Polymer Processing

Modeling and Simulation
 
 
Hanser, Carl (Verlag)
  • 1. Auflage
  • |
  • erschienen am 18. März 2013
  • |
  • 100 Seiten
 
E-Book | PDF mit Wasserzeichen-DRM | Systemvoraussetzungen
978-3-446-41286-6 (ISBN)
 
This book addresses traditional polymer processing as well as the emerging technologies associated with the plastics industry in the 21st Century, and combines engineering modeling aspects with computer simulation of realistic polymer processes. This book is designed to provide a polymer processing background to engineering students and practicing engineers. This three-part textbook is written for a two-semester polymer processing series in mechanical and chemical engineering. The first and second part of the book are designed for a senior- to graduate level course, introducing polymer processing, and the third part is for a graduate course on simulation in polymer processing. Throughout the book, many applications are presented in form of examples and illustrations. These will also serve the practicing engineer as a guide when determining important parameters and factors during the design process or when optimizing a process. Examples are presented throughout the book, and problems and solutions are available.
Contents:
- Introduction
- Part I - Background
Polymer Material Science, Processing Properties, Polymer Processes
- Part II - Processing Fundamentals
Dimensional Analysis and Scaling, Transport Phenomena in Polymer Processing, Analyses Based on Analytical Solutions
- Part III- Numerical Techniques
Introduction to Numerical Analysis, Finite Differences Method, Finite Element Method, Boundary Element Method, Radial Functions Method
  • Englisch
  • München
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  • Deutschland
  • 13,79 MB
978-3-446-41286-6 (9783446412866)
3446412867 (3446412867)
http://dx.doi.org/10.3139/9783446412866
weitere Ausgaben werden ermittelt
1 - PREFACE [Seite 8]
2 - TABLE OF CONTENTS [Seite 10]
3 - INTRODUCTION [Seite 18]
3.1 - I.1 MODELING AND SIMULATION [Seite 18]
3.2 - I.2 MODELING PHILOSOPHY [Seite 21]
3.3 - I.3 NOTATION [Seite 25]
3.4 - I.4 CONCLUDING REMARKS [Seite 27]
3.5 - REFERENCES [Seite 28]
4 - PART I BACKGROUND [Seite 30]
5 - CHAPTER 1 POLYMER MATERIALS SCIENCE [Seite 32]
5.1 - 1.1 CHEMICAL STRUCTURE [Seite 32]
5.2 - 1.2 MOLECULAR WEIGHT [Seite 35]
5.3 - 1.3 CONFORMATION AND CONFIGURATION OF POLYMER MOLECULES [Seite 40]
5.4 - 1.4 MORPHOLOGICAL STRUCTURE [Seite 43]
5.4.1 - 1.4.1 Copolymers and Polymer Blends [Seite 47]
5.5 - 1.5 THERMAL TRANSITIONS [Seite 49]
5.6 - 1.6 VISCOELASTIC BEHAVIOR OF POLYMERS [Seite 55]
5.6.1 - 1.6.1 Stress Relaxation [Seite 55]
5.6.2 - 1.6.2 Time-Temperature Superposition (WLF-Equation) [Seite 57]
5.7 - 1.7 EXAMPLES OF COMMON POLYMERS [Seite 60]
5.7.1 - 1.7.1 Thermoplastics [Seite 60]
5.7.2 - 1.7.2 Thermosetting Polymers [Seite 62]
5.7.3 - 1.7.3 Elastomers [Seite 63]
5.8 - Problems [Seite 64]
5.9 - REFERENCES [Seite 67]
6 - CHAPTER 2 PROCESSING PROPERTIES [Seite 68]
6.1 - 2.1 THERMAL PROPERTIES [Seite 68]
6.1.1 - 2.1.1 Thermal Conductivity [Seite 69]
6.1.2 - 2.1.2 Specific Heat [Seite 74]
6.1.3 - 2.1.3 Density [Seite 76]
6.1.4 - 2.1.4 Thermal Diffusivity [Seite 82]
6.1.5 - 2.1.5 Linear Coefficient of Thermal Expansion [Seite 82]
6.1.6 - 2.1.6 Thermal Penetration [Seite 84]
6.1.7 - 2.1.7 Measuring Thermal Data [Seite 84]
6.2 - 2.2 CURING PROPERTIES [Seite 90]
6.3 - 2.3 RHEOLOGICAL PROPERTIES [Seite 94]
6.3.1 - 2.3.1 Flow Phenomena [Seite 94]
6.3.2 - 2.3.2 Viscous Flow Models [Seite 99]
6.3.3 - 2.3.3 Viscoelastic Constitutive Models [Seite 106]
6.3.4 - 2.3.4 Rheometry [Seite 116]
6.3.5 - 2.3.5 Surface Tension [Seite 121]
6.4 - 2.4 PERMEABILITY PROPERTIES [Seite 124]
6.4.1 - 2.4.1 Sorption [Seite 125]
6.4.2 - 2.4.2 Diffusion and Permeation [Seite 127]
6.4.3 - 2.4.3 Measuring S, D, and P [Seite 131]
6.4.4 - 2.4.4 Diffusion of Polymer Molecules and Self-Diffusion [Seite 133]
6.5 - 2.5 FRICTION PROPERTIES [Seite 133]
6.6 - Problems [Seite 135]
6.7 - REFERENCES [Seite 139]
7 - CHAPTER 3 POLYMER PROCESSES [Seite 142]
7.1 - 3.1 EXTRUSION [Seite 143]
7.1.1 - 3.1.1 The Plasticating Extruder [Seite 144]
7.1.2 - 3.1.2 Extrusion Dies [Seite 153]
7.2 - 3.2 MIXING PROCESSES [Seite 156]
7.2.1 - 3.2.1 Distributive Mixing [Seite 159]
7.2.2 - 3.2.2 Dispersive Mixing [Seite 160]
7.2.3 - 3.2.3 Mixing Devices [Seite 162]
7.3 - 3.3 INJECTION MOLDING [Seite 171]
7.3.1 - 3.3.1 The Injection Molding Cycle [Seite 172]
7.3.2 - 3.3.2 The Injection Molding Machine [Seite 175]
7.3.3 - 3.3.3 Related Injection Molding Processes [Seite 180]
7.4 - 3.4 SECONDARY SHAPING [Seite 181]
7.4.1 - 3.4.1 Fiber Spinning [Seite 182]
7.4.2 - 3.4.2 Film Production [Seite 182]
7.4.3 - 3.4.3 Thermoforming [Seite 188]
7.5 - 3.5 CALENDERING [Seite 189]
7.6 - 3.6 COATING [Seite 191]
7.7 - 3.7 COMPRESSION MOLDING [Seite 194]
7.8 - 3.8 FOAMING [Seite 195]
7.9 - 3.9 ROTATIONAL MOLDING [Seite 197]
7.10 - REFERENCES [Seite 198]
8 - PART II PROCESSING FUNDAMENTALS [Seite 200]
9 - CHAPTER 4 DIMENSIONAL ANALYSIS AND SCALING [Seite 202]
9.1 - 4.1 DIMENSIONAL ANALYSIS [Seite 203]
9.2 - 4.2 DIMENSIONAL ANALYSIS BY MATRIX TRANSFORMATION [Seite 205]
9.3 - 4.3 PROBLEMS WITH NON-LINEAR MATERIAL PROPERTIES [Seite 223]
9.4 - 4.4 SCALING AND SIMILARITY [Seite 223]
9.5 - Problems [Seite 234]
9.6 - REFERENCES [Seite 237]
10 - CHAPTER 5 TRANSPORT PHENOMENA IN POLYMER PROCESSING [Seite 238]
10.1 - 5.1 BALANCE EQUATIONS [Seite 238]
10.1.1 - 5.1.1 The Mass Balance or Continuity Equation [Seite 239]
10.1.2 - 5.1.2 The Material or Substantial Derivative [Seite 240]
10.1.3 - 5.1.3 The Momentum Balance or Equation of Motion [Seite 241]
10.1.4 - 5.1.4 The Energy Balance or Equation of Energy [Seite 248]
10.2 - 5.2 MODEL SIMPLIFICATION [Seite 251]
10.2.1 - 5.2.1 Reduction in Dimensionality [Seite 253]
10.2.2 - 5.2.2 Lubrication Approximation [Seite 254]
10.3 - 5.3 SIMPLE MODELS IN POLYMER PROCESSING [Seite 256]
10.3.1 - 5.3.1 Pressure Driven Flow of a Newtonian Fluid Through a Slit [Seite 256]
10.3.2 - 5.3.2 Flow of a Power Law Fluid in a Straight Circular Tube (Hagen-Poiseuille Equation) [Seite 258]
10.3.3 - 5.3.3 Flow of a Power Law Fluid in a Slightly Tapered Tube [Seite 259]
10.3.4 - 5.3.4 Volumetric Flow Rate of a Power Law Fluid in Axial Annular Flow [Seite 260]
10.3.5 - 5.3.5 Radial Flow Between two Parallel Discs - Newtonian Model [Seite 261]
10.3.6 - 5.3.6 The Hele-Shaw model [Seite 263]
10.3.7 - 5.3.7 Cooling or Heating in Polymer Processing [Seite 270]
10.4 - Problems [Seite 274]
10.5 - REFERENCES [Seite 276]
11 - CHAPTER 6 ANALYSES BASED ON ANALYTICAL SOLUTIONS [Seite 278]
11.1 - 6.1 SINGLE SCREW EXTRUSION-ISOTHERMAL FLOW PROBLEMS [Seite 279]
11.1.1 - 6.1.1 Newtonian Flow in the Metering Section of a Single Screw Extruder [Seite 280]
11.1.2 - 6.1.2 Cross Channel Flow in a Single Screw Extruder [Seite 282]
11.1.3 - 6.1.3 Newtonian Isothermal Screw and Die Characteristic Curves [Seite 286]
11.2 - 6.2 EXTRUSION DIES-ISOTHERMAL FLOW PROBLEMS [Seite 289]
11.2.1 - 6.2.1 End-Fed Sheeting Die [Seite 289]
11.2.2 - 6.2.2 Coat Hanger Die [Seite 292]
11.2.3 - 6.2.3 Extrusion Die with Variable Die Land Thicknesses [Seite 294]
11.2.4 - 6.2.4 Pressure Flow of Two Immiscible Fluids with Different Viscosities [Seite 295]
11.2.5 - 6.2.5 Fiber Spinning [Seite 297]
11.2.6 - 6.2.6 Viscoelastic Fiber Spinning Model [Seite 300]
11.3 - 6.3 PROCESSES THAT INVOLVE MEMBRANE STRETCHING [Seite 302]
11.3.1 - 6.3.1 Film Blowing [Seite 302]
11.3.2 - 6.3.2 Thermoforming [Seite 308]
11.4 - 6.3.2 Thermoforming [Seite 308]
11.5 - 6.4 CALENDERING - ISOTHERMAL FLOW PROBLEMS [Seite 309]
11.5.1 - 6.4.1 Newtonian Model of Calendering [Seite 309]
11.5.2 - 6.4.2 Shear Thinning Model of Calendering [Seite 316]
11.5.3 - 6.4.3 Calender Fed with a Finite Sheet Thickness [Seite 318]
11.6 - 6.5 COATING PROCESSES [Seite 320]
11.6.1 - 6.5.1 Wire Coating Die [Seite 320]
11.6.2 - 6.5.2 Roll Coating [Seite 322]
11.7 - 6.6 MIXING - ISOTHERMAL FLOW PROBLEMS [Seite 326]
11.7.1 - 6.6.1 Effect of Orientation on Distributive Mixing ? Erwin's Ideal Mixer [Seite 326]
11.7.2 - 6.6.2 Predicting the Striation Thickness in a Couette Flow System - Shear Thinning Model [Seite 327]
11.7.3 - 6.6.3 Residence Time Distribution of a Fluid Inside a Tube [Seite 331]
11.7.4 - 6.6.4 Residence Time Distribution Inside the Ideal Mixer [Seite 332]
11.8 - 6.7 INJECTION MOLDING-ISOTHERMAL FLOW PROBLEMS [Seite 334]
11.8.1 - 6.7.1 Balancing the Runner System in Multi-Cavity Injection Molds [Seite 334]
11.8.2 - 6.7.2 Radial Flow Between Two Parallel discs [Seite 337]
11.9 - 6.8 NON-ISOTHERMAL FLOWS [Seite 340]
11.9.1 - 6.8.1 Non-Isothermal Shear Flow [Seite 340]
11.9.2 - 6.8.2 Non-Isothermal Pressure Flow Through a Slit [Seite 342]
11.10 - 6.9 MELTING AND SOLIDIFICATION [Seite 343]
11.10.1 - 6.9.1 Melting with Pressure Flow Melt Removal [Seite 348]
11.10.2 - 6.9.2 Melting with Drag Flow Melt Removal [Seite 350]
11.10.3 - 6.9.3 Melting Zone in a Plasticating Single Screw Extruder [Seite 355]
11.11 - 6.10 CURING REACTIONS DURING PROCESSING [Seite 361]
11.12 - 6.11 CONCLUDING REMARKS [Seite 362]
11.13 - Problems [Seite 362]
11.14 - REFERENCES [Seite 370]
12 - PART III NUMERICAL TECHNIQUES [Seite 372]
13 - CHAPTER 7 INTRODUCTION TO NUMERICAL ANALYSIS [Seite 374]
13.1 - 7.1 DISCRETIZATION AND ERROR [Seite 375]
13.2 - 7.2 INTERPOLATION [Seite 375]
13.2.1 - 7.2.1 Polynomial and Lagrange Interpolation [Seite 376]
13.2.2 - 7.2.2 Hermite Interpolations [Seite 383]
13.2.3 - 7.2.3 Cubic Splines [Seite 385]
13.2.4 - 7.2.4 Global and Radial Interpolation [Seite 388]
13.3 - 7.3 NUMERICAL INTEGRATION [Seite 391]
13.3.1 - 7.3.1 Classical Integration Methods [Seite 393]
13.3.2 - 7.3.2 Gaussian Quadratures [Seite 395]
13.4 - 7.4 DATA FITTING [Seite 398]
13.4.1 - 7.4.1 Least Squares Method [Seite 399]
13.4.2 - 7.4.2 The Levenberg-Marquardt Method [Seite 400]
13.5 - 7.5 METHOD OF WEIGHTED RESIDUALS [Seite 407]
13.6 - Problems [Seite 412]
13.7 - REFERENCES [Seite 414]
14 - CHAPTER 8 FINITE DIFFERENCE METHOD [Seite 416]
14.1 - 8.1 TAYLOR-SERIES EXPANSIONS [Seite 418]
14.2 - 8.2 NUMERICAL ISSUES [Seite 423]
14.3 - 8.3 THE INFO-TRAVEL CONCEPT [Seite 424]
14.4 - 8.4 STEADY-STATE PROBLEMS [Seite 426]
14.5 - 8.5 TRANSIENT PROBLEMS [Seite 440]
14.5.1 - 8.5.1 Higher Order Approximation Techniques [Seite 453]
14.6 - 8.6 THE RADIAL FLOW METHOD [Seite 459]
14.7 - 8.7 FLOW ANALYSIS NETWORK [Seite 470]
14.8 - 8.8 PREDICTING FIBER ORIENTATION - THE FOLGAR-TUCKER MODEL [Seite 474]
14.9 - 8.9 CONCLUDING REMARKS [Seite 476]
14.10 - Problems [Seite 479]
14.11 - REFERENCES [Seite 481]
15 - CHAPTER 9 FINITE ELEMENT METHOD [Seite 484]
15.1 - 9.1 ONE-DIMENSIONAL PROBLEMS [Seite 484]
15.1.1 - 9.1.1 One-Dimensional Finite Element Formulation [Seite 485]
15.1.2 - 9.1.2 Numerical Implementation of a One-Dimenional Finite Element Formulation [Seite 489]
15.1.3 - 9.1.3 Matrix Storage Schemes [Seite 495]
15.1.4 - 9.1.4 Transient Problems [Seite 497]
15.2 - 9.2 TWO-DIMENSIONAL PROBLEMS [Seite 501]
15.2.1 - 9.2.1 Solution of Posisson's equation Using a Constant Strain Triangle [Seite 501]
15.2.2 - 9.2.2 Transient Heat Conduction Problem Using Constant Strain Triangle [Seite 505]
15.2.3 - 9.2.3 Solution of Field Problems Using Isoparametric Quadrilateral Elements. [Seite 505]
15.2.4 - 9.2.4 Two Dimensional Penalty Formulation for Creeping Flow Problems [Seite 510]
15.3 - 9.3 THREE-DIMENSIONAL PROBLEMS [Seite 518]
15.3.1 - 9.3.1 Three-dimensional Elements [Seite 518]
15.3.2 - 9.3.2 Three-Dimensional Transient Heat Conduction Problem With Convection [Seite 520]
15.3.3 - 9.3.3 Three-Dimensional Mixed Formulation for Creeping Flow Problems [Seite 522]
15.4 - 9.4 MOLD FILLING SIMULATIONS USING THE CONTROL VOLUME APPROACH [Seite 524]
15.4.1 - 9.4.1 Two-Dimensional Mold Filling Simulation of Non-Planar Parts (2.5D Model) [Seite 524]
15.4.2 - 9.4.2 Full Three-Dimensional Mold Filling Simulation [Seite 528]
15.5 - 9.5 VISCOELASTIC FLUID FLOW [Seite 533]
15.6 - Problems [Seite 538]
15.7 - REFERENCES [Seite 539]
16 - CHAPTER 10 BOUNDARY ELEMENT METHOD [Seite 542]
16.1 - 10.1 SCALAR FIELDS [Seite 543]
16.1.1 - 10.1.1 Green's Identities [Seite 543]
16.1.2 - 10.1.2 Green's Function or Fundamental Solution [Seite 546]
16.1.3 - 10.1.3 Integral Formulation of Poisson's Equation [Seite 547]
16.1.4 - 10.1.4 BEM Numerical Implementation of the 2D Laplace Equation [Seite 549]
16.1.5 - 10.1.5 2D Linear Elements. [Seite 553]
16.1.6 - 10.1.6 2D Quadratic Elements [Seite 556]
16.1.7 - 10.1.7 Three-Dimensional Problems [Seite 559]
16.2 - 10.2 MOMENTUM EQUATIONS [Seite 564]
16.2.1 - 10.2.1 Green's Identities for the Momentum Equations [Seite 565]
16.2.2 - 10.2.2 Integral Formulation for the Momentum Equations [Seite 565]
16.2.3 - 10.2.3 BEM Numerical Implementation of the Momentum Balance Equations [Seite 567]
16.2.4 - 10.2.4 Numerical Treatment of the Weakly Singular Integrals [Seite 570]
16.2.5 - 10.2.5 Solids in Suspension [Seite 575]
16.3 - 10.3 COMMENTS OF NON-LINEAR PROBLEMS [Seite 584]
16.4 - 10.4 OTHER BOUNDARY ELEMENT APPLICATIONS [Seite 585]
16.5 - Problems [Seite 591]
16.6 - REFERENCES [Seite 594]
17 - CHAPTER 11 RADIAL FUNCTIONS METHOD [Seite 598]
17.1 - 11.1 THE KANSA COLLOCATION METHOD [Seite 599]
17.2 - 11.2 APPLYING RFM TO BALANCE EQUATIONS IN POLYMER PROCESSING [Seite 601]
17.2.1 - 11.2.1 Energy Balance [Seite 601]
17.2.2 - 11.2.2 Flow problems [Seite 608]
17.3 - Problems [Seite 625]
17.4 - REFERENCES [Seite 627]
18 - INDEX [Seite 628]

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