热扩散系数

出处：按学科分类—工业技术 中国轻工业出版社《塑料挤出制品生产工艺手册》第107页（1056字）

热扩散系数(有资料亦称导温系数)是塑料材料在温度场中温度变化速率的决定性因素，是不稳定热传导的傅里叶(Fourier)方程式的重要组成部分。塑料材料的热扩散系数(α)是其导热系数(k)除以其定压比热(C_p)与密度(ρ)的乘积。其表达式如下：

α=k／(ρ·C_p) (5－2)

式中 α——热扩散系数，cm²／s；

k——导热系数，J／(cm·s·℃)；

ρ——密度，g／cm³；

C_p——定压比热容，J／(g·℃)。

某些材料常温下的传热性能数据见表5－1。

表5－1 某些材料的传热性能数据(常温)

由表5－1可知，塑料材料是热的不良导体，其导热系数比金属材料要小3～4个数量级，而定压比热比金属材料大一个数量级。因此，在挤出成型过程中，要在不长的时间内，使物料内部温度很均匀，这是不现实的；然而生产中也不要求物料内部的温度很均匀，只要各部分的温度差比较小，能生产出合格的制品即可。

值得注意的是，从各种资料查得的热扩散系数的数据有很大的不同。表5－1中所列的数据是在常温状态下求得的。如果需要计算成型加工温度范围内各种塑料材料的热扩散系数是颇为麻烦的。其原因有如下三个方面。

首先，导热系数k随温度的变化而变化。一般固体的导热系数随温度上升而增大；液体的导热系数(除水和甘油外)随温度的上升而减小。塑料材料在T_g以下时具有固体性质(即导热系数也随温度的上升而增大)，因而在T_g处出现一最大值。

第二，塑料材料的密度也随温度的升高而减小。在熔体状态下高分子材料的密度也很难计算。

第三，定压比热C_p也随温度的变化而变化，而且变化规律也较复杂。

因此，热扩散系数的数据在很大程度上是很粗糙的，从所有的实验数据来看，在较大温度范围内，各种塑料材料的热扩散系数的变化幅度通常不足两倍。