得到尺寸精度高，透明性好的聚酯透明瓶，一般采用兩步法進(jìn)行注射吹塑成型。第一階段為型坯的制造（注射法），第二階段為坯件的吹塑成型。第一階段型坯的制造（注射法）主要有三個步驟，首先是注射成型前的準(zhǔn)備，對聚酯型坯的成型前準(zhǔn)備主要是物料的干燥，一般要對聚酯切片在120℃下干燥6-12小時；其次是借助注射機和型坯成型模具進(jìn)行注射成型；最后是后處理，型坯的后處理僅限于修邊，不可進(jìn)行熱處理。第二階段型坯的吹塑分四個步驟，第一是對型坯加熱到Tg以上，進(jìn)入橡膠態(tài)；第二是入模，即把加熱好的型坯迅速移入模具中；第三是吹塑成型，即在已加熱的型坯吹入壓縮空氣，型坯即脹大脫離金屬管貼于模壁上成型；第四是冷卻脫模。

簡述擠出吹塑工藝過程。①管坯直接由擠出機擠出，并垂掛在安裝于機頭正下方的預(yù)先分開的型腔中；

②當(dāng)下垂的型坯達(dá)到規(guī)定長度后立即合模，并靠模具的切口將管坯切斷； ③從模具分型面上的小孔送入壓縮空氣，使型坯吹脹緊貼模壁而成型； ④保持充氣壓力使制品在型腔中冷卻定型后開模脫出制品。

以尼龍6制備的汽車油杯的成型為例，說明擠出吹塑的工藝過程，并分析原料的選擇和成型各階段的工藝條件控制中應(yīng)注意的問題。

– 汽車油杯的成型過程包括原料的選擇和干燥，擠出型坯，閉模，吹塑，冷卻脫模等幾個過程。由于尼龍粘度相對較低型坯易下垂，原料的選擇應(yīng)特別注意選擇高粘尼龍作為基礎(chǔ)原料；同時，由于尼龍粘度對溫度敏感性大，擠出吹塑過程應(yīng)特別注意溫度控制。熱成型的定義。

熱成型是一種以熱塑性塑料板材和片材為成型對象的二次成型技術(shù)，其法一般是先將板材裁切成一定形狀和尺寸的坯件，再將坯件在一定溫度下加熱到彈塑性狀態(tài)，然后施加壓力使坯件彎曲與延伸，在達(dá)到預(yù)定的型樣后使其冷卻定型，經(jīng)過適當(dāng)?shù)男拚?，即成為制品。熱成型過程中對坯件施加的壓力，在大多數(shù)情況下是靠真空和引進(jìn)壓縮空氣在坯件兩面形成氣壓差，有時也借助于機械壓力或液壓力。

要制作一直徑達(dá)2米、高5米、厚15毫米的大型聚乙烯圓筒，可以采用哪些方法？

– 對于這種大尺寸的圓筒，很難采用擠出法生產(chǎn)，可以采用熱成型法生產(chǎn)。如可以用機械 加壓法生產(chǎn)兩、三塊弧形板，通過熱熔連接成一個完整筒體。也可以采用加熱后卷繞的辦法直接卷繞成型。其他成型工藝

鑄塑成型有哪幾種方式？

鑄塑技術(shù)包括靜態(tài)鑄塑、嵌鑄、離心澆鑄以及流延鑄塑、搪塑和滾塑等。請分別寫出以下制品最多可以用哪些成型加工方法來生產(chǎn)：

– 線纜包覆層：擠出成型– 沙灘鞋底：壓延成型、注射成型 – 橡膠的胎面：壓出成型、模型硫化

– 小型兒童玩具：熱成型、注射成型、擠出成型、搪塑成型 – 尼龍薄膜：壓延成型、擠出成型、吹塑成型 – 礦泉水瓶：注射成型、擠出成型 – 塑料水桶：注射成型 – 醫(yī)用標(biāo)本：嵌鑄成型

簡述PTFE成型加工方法原理并說明如何調(diào)節(jié)其制品性能？ – 原理：PTFE 室溫下冷壓成型坯后再燒結(jié)，經(jīng)冷卻后得到制品。（可用圖示說明）– 措施：控制冷卻速度，調(diào)整結(jié)晶程度來調(diào)節(jié)其制品性能。

下列哪些參數(shù)與擠出機的產(chǎn)量無關(guān)？ D A.螺桿直徑 B.螺桿長度 C.螺桿轉(zhuǎn)速 D.切粒機轉(zhuǎn)速 當(dāng)雙螺桿擠出機機頭壓力過高時應(yīng)該調(diào)整 B A．喂料量 B。螺桿轉(zhuǎn)速 C。機筒溫度 D。螺桿組合 擠出機的測溫裝置熱電偶的作用是 A A．測量溫度 B?？刂茰囟?C.加熱 D。冷卻 擠出過程中料條表面粗糙是因為 D A．塑料水分太大 B。熔體溫度太高 C。擠出速度太低 D。擠出速率太高 擠出過程中料條帶有黑點是因為 AB A．?dāng)D出溫度太高 B.機頭口模處有不干凈的地方 C。擠出溫度太低 D。原料太臟 物料塑化時的熱量來源為 AB A．料筒傳熱 B。物料內(nèi)部摩擦 C。物料反應(yīng)熱 D。環(huán)境熱量 擠出成型的控制系統(tǒng)不包括 D A．電氣傳動系統(tǒng) B。溫度控制 C。壓力控制 D。喂料控制 雙螺桿有清除機筒、螺桿表面物料的能力，這種能力稱為 A A．自潔 B。自轉(zhuǎn) C。掃堂 D。振動 塑料熔體指數(shù)越大，其流動就越容易，所以擠出量隨塑料熔體指數(shù)的增加而 B A．降低 B。增加 C。無影響 D。以上都錯

結(jié)晶會提高制品的許多重要性能，也會使（D）性能下降。A．密度 B。拉伸強度 C。剛度 D。透明

在加工過程中影響熔體的熱穩(wěn)定性及制品的耐化學(xué)試劑性和滲透性等的聚合物結(jié)構(gòu)是 A A．聚合物分子中的單個原子與官能團(tuán) B。分子量 C。分子柔性 D。分子間鍵合 在中空吹塑成型過程中，可確定型坯成型難易程度的聚合物結(jié)構(gòu)是 B A．分子柔性 B。分子量 C。結(jié)晶與取向 D。分子間鍵合 不管是哪類添加劑，在選用時應(yīng)注意 ABCD A．相容性 B。協(xié)同性 C。功能性 D。經(jīng)濟性 外潤滑劑加入分子中是為了 ABD A．降低塑化熔料溫度 B。減少熔料與設(shè)備表面的摩擦力 C．減少熔料間的摩擦 D。阻止熔料粘在設(shè)備金屬表面上 在吹塑制品過程中，若型坯的壁厚膨脹太大會造成 D A．過多的飛邊 B。制品上出現(xiàn)褶皺 C。制品壁會太薄 D。原料的浪費 在擠出成型中會產(chǎn)生熔體破裂現(xiàn)象的因素有 D A．?dāng)D出速率 B。熔體溫度 C。機頭結(jié)構(gòu) D。以上都是 通過（）可消除擠出過程中出現(xiàn)的熔體破裂現(xiàn)象。AD A．提高機頭溫度 B。降低機頭溫度 C。提高擠出速度 D。降低擠出速度 在中空吹塑成型制品中，影響制品收縮率的因素有 ABCD A．塑料的種類 B。型坯的熔體溫度 C。制品的壁厚 D。模具的溫度 吹塑容器的底部為（），可以很好的補償收縮率。

A．凹形 B。凸形 C。平形 D。以上三種均可

第三篇：化工原理教學(xué)大綱 - 青島科技大學(xué)

課程編號：0101101

化 工 原 理Ⅰ

Principles of Chemical Engineering

總學(xué)時：48 總學(xué)分：3 課程性質(zhì)：技術(shù)基礎(chǔ)課

開設(shè)學(xué)期及周學(xué)時分配：第4學(xué)期，每周3學(xué)時

適用專業(yè)及層次：化學(xué)工程與工藝、輕化工程、生物工程、生物技術(shù)、制藥工程、藥物制劑專業(yè)本科

相關(guān)課程：高等數(shù)學(xué)、物理化學(xué)、分離工程、傳遞過程原理等

教材：夏青、陳常貴編著，化工原理（上冊），天津大學(xué)出版社，2005年 推薦參考書：

[1] 譚天恩、丁惠華等編著，化工原理，化學(xué)工業(yè)出版社，2000年 [2] 趙汝溥、管國鋒編著，化工原理，化學(xué)工業(yè)出版社，1999年 [3] 陳敏恒、叢德滋等編著，化工原理，化學(xué)工業(yè)出版社，2001年 [4] 趙文、王曉紅等編著，化工原理，石油大學(xué)出版社，2001年

一、課程目的與要求

本門課程的目的是為學(xué)生今后學(xué)習(xí)相關(guān)的專業(yè)課程打好工程技術(shù)理論基礎(chǔ)，并使他們受到必要的基本工程技能訓(xùn)練。

本門課程的任務(wù)是使學(xué)生初步掌握化工過程的基本原理，以三種傳遞原理為主線，以物料衡算、能量衡算、平衡關(guān)系、傳遞速率等基本概念為理論依據(jù)，使學(xué)生掌握典型單元操作通用的學(xué)習(xí)方法和分析問題的思路，培養(yǎng)理論聯(lián)系實際的觀點，進(jìn)行典型單元操作設(shè)備的設(shè)計、操作及選型的計算，并進(jìn)行基本實驗技能和設(shè)計能力的訓(xùn)練，以增強學(xué)生解決工程實際問題的能力。

化工原理屬于工程學(xué)科，要求通過本門課程的學(xué)習(xí)，培養(yǎng)學(xué)生工程技術(shù)觀點及獨立分析和解決實際工程問題的能力。

二、課程主要內(nèi)容及學(xué)時分配 0緒論（1學(xué)時）

化工單元操作的歷史梗概；本課程的性質(zhì)及物料衡算與熱量衡算等化工原理研究方法。1流體流動（15學(xué)時）1.1 流體的物理性質(zhì)

1.2 流體靜力學(xué)方程式（2學(xué)時）

密度、壓力、流體靜力學(xué)基本方程式、靜力學(xué)方程的應(yīng)用（液柱壓差計、液封、液 1 面測量）。

1.3 流體流動基本方程（3學(xué)時）

流量與流速、定態(tài)流動與非定態(tài)流動、連續(xù)性方程、柏努利方程、柏努利方程的應(yīng)用。

1.4 流體流動現(xiàn)象（2學(xué)時）

牛頓粘性定律、粘度、非牛頓型流體、流動型態(tài)和雷諾準(zhǔn)數(shù)、管內(nèi)層流與湍流的比較、邊界層概念。

1.5 管內(nèi)流動阻力損失（4學(xué)時）

阻力計算通式、圓形直管內(nèi)層流流動阻力損失、因次分析法、圓形直管內(nèi)湍流流動損失、非圓形管內(nèi)流動阻力、局部阻力。1.6 管路計算（2學(xué)時）

管路計算的類型和基本方法（設(shè)計型和操作型）、試差法、復(fù)雜管路計算（分支、并聯(lián)）。

1.7 流量測量（2學(xué)時）

測速管、孔板流量計、轉(zhuǎn)子流量計。流體輸送機械（7學(xué)時）2.1 離心泵（5學(xué)時）

離心泵工作原理及主要構(gòu)件、基本方程式、主要性能參數(shù)、特性曲線、安裝高度、工作點及流量調(diào)節(jié)、組合操作、類型與選用。2.2 其他類型泵（1學(xué)時）

往復(fù)泵、計量泵、隔膜泵、齒輪泵、旋渦泵。2.3 氣體輸送機械（1學(xué)時）

離心式通風(fēng)機、鼓風(fēng)機、壓縮機、旋轉(zhuǎn)鼓風(fēng)機、往復(fù)壓縮機、真空泵。非均相物系的分離和固體流態(tài)化（5學(xué)時）3.1顆粒及顆粒床層的特性（1學(xué)時）

顆粒、顆粒床層的特性、流體通過床層的壓降 3.2 沉降分離（2學(xué)時）

重力沉降、離心沉降 3.3 過濾（1學(xué)時）

過濾基本概念、基本方程式、恒壓過濾、恒速過濾及過濾設(shè)備 3.4 固體流態(tài)化（1學(xué)時）

流態(tài)化的基本概念、流化床的主要特征及操作特性 4 傳熱（16學(xué)時）4.1 概述

4.2 熱傳導(dǎo)（2學(xué)時）

付立葉定律、導(dǎo)熱系數(shù)、平壁和圓筒壁的定態(tài)熱傳導(dǎo)。4.3 對流傳熱（4學(xué)時）

對流傳熱分析、傳熱邊界層、對流傳熱系數(shù)的影響因數(shù)、因此分析在對流傳熱中的應(yīng)用、流體作強制對流和自然對流時的對流傳熱系數(shù)、蒸汽冷凝和液體沸騰時的對流傳熱系數(shù)。

4.4 傳熱過程計算（4學(xué)時）

總傳熱速率方程、熱量衡算、總傳熱系數(shù)、平均溫度差、傳熱面積、傳熱單元數(shù)法。4.5 對流傳熱系數(shù)關(guān)聯(lián)式（2學(xué)時）

影響對流傳熱系數(shù)的因素、流體有相變、無相變時的對流傳熱系數(shù) 4.6 輻射傳熱（2學(xué)時）

基本概念、物體的輻射能力、物體間的輻射傳熱、對流和輻射的聯(lián)合傳熱。4.7 換熱器（2學(xué)時）

換熱器類型、換熱器傳熱過程的強化途徑、列管換熱器的設(shè)計和選用。5 蒸發(fā)（4學(xué)時）5.1 蒸發(fā)設(shè)備（1學(xué)時）

蒸發(fā)器結(jié)構(gòu)、輔助設(shè)備及選型 5.2 單效蒸發(fā)（2學(xué)時）

溶液沸點和溫度差損失、單效蒸發(fā)計算、蒸發(fā)器的生產(chǎn)能力和生產(chǎn)強度 5.3 多效蒸發(fā)（1學(xué)時）

多效蒸發(fā)的操作流程、計算、與單效蒸發(fā)的比較及提高經(jīng)濟性的手段 三 教學(xué)重點與難點 1 流體流動 本章重點：

（1）靜力學(xué)基本方程的意義及應(yīng)用

（2）連續(xù)性方程、柏努力方程的物理意義、適用條件、應(yīng)用柏努力方程解題的要點和注意事項。

（3）雷諾準(zhǔn)數(shù)的意義及流動型態(tài)的判斷

（4）管路系統(tǒng)總能量損失的測量及計算（包括相關(guān)數(shù)據(jù)的獲得）本章難點：

柏努力方程的應(yīng)用，運用靜力學(xué)方程解題時等壓面的選取為本章難點。2 流體輸送機械 本章重點：（1）離心泵的基本結(jié)構(gòu)、工作原理及離心泵特性曲線的應(yīng)用

（2）掌握離心泵汽蝕現(xiàn)象的定義和安裝高度的計算，了解操作特性、安裝及選型。本章難點：

離心泵基本方程式的推導(dǎo) 3 非均相物系的分離和固體流態(tài)化 本章重點：

（1）沉降分離（包括重力沉降和離心沉降）的原理、過程計算和相關(guān)典型設(shè)備的選型。（2）過濾操作的原理，恒壓過濾的計算、過濾常數(shù)的測定。（3）固體流態(tài)化的基本概念、流化床的主要特征及操作特性。本章難點：

如何將理論上討論的顆粒與流體間相對運動問題，運用于實現(xiàn)非均相物系分離、固體流態(tài)化技術(shù)及固體顆粒的氣力輸送等工業(yè)過程。4 傳熱 本章重點：

（1）單層、多層平壁熱傳導(dǎo)速率方程，單層、多層圓筒壁熱傳導(dǎo)速率方程及其應(yīng)用。（2）換熱器的能量衡算，總傳熱速率方程和總傳熱系數(shù)的計算，用平均溫度差法進(jìn)行傳熱計算。

（3）對流傳熱系數(shù)的影響因素及因次分析法。本章難點：

對于傳熱單元數(shù)法的理解和運用；換熱器的設(shè)計計算 5 蒸發(fā) 本章重點：

掌握單效蒸發(fā)中關(guān)于溶液的沸點和溫度差及生產(chǎn)能力和生產(chǎn)強度的計算。本章難點： 本章無難點 四 主要教學(xué)方法

（1）在講授每一章、每一節(jié)時，先用框圖、表格、自行總結(jié)和提煉的幾句話等形式簡明扼要地向?qū)W生講清本章、本節(jié)、本次課的主要內(nèi)容，知識體系，教學(xué)思路、知識的前后聯(lián)系，以及重點、難點、注意事項等，讓學(xué)生在學(xué)習(xí)具體內(nèi)容前先有一個整體上輪廓式的了解，做到心中有數(shù)，聽課有針對性。

（2）關(guān)鍵是突出重點、破解難點。把重點和難點講清、講透。

（3）每講完一節(jié)、一章后引導(dǎo)學(xué)生及時進(jìn)行歸納總結(jié)、搞清知識點之間的聯(lián)系，搞清理論在實際生產(chǎn)中的應(yīng)用，注重理論聯(lián)系實際，起到舉一反

三、觸類旁通的作用。（4）堅持以課堂教學(xué)為主，同時結(jié)合采用投影、實物模型、電化教學(xué)、多媒體CAI課件等 教學(xué)手段進(jìn)行輔助教學(xué)，以不斷提高教學(xué)效果。五 典型作業(yè)練習(xí)第一章 流體流動

1． 如圖所示，在兩個壓強不同的密閉容器A，B內(nèi)充滿了密度

為 的液體，兩容器的上部與下部分別連接兩支規(guī)格相同 的液體。試 的U行管水銀壓差計，連接管內(nèi)充滿密度為

回答：

（1）pM和pN的關(guān)系；

（2）判斷1-2，2-3，3-4及5-6，6-7，7-8等對應(yīng)截面上 的壓強是否相等；

（3）兩壓差計讀數(shù)R與H的關(guān)系。

2． 本題附圖所示為一輸水系統(tǒng)，高位槽的水面維持恒定，水分別從BC與BD兩支管排出，高位槽液面與兩支管出口間的距離為11m。AB管段內(nèi)徑為38mm、長為58m；BC支管的內(nèi)徑為32mm、長為12.5m；BD支管的內(nèi)徑為26mm、長為14m，各段長均包括管件及閥門全開時的當(dāng)量長度。AB與BC管段的摩擦系數(shù)均可取為0.03。試計算：（1）當(dāng)BD支管的閥門關(guān)閉時，BC支管的最大排水量為若干，m3/h？（2）當(dāng)所有的閥門全開時，兩支管的排水量各為若干，m3/h？BD支管的管壁粗糙度可取為0.15mm，水的密度為1000kg/m3，粘度為0.001Pa·s。

第一章 流體輸送機械

1． 用4B15型的離心泵將常壓、20℃的清水送往A、B兩槽，其流量均為25m/h，主管段長50m，管內(nèi)徑為100mm，OA與OB段管長均為40m，管內(nèi)徑均為60mm（以上各管段長度包括局部阻力的當(dāng)量長度，OB段的閥門除外）。假設(shè)所有管段內(nèi)的流動皆進(jìn)入阻力平方區(qū)，且摩擦系數(shù)λ=0.02。分支點處局部阻力可忽略。試求：

（1）泵的壓頭與有效功率；

（2）支路OB中閥門的局部阻力系數(shù)ζ；

（3）若吸入管線長（包括局部阻力當(dāng)量長度）為4m，泵的允許吸上真空度為5m，試確定泵的安裝高度。

3第二章 機械分離及固體流態(tài)化

1． 在0.04m的過濾面積上以1×10m/s的速率進(jìn)行恒速過濾試驗。測得過濾100s時，過濾壓力為3×10Pa；過濾600s時，過濾壓力為9×10Pa。濾餅為不可壓縮。今欲用框內(nèi)尺寸為635×635×60mm的板框過濾機處理同一料漿，所用濾布與試驗時的相同。過濾開始時，以與試驗相同的濾液流速進(jìn)行恒速過濾，在過濾壓力達(dá)到6×10Pa時改為恒壓操作。每獲得1m濾液所生成的濾餅體積為0.02m。試求框內(nèi)充滿濾餅所需的時間。第三章 傳熱

1.有一套管換熱器，長為6m內(nèi)管內(nèi)徑為38mm。環(huán)隙間用110℃的飽和水蒸氣加熱管內(nèi)湍流的空氣（Re>104）?？諝庥?5℃被加熱到60℃。若將內(nèi)管改為f25×2.5mm，而長度仍為6m，試計算能否完成傳熱任務(wù)。若欲維持氣體出口溫度，定性分析可采取的措施（計算時可作合理簡化）。

2.有一單程列管式換熱器，內(nèi)裝有f25×2.5mm的鋼管300根，管長為2m。要求將質(zhì)量流量為8000kg/h的常壓空氣于管程由20℃加熱到85℃，選用108℃的飽和蒸氣在殼方冷凝加熱。若蒸氣的冷凝傳熱膜系數(shù)為1×104W/m2·K，忽略管壁及兩側(cè)污垢熱阻和熱損失。已知空氣在平均溫度下的物性常數(shù)為Cp =1kJ/kg·K，l=2.85×10-2W/m·K，m=1.98×10-5Pa·s，Pr=0.7。試求：（1）空氣在管內(nèi)的對流傳熱系數(shù)；

（2）換熱器的總傳熱系數(shù)（以管子外表面為基準(zhǔn)）；（3）通過計算說明該換熱器能否滿足需要；（4）計算說明管壁溫度接近哪一側(cè)的流體溫度。

3.有一列管換熱器由f25×2.5mm的120 根鋼管組成。110℃的飽和水蒸氣在殼方冷凝以加熱在管內(nèi)作湍流流動的某液體，且冷凝水在飽和溫度下排出。已知液體平均比熱為4.187 kJ/kg·℃，由15℃加熱到90℃。管內(nèi)對流傳熱系數(shù)為ai=800W/m2·℃，蒸氣冷凝的對流傳熱系數(shù)ao=1.1×104W/m2·℃，忽略污垢熱阻、壁阻和熱損失，每小時收集冷凝水2100kg，在飽和溫度下蒸氣冷凝潛熱g=2232kJ/kg，試求：（1）每小時可處理的液體量；（2）管程單程時的列管有效長度；

（3）其它條件均保持不變，將120根鋼管改為兩管程，列管有效長度為多少。第四章 蒸發(fā)（無計算要求）六 課程考核方式

本課程的理論課采用期末閉卷筆試的方式考核。

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第四篇：青島科技大學(xué)橡膠工藝原理講稿[范文模版]

青島科技大學(xué)橡膠工藝原理講稿（5）青島科技大學(xué), 橡膠, 講稿, 工藝, 原理

§3-6炭黑對橡膠的補強機理

炭黑補強作用使橡膠的力學(xué)性能提高，同時也使橡膠在粘彈變形中由粘性作用而產(chǎn)生的損耗因素提高。例如tanδ、生熱、損耗模量、應(yīng)力軟化效應(yīng)提高。因應(yīng)力軟化效應(yīng)能夠比較形象地說明大分子滑動補強機理，因此將兩者結(jié)合一起討論。一．應(yīng)力軟化效應(yīng)

（一）應(yīng)力軟化效應(yīng)的含義

硫化膠試片在一定的試驗條件下拉伸至給定的伸長比λ1時，去掉應(yīng)力，恢復(fù)。第二次拉伸至同樣的λ1時所需應(yīng)力比第一次低，如圖3-18所示，第二次拉伸的應(yīng)力-應(yīng)變曲線在第一次的下面。若將第二次拉伸比增大超過第一次拉伸比λ1時，則第二次拉伸曲線在λ1處急驟上撇與第一次曲線銜接。若將第二次拉伸應(yīng)力去掉，恢復(fù)。第三次拉伸，則第三次的應(yīng)力應(yīng)變曲線又會在第二次曲線下面。隨次數(shù)增加，下降減少，大約4~5次后達(dá)到平衡。上述現(xiàn)象叫應(yīng)力軟化效應(yīng)，也稱為Mullins效應(yīng)。應(yīng)力軟化效應(yīng)用拉伸至給定應(yīng)變所造成的應(yīng)變能下降百分率ΔW表示。（3-10）

式中 W1 —第一次拉伸至給定應(yīng)變時所需要的應(yīng)變能；

W2 —第一次拉伸恢復(fù)后，第二次（或更多次數(shù)）再拉伸至同樣應(yīng)變時所需的應(yīng)變能。

（二）應(yīng)力軟化效應(yīng)的影響因素

應(yīng)力軟化效應(yīng)代表一種粘性的損耗因素，所以凡是影響粘彈行為的因素對它均有影響。填料及其性質(zhì)對應(yīng)力軟化效應(yīng)有決定性作用。1．填充的影響

2．填料品種對應(yīng)力軟化效應(yīng)的影響 3．炭黑品種對應(yīng)力軟化效應(yīng)的影響

總的趨勢是補強性高的炭黑應(yīng)力軟化效應(yīng)比較高，反之亦然。

（三）應(yīng)力軟化的恢復(fù)

應(yīng)力軟化有恢復(fù)性，但在室溫下停放幾天，損失的應(yīng)力恢復(fù)很少，而在100℃×24h真空中能恢復(fù)大部分損失的應(yīng)力。因為炭黑的吸附是動態(tài)的，在恢復(fù)條件下，橡膠大分子會在炭黑表面重新分布，斷的分子鏈可被新鏈代替。剩下的不能恢復(fù)的部分稱為永久性應(yīng)力軟化作用。

二．炭黑的補強機理

近半個世紀(jì)以來，人們對炭黑補強機理曾進(jìn)行了廣泛的探討。各個作者提出的機理雖然能說明一定的問題，但有局限性。隨著時間進(jìn)展，橡膠補強機理也在不斷地深化和完善。橡膠大分子滑動學(xué)說的炭黑補強機理是一個比較完善的理論?，F(xiàn)將各種論點簡述如下。

（一）容積效應(yīng)

（二）弱鍵和強鍵學(xué)說

（三）Bueche的炭黑粒子與橡膠鏈的有限伸長學(xué)說

（四）殼層模型理論

核磁共振研究已證實，在炭黑表面有一層由兩種運動狀態(tài)橡膠大分子構(gòu)成的吸附層。在緊鄰著炭黑表面的大約0.5nm（相當(dāng)于大分子直徑）的內(nèi)層，呈玻璃態(tài)；離開炭黑表面大約0.5~5.0nm范圍內(nèi)的橡膠有點運動性，呈亞玻璃態(tài)，這層叫外層。這兩層構(gòu)成了炭黑表面上的雙殼層。關(guān)于雙殼層的厚度Δγc，報道不一，不過基本上是上述范圍。這個雙殼的界面層內(nèi)中的結(jié)合能必定從里向外連續(xù)下降，即炭黑表面對大分子運動性的束縛不斷下降，最后到橡膠分子不受束縛的自由狀態(tài)。

圖3-22 炭黑填充的硫化膠的非均質(zhì)模型

A相—進(jìn)行微布朗運動的橡膠分子鏈；B相—交聯(lián)團(tuán)相；C相—被填料束縛的橡膠相

對殼層補強作用的解釋是雙殼層起骨架作用。提出了填充炭黑橡膠的不均質(zhì)結(jié)構(gòu)示意圖，見圖3-22。圖中A相為自由大分子，B相為交聯(lián)結(jié)構(gòu)，C相為雙殼層，該理論認(rèn)為C相起著骨架作用聯(lián)結(jié)A相和B相，構(gòu)成一個橡膠大分子與填料整體網(wǎng)絡(luò)，改變了硫化膠的結(jié)構(gòu)，因而提高了硫化膠的物理機械性能。

（五）橡膠大分子鏈滑動學(xué)說

這是比較新和比較全面的炭黑補強理論。該理論的核心是橡膠大分子能在炭黑表面上滑動，由此解釋了補強現(xiàn)象。炭黑粒子表面的活性不均一，有少量強的活性點以及一系列的能量不同的吸附點。吸附在炭黑表面上的橡膠鏈可以有各種不同的結(jié)合能量，有多數(shù)弱的范德華力的吸附以及少量的化學(xué)吸附。吸附的橡膠鏈段在應(yīng)力作用下會滑動伸長。大分子滑動學(xué)說的基本概念可用示意圖3-23表示。

（1）表示膠料原始狀態(tài)，長短不等的橡膠分子鏈被吸附在炭黑粒子表面上。

（2）當(dāng)伸長時，這條最短的鏈不是斷裂而是沿炭黑表面滑動，原始狀態(tài)吸附的長度用點標(biāo)出，可看出滑移的長度。這時應(yīng)力由多數(shù)伸直的鏈承擔(dān)，起應(yīng)力均勻作用，緩解應(yīng)力集中為補強的第一個重要因素。

（3）當(dāng)伸長再增大，鏈再滑動，使橡膠鏈高度取向，承擔(dān)大的應(yīng)力，有高的模量，為補強的第二個重要因素。由于滑動的摩擦使膠料有滯后損失。滯后損失會消耗一部分外力功，化為熱量，使橡膠不受破壞，為補強的第三個因素。

（4）是收縮后膠料的狀況，表明再伸長時的應(yīng)力軟化效應(yīng)，膠料回縮后炭黑粒子間橡膠鏈的長度差不多一樣，再伸長就不需要再滑動一次，所需應(yīng)力下降。在適宜的情況（如膨脹）下，經(jīng)過長時間，由于橡膠鏈的熱運動，吸附與解吸附的動態(tài)平衡，粒子間分子鏈長度的重新分布，膠料又恢復(fù)至接近原始狀態(tài)。但是如果初次伸長的變形量大，恢復(fù)常不超過50%。

圖3-23 橡膠大分子滑動學(xué)說補強機理模型

也發(fā)生滑移，全部分子鏈高度取向，高定伸，緩解應(yīng)力集中，應(yīng)力均勻，滑動耗能；4—恢復(fù)，炭黑粒子間的分子鏈有相等的長度，應(yīng)力軟化?再滑移，BB?1—原始狀態(tài)；2—中等拉伸，AA

§3-7 白炭黑 一．白炭黑的制造

白炭黑的制備多采用兩種方法，即煅燒法和沉淀法。

煅燒法制備的白炭黑又稱為氣相法白炭黑或干法白炭黑，它是以多鹵化硅（SiClx）為原料在高溫下熱分解，進(jìn)行氣相反應(yīng)制得。

干法白炭黑粒徑極小，約為15~25nm，飛揚性極大。氣相法白炭黑雜質(zhì)少，補強性好，但制備復(fù)雜且成本高，主要用于硅橡膠中，所得產(chǎn)品為透明、半透明狀，產(chǎn)品的物理機械性能和介電性能良好，耐水性優(yōu)越。

沉淀法白炭黑普遍采用硅酸鹽（通常為硅酸鈉）與無機酸（通常使用硫酸）中和沉淀反應(yīng)的方法來制取水合二氧化硅。

沉淀法白炭黑粒徑較大，約為20~40nm，純度較低，補強性比煅燒法差，膠料的介電性能特別是受潮后的介電性能較差，但價格便宜，工藝性能好。可單用于NR、SBR等通用橡膠中，也可與炭黑并用，以改善膠料的抗屈撓龜裂性，使裂口增長減慢。二．白炭黑的結(jié)構(gòu) 1．白炭黑的化學(xué)結(jié)構(gòu)

白炭黑的95~99%的成分是SiO2，經(jīng)X射線衍射證實，因白炭黑的制法不同，其結(jié)構(gòu)有不同差別。氣相法白炭黑內(nèi)部結(jié)構(gòu)幾乎完全是排列緊密的硅酸三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)使粒子吸濕性小，表面吸附性強，補強作用強。而沉淀法白炭黑的結(jié)構(gòu)內(nèi)除了生成三維結(jié)構(gòu)的硅酸外，還殘存有較多的二維結(jié)構(gòu)硅酸，致使結(jié)構(gòu)疏松，有很多毛細(xì)管結(jié)構(gòu)，很易吸濕，以致降低了它的補強活性。2．白炭黑的結(jié)構(gòu)

白炭黑的結(jié)構(gòu)象炭黑，它的基本粒子呈球形。在生產(chǎn)過程中，這些基本粒子在高溫狀態(tài)下相互碰撞而形成了以化學(xué)鍵相連結(jié)的鏈枝狀結(jié)構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)稱之為基本聚集體。鏈枝狀結(jié)構(gòu)彼此以氫鍵吸附又形成了次級聚集體結(jié)構(gòu)，這種聚集體在加工混煉時易被破壞。三．白炭黑的表面化學(xué)性質(zhì) 1．表面基團(tuán)

圖3-24 白炭黑的表面模型

相鄰羥基（在相鄰的硅原子上），它對極性物質(zhì)的吸附作用十分重要；隔離羥基，主要存在于脫除水分的白炭黑表面上。這種羥基的含量，氣相法白炭黑比沉淀法的要多，在升高溫度時不易脫除；雙羥基，在一個硅原子上連有兩個羥基。

白炭黑表面的基團(tuán)具有一定的反應(yīng)性，表面的反應(yīng)包括：失水及水解反應(yīng)、與酰氯反應(yīng)、與活潑氫反應(yīng)、形成氫鍵等。2．白炭黑表面的吸附作用

白炭黑表面有很強的化學(xué)吸附活性，這與表面羥基有關(guān)。它可以和水以氫鍵形式結(jié)合，形成多分子吸附層。除此之外，它還可與許多有機小分子物質(zhì)發(fā)生吸附作用。

多官能團(tuán)的胺類或醇類的吸附性高于單官能團(tuán)的，所以SiO2膠料中常用乙醇胺、乙二醇、三乙醇胺等多官能團(tuán)化合物做活性劑。3．熱行為

將白炭黑加熱就會放出水分，隨溫度升高，放出水分量增加。在150~200℃之前，放出水最多，200℃以后趨向平緩，有明顯的轉(zhuǎn)折點，見圖3-25。折點以前主要是吸附水脫附，折點后是表面羥基縮水反應(yīng)。四．白炭黑對膠料工藝性能和硫化膠性能的影響

（一）白炭黑對膠料工藝性能的影響 1．膠料的混煉與分散

白炭黑由于比表面積很大，總趨向于二次聚集，加之在空氣中極易吸收水分，致使羥基間易產(chǎn)生很強的氫鍵締合，進(jìn)一步提高了顆粒間的凝聚力，所以白炭黑的混煉與分散要比炭黑困難得多，而且在多量配合時，還容易生成凝膠，使膠料硬化，混煉時生熱大。為獲得良好的分散，就要求初始混煉時，保持盡可能高的剪切力，以便使白炭黑的這些聚集體粒子盡可能被破壞，而又不致使橡膠分子鏈發(fā)生過多的機械降解。為此，白炭黑應(yīng)分批少量加入，以降低生熱。適當(dāng)提高混煉溫度，有利于除掉一部分白炭黑表面吸附水分，降低粒子間的凝聚力，有助于白炭黑在膠料中的分散。2．白炭黑補強硅橡膠混煉膠中的結(jié)構(gòu)控制

白炭黑，特別是氣相法白炭黑是硅橡膠最好的補強劑，但有一個使混煉膠硬化的問題，一般稱為“結(jié)構(gòu)化效應(yīng)”。其結(jié)構(gòu)化隨膠料停放時間延長而增加，甚至嚴(yán)重到無法返煉、報廢的程度。對此有兩種解釋，一種認(rèn)為是硅橡膠端基與白炭黑表面羥基縮合；另一方面認(rèn)為硅橡膠硅氧鏈節(jié)與白炭黑表面羥基形成氫鍵。

防止結(jié)構(gòu)化有兩個途徑，其一是混煉時加入某些可以與白炭黑表面羥基發(fā)生反應(yīng)的物質(zhì)，如羥基硅油、二苯基硅二醇、硅氮烷等。當(dāng)使用二苯基硅二醇時，混煉后應(yīng)在160~200℃下處理0.5~1h。這樣就可以防止白炭黑填充硅橡膠的結(jié)構(gòu)化。另一途徑是預(yù)先將白炭黑表面改性，先去掉部分表面羥基，從根本上消除結(jié)構(gòu)化。3．膠料的門尼粘度

白炭黑生成凝膠的能力與炭黑不相上下，因此在混煉白炭黑時，膠料的門尼粘度提高，以致于惡化了加工性能，故在含白炭黑的膠料配方中軟化劑的選擇和用量很重要。在IIR中往往加入石蠟烴類、環(huán)烷烴類和芳香烴類，用量視白炭黑用量多少及門尼粘度大小而異，一般可達(dá)15-30%。在NR中，以植物性軟化劑如松香油、妥爾油等軟化效果最好，合成的軟化劑效果不大，礦物油的軟化效果最低。4．膠料的硫化速度

白炭黑粒子表面有大量的微孔，對硫化促進(jìn)劑有較強的吸附作用，因此明顯地遲延硫化。為了避免這種現(xiàn)象，一方面可適當(dāng)?shù)靥岣叽龠M(jìn)劑的用量；另一方面可采用活性劑，使活性劑優(yōu)先吸附在白炭黑表面，這樣就減少了它對促進(jìn)劑的吸附。

活性劑一般是含氮或含氧的胺類、醇類、醇胺類低分子化合物。對NR來說胺類更適合，如二乙醇胺、三乙醇胺、丁二胺、六亞甲基四胺等。對SBR來說，醇類更適合，如己三醇、二甘醇、丙三醇、聚乙二醇等?；钚詣┯昧恳鶕?jù)白炭黑用量、PH值和橡膠品種而定，一般用量為白炭黑的1~3%。

（二）白炭黑對硫化膠性能的影響

白炭黑對各種橡膠都有十分顯著的補強作用，其中對硅橡膠的補強效果尤為突出。

白炭黑是一種補強效果僅次于相應(yīng)爐法炭黑的白色補強劑。含一定量白炭黑的硫化膠與相應(yīng)爐法炭黑（如HAF）補強的硫化膠相比，具有強度高、伸長率大，撕裂強度高、硬度高、絕緣性好等優(yōu)點。通常將炭黑和白炭黑并用，可以獲得較好的綜合性能。五．白炭黑的發(fā)展與應(yīng)用方向 1．存在的問題（1）加工性能；（2）靜電問題；（3）價格問題

2．白炭黑的發(fā)展與應(yīng)用方向

當(dāng)前，白炭黑的發(fā)展向高分散性、精細(xì)化、造?；捅砻娓男曰确矫姘l(fā)展?！?-7 有機補強劑

橡膠用有機補強劑包括合成樹脂和天然樹脂，但并非所有樹脂都可用作補強劑。用作補強劑的樹脂多為合成產(chǎn)品，如酚醛樹脂、石油樹脂及古馬隆樹脂。天然樹脂有木質(zhì)素等。許多樹脂在膠料中同時兼有多種功能，如酚醛樹脂可用作補強劑、增粘劑、纖維表面粘接劑、交聯(lián)劑及加工助劑。石油樹脂、高苯乙烯樹脂也有多種功能。一．酚醛樹脂

一般橡膠專用補強酚醛樹脂的聚合必須加入第三單體，并通過油或膠乳改性合成的酚醛樹脂，使其具有高硬度、高補強、耐磨、耐熱及加工安全和與橡膠相容性好的特征。通用橡膠補強酚醛樹脂主要有間苯-甲醛二階酚醛樹脂、賈樹油或妥爾油改性二階酚醛樹脂和膠乳改性酚醛樹脂。

酚醛樹脂的化學(xué)結(jié)構(gòu)特征如圖3-27所示。

圖3-27 酚醛樹脂的化學(xué)結(jié)構(gòu)特征

R1，R2為不同的烷基；X，Y為非金屬原子或烷基

線形酚醛樹脂商業(yè)化的產(chǎn)品主要有：美國Occidental公司的Durez系列、Schenectady公司的SP系列、Summit公司的Duphene系列、Polymer Applications公司的PA53系列；德國BASF公司的Koreforte系列；法國CECA公司的R系列；我國常州常京化學(xué)有限公司的PFM系列。

酚醛樹脂主要用于剛性和硬度要求很高的膠料中，尤其常用于胎面部位（胎冠和胎面基部）和胎圈部位（三角膠和耐磨膠料）。二．石油樹脂

石油樹脂是石油裂解副產(chǎn)物的C5、C9餾分經(jīng)催化聚合所制得的分子量油狀或熱塑性烴類樹脂。按化學(xué)成分可分為芳香族石油樹脂（C5樹脂）、脂肪族石油樹脂（C9樹脂）、脂肪-芳香族樹脂（C5/C9共聚樹脂）、雙環(huán)戊二烯樹脂（DCPD樹脂）以及這些樹脂加氫后的加氫石油樹脂。

C5石油樹脂還可進(jìn)一步分為通用型、調(diào)和型和無色透明型3種。DCPD樹脂又有普通型、氫化型和淺色型3種之分。C9石油樹脂，按原材料預(yù)處理及軟化點分為PR1和PR2兩種型號和多種規(guī)格。C5石油樹脂軟化點多在100℃左右，主要作為增粘劑用于NR和IR膠料中。C9石油樹脂軟化點為 90~100℃，主要用于油墨和涂料；軟化點在120℃以上的C9石油樹脂還可用作橡膠補強劑。C5/C9石油樹脂為C5和C9兩種成分兼有的樹脂，軟化點為 90~100℃，主要用于NR和SBR等橡膠和苯乙烯型熱塑性彈性體。DCPD石油樹脂軟化點為 80~100℃，用于輪胎、涂料和油墨。氫化的DCPD樹脂軟化點可高達(dá) 100~140℃，主要用于各種苯乙烯型熱塑性彈性體和塑料中。三．苯乙烯樹脂

常用的高苯乙烯樹脂由苯乙烯和丁二烯共聚制得，苯乙烯含量在85%左右，有橡膠狀、粒狀和粉狀。高苯乙烯樹脂

§3-10 新型納米增強技術(shù)

近年來，橡膠的納米增強及納米復(fù)合技術(shù)日益引起人們濃厚的興趣。納米材料已在許多科學(xué)領(lǐng)域引起了廣泛的重視，成為材料科學(xué)研究的熱點。納米復(fù)合材料（nanocomposite）被定義為：補強劑（分散相）至少有一維尺寸小于100nm。與傳統(tǒng)的復(fù)合材料相比，由于納米粒子帶來的納米效應(yīng)和納米粒子與基體間強的界面相互作用，橡膠納米復(fù)合材料具有優(yōu)于相同組分常規(guī)聚合物復(fù)合材料的力學(xué)性能、熱學(xué)性能，為制備高性能、多功能的新一代復(fù)合材料提供了可能。

作為納米粉體，炭黑和白炭黑均具有納米材料的大多數(shù)特性（如強吸附效應(yīng)、自由基效應(yīng)、電子隧道效應(yīng)、不飽和價效應(yīng)等）。根據(jù)炭黑和白炭黑的原生粒子以及它們在橡膠基質(zhì)中的一次聚集體的尺寸，炭黑和白炭黑增強橡膠也屬于納米復(fù)合材料。也正因為如此，炭黑和白炭黑的高增強地位一直很難被取代。一．插層復(fù)合法 1．原理和分類

插層復(fù)合法是制備聚合物/層狀硅酸鹽納米復(fù)合材料的方法。首先將單體或聚合物插入經(jīng)插層劑處理的層狀硅酸鹽片層之間，進(jìn)而破壞硅酸鹽的片層結(jié)構(gòu)，使其剝離成厚為1nm、面積為100nm×100nm的層狀硅酸鹽基本單元，并均勻分散在聚合物基體中，以實現(xiàn)高分子與粘土類層狀硅酸鹽在納米尺度上的復(fù)合。按照復(fù)合過程，插層復(fù)合法可分為兩大類。

（1）插層聚合（intercalation polymerization）。先將聚合物單體分散、插層進(jìn)入層狀硅酸鹽片層中，然后原位聚合，利用聚合時放出的大量熱量克服硅酸鹽片層間的作用力，使其剝離，從而使硅酸鹽片層與聚合物基體以納米尺度相復(fù)合。

（2）聚合物插層（polymer intercalation）。將聚合物熔體或溶液與層狀硅酸鹽混合，利用力化學(xué)或熱力學(xué)作用使層狀硅酸鹽剝離成納米尺度的片層并均勻分散在聚合物基體中。

按照聚合反應(yīng)類型的不同，插層聚合可以分為插層縮聚和插層加聚兩種。聚合物插層又可分為聚合物溶液插層和聚合物熔融插層兩種。從結(jié)構(gòu)的觀點來看，聚合物/層狀硅酸鹽納米復(fù)合材料可分為插層型（intercalated）和剝離型（exfolicated）納米復(fù)合材料兩種類型，其結(jié)構(gòu)示意圖見圖3-28所示。

在插層型聚合物/層狀硅酸鹽納米復(fù)合材料中，聚合物插層進(jìn)入硅酸鹽片層間，硅酸鹽的片層間距雖有所擴大，但片層仍然具有一定的有序性。在剝離型納米復(fù)合材料中，硅酸鹽片層被聚合物打亂，無規(guī)分散在聚合物基體中的是一片一片的硅酸鹽單元片層，此時硅酸鹽片層與聚合物實現(xiàn)了納米尺度上的均勻混合。由于高分子鏈在層間受限空間與層外自由空間有很大的差異，因此插層型聚合物/層狀硅酸鹽納米復(fù)合材料可作為各向異性的功能材料，而剝離型聚合物/層狀硅酸鹽納米復(fù)合材料具有很強的增強效應(yīng)。

圖3-28 聚合物/層狀硅酸鹽復(fù)合材料的結(jié)構(gòu)示意圖

（a）相分離型微米復(fù)合材料；（b）插層型納米復(fù)合材料；（c）剝離型納米復(fù)合材料 2．層狀硅酸鹽

具有層狀結(jié)構(gòu)的粘土礦物包括高嶺土、滑石、膨潤土、云母四大類。目前研究較多并具有實際應(yīng)用前景的層狀硅酸鹽是2：1型粘土礦物，如鈉蒙脫土、鋰蒙脫土和海泡石等，其單元晶層結(jié)構(gòu)如圖3-29所示。

層狀硅酸鹽的層間有可交換性陽離子，如Na+、Ca2+、Mg2+等，它們可與無機金屬離子、有機陽離子型表面活性劑等進(jìn)行陽離子交換進(jìn)入粘土層間。通過離子交換作用導(dǎo)致層狀硅酸鹽層間距增加。在適當(dāng)?shù)木酆蠗l件下，單體在片層之間聚合可能使層間距進(jìn)一步增大，甚至解離成單層，使粘土以1nm厚的片層均勻分散在聚合物基體中。

圖3-29 2:1型頁硅酸鹽單元晶層的結(jié)構(gòu)

（片層的厚度約為1nm，層間距也約為1nm，片層的直徑范圍約為30nm到幾個微米之間）3．插層劑的選用原則

插層劑的選擇在制備聚合物/層狀硅酸鹽納米復(fù)合材料的過程中是極其重要的一個環(huán)節(jié)，需要根據(jù)聚合物基體的種類以及復(fù)合工藝的具體條件來選擇。

選擇合適得插層劑需要重點考慮以下幾個方面的因素：

（1）容易進(jìn)入層狀硅酸鹽晶片間的納米空間，并能顯著增大粘土晶片間片層間距。

（2）插層劑分子應(yīng)與聚合物單體或高分子鏈具有較強的物理或化學(xué)作用，以利于單體或聚合物插層反應(yīng)的進(jìn)行，并且可以增強粘土片層與聚合物兩相間得界面粘結(jié)，有助于提高復(fù)合材料的性能。（3）價廉易得，最好是現(xiàn)有得工業(yè)品。

目前在制備聚合物/層狀硅酸鹽納米復(fù)合材料時常用的插層劑有烷基銨鹽、季銨鹽、吡啶類衍生物和其他陽離子型表面活性劑等。層狀硅酸鹽/橡膠納米復(fù)合材料的性能特點是：納米分散相為形狀比（面積/厚度比）非常大的片層填料，限制大分子變形的能力比球形增強劑更強（但弱于常規(guī)短纖維），因而橡膠/粘土納米復(fù)合材料具有較高的模量、硬度、強度等高增強性和其他特殊性能如：優(yōu)異的氣體阻隔性能和耐小分子溶脹和透過性能，耐油、耐磨、減震、阻燃、耐熱、耐化學(xué)腐蝕。適用于輪胎內(nèi)胎、氣密層、薄膜、膠管、膠輥、膠帶、膠鞋等制品。

二、溶膠-凝膠法

用溶膠-凝膠法原位生成SiO2增強橡膠是橡膠的納米增強領(lǐng)域最為活躍的課題，其原理是將二氧化硅的某些反應(yīng)前體，如四乙氧基硅烷（TEOS）等引入橡膠基質(zhì)中，然后通過水解和縮合直接生成均勻分散的納米尺度的SiO2粒子，從而對橡膠產(chǎn)生優(yōu)異的增強作用。這種復(fù)合技術(shù)通常是在硫化膠中完成，TEOS最終在硫化膠網(wǎng)絡(luò)中形成了粒徑為10~50nm的SiO2粒子，該粒子直徑分布窄，分散非常均勻，性能明顯超過了直接填充沉淀法SiO2增強的橡膠。用此技術(shù)已制備了SBR，BR，聚二甲基硅氧烷（PDMS），NBR，IIR等納米復(fù)合材料。橡膠/納米SiO2復(fù)合材料中的分散相分散非常均勻，分散相的化學(xué)成分及結(jié)構(gòu)、尺寸及其分布、表面特性等均可以控制，這不但為橡膠增強的分子設(shè)計提供了可能性，也為橡膠增強理論的研究提供了對象和素材。用該方法制備的納米復(fù)合材料具有很高的拉伸強度和撕裂強度，優(yōu)異的滯后生熱和動/靜態(tài)壓縮性能，在最優(yōu)化條件下的綜合性能明顯超過炭黑和白炭黑增強的橡膠納米復(fù)合材料。限于技術(shù)的成熟性和產(chǎn)品的成本，該方法在橡膠工業(yè)中的廣泛應(yīng)用仍需進(jìn)一步探討。三．原位聚合增強法

近十年來，不飽和羧酸鹽/橡膠納米復(fù)合材料的研究日益受到人們的關(guān)注。這是一種利用原位自由基聚合生成分散相的納米復(fù)合材料。所謂“原位聚合”增強，是指在橡膠基體中“生成”增強劑，典型的方法如在橡膠中混入一些與基體橡膠有一定相容性的帶有反應(yīng)性官能團(tuán)的單體物質(zhì)，然后通過適當(dāng)?shù)臈l件使其“就地”聚合成微細(xì)分散的粒子，并在橡膠中形成網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，從而產(chǎn)生增強作用。不飽和羧酸金屬鹽增強橡膠就是“原位聚合”增強的典型例子。1．不飽和羧酸鹽的制備

不飽和羧酸鹽的通式可用Mn+(RCOO-)n表示，其中M為價態(tài)為n的金屬離子，R為不飽和烯烴。RCOO-可以是丙烯酸（AA）、甲基丙烯酸（MAA）和馬來酸等的羧酸根離子，其中AA和MAA等α，β-不飽和羧酸最為常見。不飽和羧酸鹽的制備一般是通過金屬氧化物或氫氧化物與不飽和羧酸進(jìn)行中和反應(yīng)制得的。不飽和羧酸鹽也可在橡膠中原位制得，即將金屬氧化物和不飽和羧酸直接加入橡膠中，讓中和反應(yīng)在橡膠中原位發(fā)生。一般是在密煉機中將金屬氧化物和橡膠混合均勻，再加入不飽和羧酸。2．不飽和羧酸鹽補強橡膠的特點

早期不飽和羧酸鹽作為過氧化物的活性交聯(lián)助劑，提高交聯(lián)效率。80年代后，不飽和羧酸鹽在橡膠中的應(yīng)用得到重視，發(fā)現(xiàn)不飽和羧酸鹽不僅可以改善硫化特性，而且直接用不飽和羧酸鹽補強的橡膠也具有較高的硬度和強度，逐漸用于一些產(chǎn)品的制造，如用于高爾夫球芯。日本ZEON公司也開發(fā)了商品名為ZSC的復(fù)合材料，應(yīng)用于汽車零部件、油田開采等領(lǐng)域。與傳統(tǒng)的炭黑補強相比，不飽和羧酸鹽補強橡膠有以下特點：（1）在相當(dāng)寬的硬度范圍內(nèi)都有著很高的強度；

（2）隨著不飽和羧酸鹽用量的增加，膠料粘度變化不大，具有良好的加工性能；（3）在高硬度時仍具有較高的伸長率；（4）較高的彈性。

3．不飽和羧酸鹽補強橡膠的機理

不飽和羧酸鹽補強的橡膠中存在著大量的離子交聯(lián)鍵并分散著納米粒子，這種結(jié)構(gòu)特點使硫化膠具有獨特的性能。

離子交聯(lián)鍵具有滑移特性，能最大限度地將應(yīng)力松弛掉，并產(chǎn)生較大的變形，因此能夠賦予硫化膠高強度、高的斷裂伸長率。不飽和羧酸鹽在橡膠基體中發(fā)生聚合反應(yīng)，生成的聚鹽以納米粒子的形式存在在橡膠中，并有一部分不飽和羧酸鹽接枝到橡膠大分子上，從而改善了橡膠與填料粒子間的相容性。

橡膠，特別是合成橡膠的增強一直是橡膠領(lǐng)域的重要研究課題。炭黑和白炭黑增強一直占據(jù)著主導(dǎo)地位，統(tǒng)治著橡膠工業(yè)。而原位納米復(fù)合技術(shù)的高分散性、可設(shè)計性（物理化學(xué)結(jié)構(gòu)、界面、形狀、尺寸及其分布等）卻是橡膠技術(shù)追求的理想境界。因此發(fā)展價格低廉的新型納米增強劑，尋找更科學(xué)、適用的納米復(fù)合技術(shù)，是橡膠納米增強研究的一個重要方向。同時，利用納米復(fù)合技術(shù)開發(fā)特種和功能性新型納米復(fù)合材料，以填補炭黑和白炭黑增強彈性體的性能空缺。

第五篇：電路原理知識總結(jié)

電路原理總結(jié)

第一章 基本元件和定律

1.電流的參考方向可以任意指定，分析時：若參考方向與實際方向一致，則i>0，反之i<0。

電壓的參考方向也可以任意指定，分析時：若參考方向與實際方向一致，則u>0反之u<0。

2． 功率平衡

一個實際的電路中，電源發(fā)出的功率總是等于負(fù)載消耗的功率。

3． 全電路歐姆定律：U=E-RI 4． 負(fù)載大小的意義：

電路的電流越大，負(fù)載越大。電路的電阻越大，負(fù)載越小。5． 電路的斷路與短路

電路的斷路處：I＝0，U≠0 電路的短路處：U＝0，I≠0 二． 基爾霍夫定律 1． 幾個概念：

支路：是電路的一個分支。

結(jié)點：三條（或三條以上）支路的聯(lián)接點稱為結(jié)點。

回路：由支路構(gòu)成的閉合路徑稱為回路。網(wǎng)孔：電路中無其他支路穿過的回路稱為網(wǎng)孔。

2． 基爾霍夫電流定律：

（1）定義：任一時刻，流入一個結(jié)點的電流的代數(shù)和為零。

或者說：流入的電流等于流出的電流。（2）表達(dá)式：i進(jìn)總和=0

或： i進(jìn)=i出

（3）可以推廣到一個閉合面。3． 基爾霍夫電壓定律

（1）定義：經(jīng)過任何一個閉合的路徑，電壓的升等于電壓的降。

或者說：在一個閉合的回路中，電壓的代數(shù)和為零。

或者說：在一個閉合的回路中，電阻上的電壓降之和等于電源的電動勢之和。（2）表達(dá)式：1

或： 2 或： 3（3）基爾霍夫電壓定律可以推廣到一個非閉合回路

三． 電位的概念

（1）定義：某點的電位等于該點到電路參考點的電壓。

（2）規(guī)定參考點的電位為零。稱為接地。（3）電壓用符號U表示,電位用符號V表示

（4）兩點間的電壓等于兩點的電位的差。

（5）注意電源的簡化畫法。

四． 理想電壓源與理想電流源 1． 理想電壓源

（1）不論負(fù)載電阻的大小，不論輸出電流的大小，理想電壓源的輸出電壓不變。理想電壓源的輸出功率可達(dá)無窮大。（2）理想電壓源不允許短路。2． 理想電流源

（1）不論負(fù)載電阻的大小，不論輸出電壓的大小，理想電流源的輸出電流不變。理想電流源的輸出功率可達(dá)無窮大。（2）理想電流源不允許開路。

3． 理想電壓源與理想電流源的串并聯(lián)（1）理想電壓源與理想電流源串聯(lián)時，電路中的電流等于電流源的電流，電流源起作用。

（2）理想電壓源與理想電流源并聯(lián)時，電源兩端的電壓等于電壓源的電壓，電壓源起作用。

4． 理想電源與電阻的串并聯(lián)

（1）理想電壓源與電阻并聯(lián)，可將電阻去掉（斷開），不影響對其它電路的分析。（2）理想電流源與電阻串聯(lián)，可將電阻去掉（短路），不影響對其它電路的分析。5． 實際的電壓源可由一個理想電壓源和一個內(nèi)電阻的串聯(lián)來表示。

實際的電流源可由一個理想電流源和一個內(nèi)電阻的并聯(lián)來表示。五． 支路電流法

1． 意義：用支路電流作為未知量，列方程求解的方法。

2． 列方程的方法：

（1）電路中有b條支路，共需列出b個方程。

（2）若電路中有n個結(jié)點，首先用基爾霍夫電流定律列出n-1個電流方程。

（3）然后選b-（n-1）個獨立的回路，用基爾霍夫電壓定律列回路的電壓方程。3． 注意問題：

若電路中某條支路包含電流源，則該支路的電流為已知，可少列一個方程（少列一個回路的電壓方程）。六． 疊加原理

1． 意義：在線性電路中，各處的電壓和電流是由多個電源單獨作用相疊加的結(jié)果。2． 求解方法：考慮某一電源單獨作用時，應(yīng)將其它電源去掉，把其它電壓源短路、電流源斷開。

3． 注意問題：最后疊加時，應(yīng)考慮各電源單獨作用產(chǎn)生的電流與總電流的方向問題。疊加原理只適合于線性電路，不適合于非線性電路；只適合于電壓與電流的計算，不適合于功率的計算。七． 戴維寧定理

1． 意義：把一個復(fù)雜的含源二端網(wǎng)絡(luò)，用一個電阻和電壓源來等效。2． 等效電源電壓的求法： 把負(fù)載電阻斷開，求出電路的開路電壓UOC。等效電源電壓UeS等于二端網(wǎng)絡(luò)的開路電壓UOC。

3． 等效電源內(nèi)電阻的求法：

（1）把負(fù)載電阻斷開，把二端網(wǎng)絡(luò)內(nèi)的電源去掉（電壓源短路，電流源斷路），從負(fù)載兩端看進(jìn)去的電阻，即等效電源的內(nèi)電阻R0。

（2）把負(fù)載電阻斷開，求出電路的開路電壓UOC。然后，把負(fù)載電阻短路，求出電路的短路電流ISC，則等效電源的內(nèi)電阻等于UOC/ISC。八． 諾頓定理 1． 意義：

把一個復(fù)雜的含源二端網(wǎng)絡(luò)，用一個電阻和電流源的并聯(lián)電路來等效。

2． 等效電流源電流IeS的求法：

把負(fù)載電阻短路，求出電路的短路電流ISC。則等效電流源的電流IeS等于電路的短路電流ISC。

3． 等效電源內(nèi)電阻的求法： 同戴維寧定理中內(nèi)電阻的求法。本章介紹了電路的基本概念、基本定律和基本的分析計算方法，必須很好地理解掌握。其中，戴維寧定理是必考內(nèi)容，即使在本章的題目中沒有出現(xiàn)戴維寧定理的內(nèi)容，在第2章<<電路的瞬態(tài)分析>>的題目中也會用到。

第2章 電路的瞬態(tài)分析 一． 換路定則： 1． 換路原則是:

換路時：電容兩端的電壓保持不變，Uc(o+)=Uc(o-)。

電感上的電流保持不變，Ic(o+)= Ic(o-)。原因是：電容的儲能與電容兩端的電壓有關(guān)，電感的儲能與通過的電流有關(guān)。2． 換路時，對電感和電容的處理

（1）換路前，電容無儲能時，Uc(o+)=0。換路后，Uc(o-)=0，電容兩端電壓等于零，可以把電容看作短路。

（2）換路前，電容有儲能時，Uc(o+)=U。換路后，Uc(o-)=U，電容兩端電壓不變，可以把電容看作是一個電壓源。

（3）換路前，電感無儲能時，IL(o-)=0。換路后，IL(o+)=0，電感上通過的電流為零，可以把電感看作開路。

（4）換路前，電感有儲能時，IL(o-)=I。換路后，IL(o+)=I，電感上的電流保持不變，可以把電感看作是一個電流源。

3． 根據(jù)以上原則，可以計算出換路后，電路中各處電壓和電流的初始值。二． RC電路的零輸入響應(yīng) 三． RC電路的零狀態(tài)響應(yīng) 2． 電壓電流的充電過程

四． RC電路全響應(yīng)

2． 電路的全響應(yīng)＝穩(wěn)態(tài)響應(yīng)＋暫態(tài)響應(yīng)

穩(wěn)態(tài)響應(yīng) 暫態(tài)響應(yīng) 3． 電路的全響應(yīng)＝零輸入響應(yīng)＋零狀態(tài)響應(yīng)

零輸入響應(yīng) 零狀態(tài)響應(yīng) 五． 一階電路的三要素法： 1． 用公式表示為：

其中： 為待求的響應(yīng)，待求響應(yīng)的初始值，為待求響應(yīng)的穩(wěn)態(tài)值。

2． 三要素法適合于分析電路的零輸入響應(yīng)，零狀態(tài)響應(yīng)和全響應(yīng)。必須掌握。3． 電感電路的過渡過程分析，同電容電路的分析。

電感電路的時間常數(shù)是: 六． 本章復(fù)習(xí)要點

1． 計算電路的初始值

先求出換路前的原始狀態(tài)，利用換路定則，求出換路后電路的初始值。2． 計算電路的穩(wěn)定值

計算電路穩(wěn)壓值時，把電感看作短路，把電容看作斷路。

3． 計算電路的時間常數(shù)τ 當(dāng)電路很復(fù)雜時，要把電感和電容以外的部分用戴維寧定理來等效。求出等效電路的電阻后，才能計算電路的時間常數(shù)τ。4． 用三要素法寫出待求響應(yīng)的表達(dá)式 不管給出什么樣的電路，都可以用三要素法寫出待求響應(yīng)的表達(dá)式。第3章 交流電路復(fù)習(xí)指導(dǎo)

一． 正弦量的基本概念 1． 正弦量的三要素

（1）表示大小的量：有效值，最大值（2）表示變化快慢的量：周期T，頻率f，角頻率ω.（3）表示初始狀態(tài)的量：相位，初相位，相位差。

2． 正弦量的表達(dá)式：

3． 了解有效值的定義：

4． 了解有效值與最大值的關(guān)系：

5． 了解周期，頻率，角頻率之間的關(guān)系：

二． 復(fù)數(shù)的基本知識：

1． 復(fù)數(shù)可用于表示有向線段，如圖： 復(fù)數(shù)A的模是r，輻角是Ψ 2． 復(fù)數(shù)的三種表示方式：（1）代數(shù)式：（2）三角式：（3）指數(shù)式：（4）極坐標(biāo)式：

3． 復(fù)數(shù)的加減法運算用代數(shù)式進(jìn)行。復(fù)數(shù)的乘除法運算用指數(shù)式或極坐標(biāo)式進(jìn)行。

4． 復(fù)數(shù)的虛數(shù)單位j的意義：

任一向量乘以+j后，向前（逆時針方向）旋轉(zhuǎn)了，乘以-j后，向后（順時針方向）旋轉(zhuǎn)了。

三． 正弦量的相量表示法：

1． 相量的意義：用復(fù)數(shù)的模表示正弦量的大小，用復(fù)數(shù)的輻角來表示正弦量初相位。相量就是用于表示正弦量的復(fù)數(shù)。為與一般的復(fù)數(shù)相區(qū)別，相量的符號上加一個小園點。

2． 最大值相量：用復(fù)數(shù)的模表示正弦量的最大值。

3． 有效值相量：用復(fù)數(shù)的模表示正弦量的有效值。

4． 例題1：把一個正弦量 用相量表示。解：最大值相量為： 有效值相量為： 5． 注意問題：

正弦量有三個要素，而復(fù)數(shù)只有兩個要素，所以相量中只表示出了正弦量的大小和初相位，沒有表示出交流電的周期或頻率。相量不等于正弦量。

6． 用相量表示正弦量的意義：

用相量表示正弦后，正弦量的加減，乘除，積分和微分運算都可以變換為復(fù)數(shù)的代數(shù)運算。

7． 相量的加減法也可以用作圖法實現(xiàn)，方 3 法同復(fù)數(shù)運算的平行四邊形法和三角形法。四． 電阻元件的交流電路

1． 電壓與電流的瞬時值之間的關(guān)系：u=Ri 式中，u與i取關(guān)聯(lián)的參考方向 設(shè)：（式1）則：（式2）

從上式中看到，u與i同相位。

2． 最大值形式的歐姆定律(電壓與電流最大值之間的關(guān)系)從式2看到：

3． 有效值形式的歐姆定律(電壓與電流有效值之間的關(guān)系)從式2看到：

4． 相量形式的歐姆定律(電壓相量與電流相量之間的關(guān)系)由式1和式2 得： 相位 與相位 同相位。5． 瞬時功率：

6．平均功率：

五． 電感元件的交流電路

1． 電壓與電流的瞬時值之間的關(guān)系： 式中，u與i取關(guān)聯(lián)的參考方向 設(shè)：（式1）則：（式2）從上式中看到，u與i相位不同，u 超前i 2． 最大值形式的歐姆定律(電壓與電流最大值之間的關(guān)系)從式2看到：

3． 有效值形式的歐姆定律(電壓與電流有效值之間的關(guān)系)從式2看到：

4． 電感的感抗： 單位是：歐姆

5． 相量形式的歐姆定律(電壓相量與電流相量之間的關(guān)系)由式1和式2 得：

相位 比相位 的相位超前。6． 瞬時功率：

7．平均功率：

8． 無功功率：用于表示電源與電感進(jìn)行能量交換的大小 Q=UI=XL

單位是乏：Var

六． 電容元件的交流電路

1． 電壓與電流的瞬時值之間的關(guān)系：

式中，u與i取關(guān)聯(lián)的參考方向 設(shè)：（式1）則：（式2）從上式中看到，u與i不同相位，u 落后i 2． 最大值形式的歐姆定律(電壓與電流最大值之間的關(guān)系)從式2看到：

3． 有效值形式的歐姆定律(電壓與電流有效值之間的關(guān)系)從式2看到：

4． 電容的容抗： 單位是：歐姆

5． 相量形式的歐姆定律(電壓相量與電流相量之間的關(guān)系)由式1和式2 ： 得：

相位 比相位 的相位落后。6． 瞬時功率：

7．平均功率：

8． 無功功率：用于表示電源與電容進(jìn)行能量交換的大小

為了與電感的無功功率相區(qū)別，電容的無功功率規(guī)定為負(fù)。Q=-UI=-XC 單位是乏：Var

七．R、L、C元件上電路與電流之間的相量關(guān)系、有效值關(guān)系和相位關(guān)系如下表所示： 元件

名稱 相量關(guān)系 有效值 關(guān)系 相位關(guān)系 相量圖 電阻R 電感L 電容C 表1 電阻、電感和電容元件在交流電路中的主要結(jié)論

八．RLC串聯(lián)的交流電路 RLC串聯(lián)電路的分析

RLC串聯(lián)電路如圖所示，各個元件上的電壓相加等于總電壓：

1． 相量形式的歐姆定律

上式是計算交流電路的重要公式 2． 復(fù)數(shù)阻抗：

復(fù)阻抗Z的單位是歐姆。

與表示正弦量的復(fù)數(shù)（例：相量）不同，Z僅僅是一個復(fù)數(shù)。3． 阻抗模的意義：（1）

此式也稱為有效值形式的歐姆定律（2）

阻抗模與電路元件的參數(shù)之間的關(guān)系

4． 阻抗角的意義：（1）

阻抗角是由電路的參數(shù)所確定的。（2）

阻抗角等于電路中總電壓與電流的相位差。

（3）當(dāng)，時，為感性負(fù)載，總電壓 超前電流 一個 角；

當(dāng)，時，為容性負(fù)載，總電壓 滯后電流 一個 角；

當(dāng) , 時，為阻性負(fù)載，總電壓 和電流 同相位；這時電路發(fā)生諧振現(xiàn)象。

5． 電壓三角形：在RLC串聯(lián)電路中，電壓相量 組成一個三角形如圖所示。圖中分別畫出了、和 三種情況下，電壓相量與電流相量之間的關(guān)系。

6． 阻抗三角形：

了解R、XL、與 角之間的關(guān)系及計算公式。

九．阻抗的串并聯(lián) 1． 阻抗的串聯(lián) 電路如圖：

（1）各個阻抗上的電流相等：

（2）總電壓等于各個阻抗上和電壓之和：（3）總的阻抗等于各個阻抗之和：（4）分壓公式： 多個阻抗串聯(lián)時，具有與兩個阻抗串聯(lián)相似的性質(zhì)。

2． 阻抗的并聯(lián) 電路如圖：

（1）各個阻抗上的電壓相等：

（2）總電流等于各個阻抗上的電流之和：（3）總的阻抗的計算公式： 或（4）分流公式： 多個阻抗并聯(lián)時，具有與兩個阻抗并聯(lián)相似的性質(zhì)。

3． 復(fù)雜交流電路的計算

在少學(xué)時的電工學(xué)中一般不講復(fù)雜交流電路的計算，對于復(fù)雜的交流電路，仍然可以用直流電路中學(xué)過的計算方法，如：支路電流法、結(jié)點電壓法、疊加原理、戴維寧定理等。

十．交流電路的功率

1.瞬時功率：p=ui=UmIm sin(ωt+φ)sinωt=UIcosφ－UIcos(2ωt+φ)2.平均功率：P= = =UIcosφ

平均功率又稱為有功功率，其中 cosφ稱為功率因數(shù)。

電路中的有功功率也就是電阻上所消耗的功率：

3.無功功率：Q=ULI－UCI= I2(XL－XC)=UIsinφ

電路中的無功功率也就是電感與電容和電源之間往返交換的功率。4.視在功率： S=UI

視在功率的單位是伏安（VA），常用于表示發(fā)電機和變壓器等供電設(shè)備的容量。5．功率三角形：P、Q、S組成一個三角形，如圖所示。其中φ為阻抗角。它們之間的關(guān)系如下：

十一。電路的功率因數(shù) 1． 功率因數(shù)的意義

從功率三角形中可以看出，功率因數(shù)。功率因數(shù)就是電路的有功功率占總的視在功率的比例。功率因數(shù)高，則意味著電路中的 5 有功功率比例大，無功功率的比例小。2． 功率因數(shù)低的原因：

(1)生產(chǎn)和生活中大量使用的是電感性負(fù)載 異步電動機，洗衣機、電風(fēng)扇、日光燈都為感性負(fù)載。

(2)電動機輕載或空載運行（大馬拉小車）異步電動機空載時cosφ=0.2～0.3，額定負(fù)載時cosφ=0.7～0.9。3． 提高功率因數(shù)的意義：

(1)提高發(fā)電設(shè)備和變壓器的利用率 發(fā)電機和變壓器等供電設(shè)備都有一定的容量，稱為視在功率，提高電路的功率因數(shù)，可減小無功功率輸出，提高有功功率的輸出，增大設(shè)備的利用率。(2)降低線路的損耗

由公式，當(dāng)線路傳送的功率一定，線路的傳輸電壓一定時，提高電路的功率因數(shù)可減小線路的電流，從而可以降低線路上的功率損耗，降低線路上的電壓降，提高供電質(zhì)量，還可以使用較細(xì)的導(dǎo)線，節(jié)省建設(shè)成本。4． 并聯(lián)電容的求法一，從電流相量圖中導(dǎo)出：

在電感性負(fù)載兩端并聯(lián)電容可以補償電感消耗的無功功率，提高電路的功率因數(shù)。電路如圖：

計算公式如下：

5． 并聯(lián)電容的求法二，從功率三角形圖中導(dǎo)出： 如圖所示，和S1是電感性負(fù)載的阻抗角和視在功率，和S是加電容后電路總的阻抗角和視在功率，QL和QC分別是電感和電容的無功功率，Q是電路總的無功功率。

計算公式如下：

十二。本章復(fù)習(xí)重點

1． 概念題：關(guān)于正弦量表達(dá)式、相量表達(dá)式式、感抗、容抗、阻抗等公式判斷正誤的題目，如教材各節(jié)后面的思考題?？赡芤蕴羁疹}、判斷題的形式出現(xiàn)。2． 用相量計算交流電路

用相量計算交流電路，是本章的核心內(nèi)容，必須掌握。但由于復(fù)數(shù)的計算很費時間，所以本章不會出很復(fù)雜的電路計算題。重點應(yīng)掌握簡單交流電路的計算，例如：RLC串聯(lián)電路、RL串聯(lián)電路、RL串聯(lián)后再并聯(lián)電容等電路。

3． 有些電路不用相量也能計算，甚至比用相量法計算電路要簡單。只用阻抗、相位角、有功功率、無功功率、視在功率等相差公式計算電路，例如作業(yè)題3.7.1、3.7.2等。第4章 供電與用電復(fù)習(xí)指導(dǎo)

一、概念題：

1． 星形聯(lián)結(jié)法中線電壓與相電壓的關(guān)系，線電流與相電流的關(guān)系。三角形聯(lián)結(jié)法中線電壓與相電壓的關(guān)系，線電流與相電流的關(guān)系。

基本要求是：已知一個線電壓或相電壓的表達(dá)式(三角函數(shù)式或相量表達(dá)式)，能寫出其它線電壓和相電壓的表達(dá)式。

2．三相負(fù)載故障情況(短路、斷路)下，電路的分析與簡單計算。

3．已知負(fù)載的額定相電壓，根據(jù)三相電源的電壓考慮采用何種聯(lián)結(jié)方法(星形或三角形)。

二、簡單計算題：

考察三相電路的基本知識，一般用于對稱三相電路的計算。

例1：有一電源和負(fù)載都是星形聯(lián)結(jié)的對稱三相電路,已知電源線電壓為 380 V,負(fù)載每相阻抗模 為10Ω,試求負(fù)載的相電流和線電流。

解：負(fù)載相電壓 Up = 220 V 負(fù)載相電流 Ip =22A 負(fù)載線電流 IL = 22 A

三、用相量進(jìn)行計算的題目

一般用于計算不對稱的三相電路。

例3：已知R1=22Ω，R2=38Ω，UL=380V，求線電流的大小。解：用相量法求解。設(shè)U相的相電壓為

四、用功率相加的方法計算電路 求總的有功功率、無功功率和視在功率的方法是： 總的有功功率等于各個元件的有功功率之和，等于各個支路的有功功率之和，也等于各個部分電路的有功功率之和。

總的無功功率等于各個元件的無功功率之和，等于各個支路的無功功率之和，也等于各個部分電路的無功功率之和。

總的視在功率按式 計算。注意：一般情況下，用此法計算電路，有時比用相量法計算電路要簡單一些，此方法也可用于單相交流電路的計算。

第6章 電動機復(fù)習(xí)指導(dǎo)

一． 本章主要的計算公式及分類 本章公式很多，可歸納總結(jié)如下：

1．轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)差率、極對數(shù)、頻率之間的關(guān)系

2．輸出功率、轉(zhuǎn)矩之間的關(guān)系

3．輸入功率、額定電壓、額定電流、額定功率因數(shù)之間的關(guān)系

4．輸入功率、輸出功率、損耗和效率之間的關(guān)系

5．Y一△起動時起動電流和起動轉(zhuǎn)矩的公式

6． 自耦變壓器降壓起動時起動電流和起動轉(zhuǎn)矩的公式

7． 其它公式

二． 本章復(fù)習(xí)重點

（一）.概念題：

1．關(guān)于轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)差率、極對數(shù)、頻率之間的關(guān)系的題目。例1．日本和美國的工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)頻率為 60 Hz，他們的三相電動機在 p = 1 和 p = 2 時轉(zhuǎn)速如何？答：分別為3600轉(zhuǎn)/分和1800轉(zhuǎn)/分。

例2．50HZ 的三相異步電動機，轉(zhuǎn)速是 1

440 r/min 時，轉(zhuǎn)差率是多少？轉(zhuǎn)子電流的頻率是多少？

答：S＝0.04，f2=Sf1=2HZ.2．關(guān)于電動機的聯(lián)接方式（星形或三角形）及簡單計算。

例1．額定電壓為 380 V / 660 V，星/角聯(lián)結(jié)的三相異步電動機，試問當(dāng)電源電壓分別為 380 V 和 660 V 時各采用什么聯(lián)結(jié)方式？它們的額定電流是否相同？額定相電流是否相同？額定線電流是否相同？若不同，差多少？

答：當(dāng)電源電壓為 380 V 時采用三角形聯(lián)結(jié)方式，當(dāng)電源電壓為 660 V時采用星形聯(lián)結(jié)方式時它們的額定相電流相同，額定線電流不同。

例2：380 V星形聯(lián)結(jié)的三相異步電動機，電源電壓為何值時才能接成三角形？ 380 V角形聯(lián)結(jié)的三相異步電動機，電源電壓為何值時才能接成星形？ 答：220 V 和 660 V。

3． 關(guān)于星形一三角形起動、自耦變壓器降壓起動的問題。

例1：星形-三角形減壓起動是降低了定子線電壓還是降低了定子線電壓？自偶減壓起動呢？

答：前者是降低了定子相電壓，沒有降低線電壓，后者是降低了定子線電壓，使得相電壓也隨之降低。4． 其它

（二）。計算題：至少會作以下2類題目。1．關(guān)于電動機的額定數(shù)據(jù)的計算。

例1：一臺4個磁極的三相異步電動機，定子電壓為380V，頻率為 50 Hz，三角形聯(lián)結(jié)。在負(fù)載轉(zhuǎn)矩 TL = 133 N?m 時，定子線電流為47.5 A，總損耗為 5 kW，轉(zhuǎn)速為1 440r/min。求：（1）同步轉(zhuǎn)速；（2）轉(zhuǎn)差率；（3）功率因數(shù)；（4）效率。解：（1）由題目知 p＝2，所以

（2）（3）（4）

2．關(guān)于能否采用直接起動、星形一三角形起動、自耦變壓器降壓起動的題目。

例1：某三相異步電動機，PN＝30 kW，UN＝380 V，三角形聯(lián)結(jié)，IN＝63 A，nN＝740 r/min，KS＝1.8，KI＝6，TL＝0.9 TN，由 SN = 200 KV ? A 的三相變壓器供電。電動機起動時，要求從變壓器取用的電流不得超過變壓器的額定電流。試問：（1）能否直接起動？（2）能否星－三角起動？（3）能否選用 KA＝0.8 的自耦變壓器起動？ 答：（1）

變壓器的額定電流為

雖然 但由于，故不可以直接起動。（2）

由于，故不可以采用星一三角起動。（3）

從變壓器取用的電流為：

由于，故可以選用KA＝0.8的自耦變壓器起動。

第7章電氣控制電路復(fù)習(xí)指導(dǎo)

一．復(fù)習(xí)內(nèi)容： 1． 熟悉電氣控制電路中常用控制電器的結(jié)構(gòu)、工作原理。包括刀開關(guān)、空氣開關(guān)、行程開關(guān)、熔斷器、按鈕、交流接觸器、中間繼電器、時間繼電器等。

2． 必須理解、掌握并能默寫（畫）出異步電動機起?？刂齐娐泛驼崔D(zhuǎn)控制電路，這是本章的核心內(nèi)容，也是能分析其它控制電路的基礎(chǔ)。

3． 理解電氣控制電路中的各種保護(hù)環(huán)節(jié)。包括短路保護(hù)、過載保護(hù)、失壓保護(hù)、零壓保護(hù)、互鎖（聯(lián)鎖）保護(hù)等。

4． 理解電氣控制電路中的其它控制功能。例：點動控制、長動控制、自鎖控制、順序控制、時間控制、行程控制等。二．考試?yán)}：

1． 畫出異步電動機直接起動的控制電路，要求具有短路保護(hù)、過載保護(hù)、失壓保護(hù)、零壓保護(hù)功能。

2． 畫出異步電動機直接起動的控制電路，要求具有短路保護(hù)、過載保護(hù)、失壓保護(hù)、零壓保護(hù)功能。并能進(jìn)行點動控制和長動控

制。

3． 畫出異步電動機正反轉(zhuǎn)控制電路，要求具有短路保護(hù)、過載保護(hù)、失壓保護(hù)、零壓保護(hù)、聯(lián)鎖保護(hù)功能。

4． 改錯題。要求熟悉電氣控制電路的功能和各種控制電器的符號。

5． 能分析和設(shè)計簡單的順序控制電路。如兩臺電動機按一定的順序起動或停止的控制電路。

6． 能分析和設(shè)計簡單的行程控制電路。如實現(xiàn)自動往返的控制電路。

由于本章學(xué)時很少（只有4學(xué)時），講的內(nèi)容不是很多，在整個電工學(xué)課程（共十幾章，每章都有題）中所占比例不是很大，一般不會出難題和大題，前4個題應(yīng)重點掌握。第8章 半導(dǎo)體器件復(fù)習(xí)指導(dǎo)

本章復(fù)習(xí)的重點是概念題、作圖題和判斷題。

一．概念題

1．關(guān)于半導(dǎo)體材料的性質(zhì)

例1：半導(dǎo)體材料有哪些性質(zhì)？答：光敏特性、熱敏特性、摻雜特性。

例2：P型半導(dǎo)體中，()是多數(shù)載流子？()是少數(shù)載流子？答：空穴、自由電子。例3：N型半導(dǎo)體中，()是多數(shù)載流子？()是少數(shù)載流子？答：自由電子、空穴。2．關(guān)于關(guān)于PN結(jié)的性質(zhì) 例1：PN結(jié)加正向電壓時，P區(qū)接電源的()極，N區(qū)接電源的()極。答：正、負(fù)。例2：PN結(jié)加反向電壓時，P區(qū)接電源的()極，N區(qū)接電源的()極。答：負(fù)、正。3．關(guān)于二極管的性質(zhì)

例1：硅二極管的導(dǎo)通電壓是()伏，鍺二極管的導(dǎo)通電壓是()伏？答：0.7V、0.3V。

例2：硅二極管的死區(qū)電壓是()伏，鍺二極管的死區(qū)電壓是()伏？答：0.5V、0.2V。

例3：二極管的最高反向工作電壓是否等于反向擊穿電壓？答：不相等，約為1/2到2/3。

4．關(guān)于晶閘管的性質(zhì)

例1：晶閘管的導(dǎo)通條件是什么？答：陽極 8 和控制極都加正向電壓。二．作圖題和判斷題

1．關(guān)于二極管的題目，一般要用理想二極管來判斷。

例1：輸入電壓是交流電壓，畫出輸出電壓和波形。

例2：上題中，輸入電壓改為直流電壓，求輸出電壓的大小。改變二極管和電阻的位置、改變二極管的方向、改變電源電壓的大小，上題可變成多個題目。

例3：A、B端的電位不同，求F 電位。2．關(guān)于穩(wěn)壓二極管的題目 要了解穩(wěn)壓管的幾種工作狀態(tài)

穩(wěn)壓管加反向電壓，且反向電壓大于穩(wěn)壓值，穩(wěn)壓管的電壓等于穩(wěn)壓值。

穩(wěn)壓管加反向電壓，且反向電壓小于穩(wěn)壓值，穩(wěn)壓管不導(dǎo)通。

穩(wěn)壓管加正向電壓，穩(wěn)壓管導(dǎo)通，導(dǎo)通電壓很小，約0.6－0.7V。

3．關(guān)于三極管的三種工作狀態(tài)。

放大狀態(tài)：發(fā)射結(jié)正向偏置、集電結(jié)反向偏置。公式 成立。

飽和狀態(tài)：發(fā)射結(jié)正向偏置、集電結(jié)正向偏置。

UCE約為0.2一0.3V 集電極電流等于集電極飽和電流ICS，截止?fàn)顟B(tài)：發(fā)射結(jié)反向偏置、集電結(jié)反向偏置。

UCE等于電源電壓 ；集電極電流為零IC=0。

第11章 直流穩(wěn)壓電源復(fù)習(xí)指導(dǎo)

一． 理解并記住整流電路的16個基本公式 1． 單相半波整流電路

(1)輸出電壓的大小用平均值來表示

(2)輸出電流的平均值

(3)通過二極管的電流平均值

(4)二極管承受反向電壓的最大值

2． 單相橋式整流電路

(1)輸出電壓的大小用平均值來表示

(2)輸出電流的平均值

(3)通過二極管的電流平均值

(4)二極管承受反向電壓的最大值

3． 單相半波可控整流電路

(1)輸出電壓的大小用平均值來表示

(2)輸出電流的平均值

(3)通過晶閘管的電流平均值

(4)晶閘管承受正反向電壓的最大值

4． 單相橋式半控整流電路

(1)輸出電壓的大小用平均值來表示

(2)輸出電流的平均值

(3)通過晶閘管和二極管的電流平均值

(4)晶閘管承受正反向電壓的最大值

二． 整流電路加電容濾波后的計算公式 1． 濾波電容的選擇公式 單相半波整流電路 單相橋式整流電路 2． 輸出電壓U0的值

三． 單相橋式整流電路中二極管和電容的故障分析

1． 某二極管斷路：電路變?yōu)閱蜗喟氩ㄕ麟娐贰?/p>

2． 某二極管短路：造成電源短路。3． 某二極管接反：造成電源短路。4． 濾波電容開路： 5． 負(fù)載開路：

四． 整流電路的例題 五．其它概念 1．可控整流電路中控制角和導(dǎo)通角的關(guān)系：α+θ=180°。

2．濾波電容的極性。