加工流變學(xué)復(fù)習(xí)

1、原因：高分子鏈很長(zhǎng)，熔體內(nèi)部形成一種網(wǎng)狀纏結(jié)結(jié)構(gòu)，通過分子間作用力或幾何位相物理結(jié)點(diǎn)形成，在一定的溫度或外力作用下，可發(fā)生“解纏結(jié)”導(dǎo)致分子鏈相對(duì)位移而流動(dòng)。正是由于這種網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的存在以及大分子無(wú)規(guī)則熱運(yùn)動(dòng)，使整個(gè)分子的相對(duì)位移比較困難，所以流動(dòng)粘度比小分子液體大得多。,3. 流動(dòng)時(shí)有構(gòu)象變化，產(chǎn)生“彈性記憶”效應(yīng) 小分子液體流動(dòng)時(shí)所產(chǎn)生的形變是完全不可逆的，而高聚物流動(dòng)過程中所發(fā)生的形變中有一部分是可逆的，聚合物分子鏈在

2、自由狀態(tài)下一般是卷曲的，但在外力作用下而流動(dòng)時(shí)，分子鏈不僅發(fā)生相對(duì)位移，而且高分子鏈不可避免地要順著外力方向有所伸展，發(fā)生構(gòu)象改變，也就是說，在高聚物粘性流動(dòng)的同時(shí)，必然會(huì)伴隨一定量的高彈形變，當(dāng)外力消失后，高分子鏈又自發(fā)地卷曲起來，因而整個(gè)形變必將恢復(fù)一部分。這種流動(dòng)過程如下：,B 按作用的方式不同 液體的流動(dòng)和變形都是在有應(yīng)力的情況下實(shí)現(xiàn)的，重要的應(yīng)力有剪切、拉伸應(yīng)力等。按流動(dòng)中質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)速度的分布，可將流動(dòng)分為剪切流

3、動(dòng)和拉伸流動(dòng),圖2—８ 橫向和縱向速度梯度場(chǎng),圖２－１２ 假塑性流體的流動(dòng)曲線和粘度與切變速率關(guān)系,Ｂ 假塑性流體 其流動(dòng)曲線通過原點(diǎn)，即在很小的剪切應(yīng)力下就開始流動(dòng)，隨剪切速率增加，流動(dòng)曲線彎向切變速率坐標(biāo)軸，剪切應(yīng)力增加的速率降低，粘度隨切應(yīng)力、切變速率增大而降低，稱為“切力變稀”的流體。橡膠、大多數(shù)熱塑性塑料、聚合物溶液都屬于此類。,典型高分子液體的流動(dòng)曲線如上圖，當(dāng)流動(dòng)很慢時(shí)，剪切粘度保持為常數(shù)，隨剪切速率的增大

4、，剪切粘度反而減少。圖中曲線大致可分為三個(gè)區(qū)域， OA段，剪切速率γ→0，τ→ γ呈線性關(guān)系，流動(dòng)性質(zhì)與牛頓型流體相仿，粘度趨于常數(shù)，稱零剪切粘度η0.這一區(qū)域稱第一牛頓區(qū)。 AB段，當(dāng)剪切速率超過某一臨界值γ后，材料流動(dòng)性質(zhì)出現(xiàn)非牛頓性，剪切粘度（實(shí)際上是表現(xiàn)剪切粘度η,即τ與γ曲線上一點(diǎn)與原點(diǎn)連線的斜率，后面將詳細(xì)介紹）隨剪切速率γ增大而逐漸下降，出現(xiàn)“剪切變稀”行為，這一區(qū)域是高分子材料加工的典型流動(dòng)區(qū)。

5、 BC段，剪切速率非常高時(shí)， γ →∞時(shí)，剪切粘度又趨于另一個(gè)定值η ∞,稱無(wú)窮剪切粘度，這一區(qū)域稱第二牛頓區(qū)，通常實(shí)驗(yàn)達(dá)不到該區(qū)域，因?yàn)樵诖酥?，流?dòng)已變得極不穩(wěn)定，甚至被破壞。 絕大多數(shù)高聚物熔體的η 0， η a, η ∞有如下大小順序η 0> η a> η ∞,此外，從上圖可見，牛頓流體的粘度不隨γ而變化，但假塑性體粘度隨γ而變化。正由于假塑性體的粘度隨γ和τ而變化，為了方便起見，對(duì)非牛頓流體可用“表觀

6、粘度”描述其流動(dòng)時(shí)的粘稠性，表觀粘度η a定義流動(dòng)曲線上某一點(diǎn)τ與γ的比值，即 之所以加上“表觀”二字，是因?yàn)楦呔畚镌诹鲃?dòng)中包含有不可逆的粘性流動(dòng)和可逆的高彈形變，使總形變?cè)龃?，但粘度?yīng)該是只對(duì)不可逆形變部分而言的，所以表觀粘度比真實(shí)粘度小。表觀粘度并不完全反映流體不可逆形變的難易程度，只能對(duì)流動(dòng)性好壞作一個(gè)大致相對(duì)的比較，表觀粘度大，流動(dòng)性小。,將上述幾種流體的流動(dòng)曲線匯總到一張圖中,A 牛頓流體 B 賓

7、漢流體C 假塑性流體 D 脹塑性流體,四、非牛頓型流動(dòng)的冪律方程 描述非牛頓型流動(dòng)行為的方程，簡(jiǎn)單實(shí)用的經(jīng)驗(yàn)方程有：Ostwald-dewale冪律方程，Carreau方程，Cross方程，Vinogradov-Malkin普適粘度公式。1、冪律方程 剪切應(yīng)力與剪切速率的某次方成正比

8、 (4-1) 其中，k為流體的稠度，k越大，流體越粘，k是與溫度有關(guān)的參數(shù)。 n為流動(dòng)指數(shù)，n=d㏑τ/d㏑ γ ,為在㏑τ-㏑ γ對(duì)數(shù)坐標(biāo)中曲線的斜率。 一般說來，在γ變化不是太寬的范圍內(nèi)，大多數(shù)流體的k、 n 可看作常數(shù)。 流變指數(shù)n 表征非牛頓流體與牛頓流體之間的差異程度，當(dāng)n=1 時(shí)，即為牛頓粘度定律，k=

9、 η0 ,當(dāng)n1時(shí)，則為脹塑性體，可見，n與1之差，可作為流體的非牛頓性的量度指標(biāo)，n值越小，偏離牛頓型越遠(yuǎn)，粘度隨γ增大而降低越多，流變性越強(qiáng)。,影響n 與k 的因素： a：剪切速率，同一種材料，在不同的剪切速率范圍內(nèi)，n不是常數(shù)，剪切速率越大，n越小，見下表，材料的非牛頓性越強(qiáng)。 b：溫度，例如，PE熔體在r=10S-1條件下，當(dāng)溫度為230℃時(shí)，n=0.49,當(dāng)溫度降至108℃，n=0.32,可見，n隨溫度降低而減

10、小，降低溫度，分子鏈運(yùn)動(dòng)不夠活躍，粘彈效應(yīng)突出，更易引起非牛頓型流動(dòng)。K隨溫度升高而減小。K是稠度指數(shù)，溫度升高，流體粘性減小，K減小。,圖中給出的是不同分子量的單分散PS剪切粘度對(duì)切變速率的關(guān)系曲線，可見，隨分子量增高，材料粘度迅速增大，而且，隨分子量增大，材料開始發(fā)生剪切變稀的臨界剪切速率變小，非牛頓流動(dòng)性突出，分子量大，其變形松弛時(shí)間長(zhǎng)，流動(dòng)中發(fā)生取向的分子鏈不易恢復(fù)原形，較早的出現(xiàn)流動(dòng)阻力減少的現(xiàn)象，又因?yàn)榉肿恿看蟮牟牧?，?nèi)部纏

11、結(jié)點(diǎn)多，容易在較小的剪切速率下開始解纏結(jié)和再纏結(jié)的動(dòng)態(tài)過程。,例.AB試樣Mw相差不多，B試樣還低些，但分布甚寬，B的η0比A大。 剪切速率增大時(shí)，B首先在較低的剪切速率下，開始出現(xiàn)剪切變稀的現(xiàn)象，到高剪切速率下，B的粘度比A低。,C．影響流變性的因素 i 分子量 如右圖，開始出現(xiàn)非牛頓性流動(dòng)的γ值，即從水平線轉(zhuǎn)變?yōu)榍€的轉(zhuǎn)折點(diǎn)對(duì)應(yīng)的γ值，隨著分子量的增大向低γ值方向移動(dòng)，即分子量越大，出現(xiàn)非牛頓型流動(dòng)的γ

12、值越低，流變性越強(qiáng)：M1>M2>M3, γ3>γ2>γ1原因，分子量大，纏結(jié)點(diǎn)多，有些易解脫，所以粘度容易下降。,ii 分子量分布和支化 分子量相同，但分布寬窄不同的聚合物，其流變性不同，如右圖，當(dāng)γ較小時(shí)，分子量分布寬的熔體粘度較高，當(dāng)γ增大時(shí)，分布寬的高聚物首先開始出現(xiàn)粘度下降，出現(xiàn)非牛頓型流動(dòng)的γ值比分布窄的要低，即γ1<γ2，分布寬的粘度下降比分布窄的下降得快.,影響粘流活化能的因素：

13、 i 分子鏈結(jié)構(gòu) 由于高分子材料的流動(dòng)單元是鏈段，因此E的大小與分子鏈結(jié)構(gòu)相關(guān)。分子鏈剛性大，極性強(qiáng)，或含有大側(cè)基的高分子材料，E值大，如PVC，PC，纖維素等，與此相反，柔性較好的線形高分子鏈材料E值較低。,三 填加劑影響 填充補(bǔ)強(qiáng)材料和軟化增塑材料A 碳黑的影響 碳黑用量\粒徑\結(jié)構(gòu)性的影響,原因: 碳黑粒子為活性填料,表面可吸附幾條大分子鏈,形成類纏結(jié)點(diǎn),阻礙大分子鏈運(yùn)動(dòng)和滑移,體系粘度上升,碳

14、黑用量越多,纏結(jié)點(diǎn)越多,流動(dòng)阻力增大.在用量相等的情況下,粒徑小的,表面積大,橡膠與碳黑相互作用增強(qiáng),粘度增大.,對(duì)于丁苯橡膠, 膠料粘度與碳黑用量\粒徑\結(jié)構(gòu)性\切變速率關(guān)系如下: 粘度隨碳黑用量增大\粒徑減小\結(jié)構(gòu)性提高而增大,隨切變速率增大而降低.B 碳酸鈣影響 屬于無(wú)機(jī)填料, 降低成本 右圖對(duì)PP影響,隨碳酸鈣用量增加粘度增大. 原因:剛性粒子,不容易變形,阻力增大,又會(huì)增大分

15、子鏈與碳酸鈣顆粒間的摩擦作用.,2-4 高聚物熔體的彈性,一、概述 聚含物熔體是一種高彈性流體，存在三種基本形變，（1）粘性流動(dòng)；（2）可回復(fù)彈性形變；（3）破裂。 描述高聚物熔體彈性的物理量有：可回復(fù)剪切形變、擠出物脹大、法向應(yīng)力效應(yīng)，熔體破裂等，下面分述之。,3．松弛 彈性形變?cè)谕饬Τズ笏神Y的快慢，可用松馳時(shí)間表征，τ=η/G， τ越大，松馳時(shí)間越長(zhǎng)。如果形變的時(shí)間》 τ ，則彈性形變?cè)诖?/p>

16、時(shí)間t內(nèi)來得及幾乎完全松弛，這樣形變主要反映粘性流動(dòng)，反之，t《 τ ，形變來不及恢復(fù)，主要反映彈性，粘性形變很小。 分子量大，熔體粘度大，松馳時(shí)間長(zhǎng)，彈性形變回復(fù)得慢，分子量分布寬，切模量低, τ長(zhǎng)，彈性形變大。,2：原因： 聚合物熔體在簡(jiǎn)單剪切流場(chǎng)中，應(yīng)力張量為：其中σ12, σ21 為剪切應(yīng)力， σ11 σ22 σ33是法向應(yīng)力，是流體在受到剪切時(shí)，產(chǎn)生垂直于剪切平面的應(yīng)力，無(wú)剪切應(yīng)力就無(wú)法向應(yīng)力

17、。粘彈性流體受到剪切，分子鏈?zhǔn)艿嚼於a(chǎn)生張應(yīng)力，而且分子鏈沿著拉伸方向取向，由于取向的結(jié)果，產(chǎn)生橫向的彈性收縮力，即法向應(yīng)力。,四：出模膨脹，擠出物脹大效應(yīng)１：現(xiàn)象 指高分子熔體被強(qiáng)迫擠出口模時(shí)，擠出物尺寸大于口模尺寸，截面形狀也發(fā)生變化的現(xiàn)象。 這種現(xiàn)象稱擠出脹大現(xiàn)象，也稱彈性記憶效應(yīng)，巴拉斯效應(yīng)。,右圖給出的是一定切變速度下，擠出脹大比B與L/D關(guān)系曲線，Ｌ/Ｄ較小時(shí)，L/Ｄ稍微增大一些，即口型稍微長(zhǎng)一些

18、，物料在口型中停留時(shí)間稍長(zhǎng)一些，Ｂ下降很多，但在L/Ｄ較大時(shí)，L/Ｄ增大一些，Ｂ下降不多，可見在一定切變速率下，物料的彈性復(fù)原行為取決于,它在口型中的停留時(shí)間，如停留時(shí)間短，Ｌ/Ｄ小，則來不及松馳而膨脹率大，反之亦然?？梢姡?dāng)Ｌ/Ｄ較小時(shí)，入口效應(yīng)為主，而當(dāng)Ｌ/Ｄ較大時(shí)，由入口效應(yīng)引起的彈性形變已松馳得差不多了，留下的主要是剪切流動(dòng)中伴隨產(chǎn)生的彈性形變。,五：擠出破裂： 1：現(xiàn)象 高分子熔體從口模擠出時(shí)，當(dāng)擠出速度過高，超過

19、某一臨 界剪切速率時(shí)，容易出現(xiàn)彈性湍流，導(dǎo)致,流動(dòng)不穩(wěn)定，擠出物表面粗糙，隨擠出速度的增大，可能分別出現(xiàn)波浪形，鯊魚皮形，竹節(jié)形，螺旋形畸變，最后導(dǎo)致完全無(wú)規(guī)則的擠出物斷裂，稱為熔體破裂現(xiàn)象。,2．類型： 從擠出現(xiàn)象上來看，擠出破裂可分類，一類為L(zhǎng)DPE型，破裂特征是先呈現(xiàn)粗糙表面，當(dāng)擠出剪切速率超過臨界之后，發(fā)生熔體破裂，呈現(xiàn)無(wú)規(guī)破裂狀，屬于此類的材料有，帶支鏈或大側(cè)基的聚合物，如PS，丁苯橡膠，支化的聚二甲基硅氧烷等。另一類

20、為HDPE型，熔體破裂的特征是先呈現(xiàn)粗糙表面，隨剪切速率提高，逐步呈現(xiàn)有規(guī)則的畸形變形，如竹節(jié)狀，螺旋狀畸變等，剪切速率很高時(shí)，出現(xiàn)無(wú)規(guī)則破裂，屬于此類的材料多為線形分子聚合物，如聚丁二烯，乙丙共聚物，線形的聚二甲基硅氧烷，聚四氟乙烯等。,（1）LDPE型對(duì)于LDPE型熔體，其應(yīng)力主要集中在口模入口區(qū)，且入口區(qū)的流線呈典型的喇叭形收縮，在口模死角處存在渦流或環(huán)流，,如上圖所示。當(dāng)r較低時(shí)，流動(dòng)是穩(wěn)定的，死角處的渦流也是穩(wěn)定的，對(duì)擠出物

21、不產(chǎn)生影響，但是，當(dāng)r>rcrit，入口區(qū)出現(xiàn)強(qiáng)烈的拉伸流，造成的拉伸形變超過熔體所能承受的彈性形變極限，強(qiáng)烈的應(yīng)力集中效應(yīng)使流道內(nèi)的流線斷裂，使死角區(qū)的環(huán)流乘機(jī)進(jìn)入主流道而混入口模。主流線斷裂后，應(yīng)力局部下降，又會(huì)恢復(fù)穩(wěn)定流動(dòng)，然后再一次集中彈性形變能，再一次流線斷裂。這樣交替輪換，主流道和環(huán)流區(qū)的流體輪番進(jìn)入口模。兩種形變歷史和攜帶能量完全不同的流體，擠出時(shí)的彈性松弛行為也完全不同，引起口模出口處擠出物的無(wú)規(guī)畸變。,5、影響熔

22、體擠出破裂行為因素 熔體擠出破裂行為是熔體具有彈性的一種表現(xiàn)，因此一切能夠影響熔體彈性的因素，都將影響聚合物熔體的擠出破裂行為。這些因素大致可分為：一是口模的形狀和尺寸；二是擠出成型過程的工藝條件；三是擠出物料的性質(zhì)。,6、減輕熔體破裂現(xiàn)象的措施（1）適當(dāng)降低分子量，加寬分子量分布；（2）適當(dāng)升高擠出溫度，但應(yīng)防止交聯(lián)、降解。某些情況下如順丁橡膠可利用低溫光滑區(qū)擠出；（3）適當(dāng)降低擠出速度，某些情況下，可利用高速的第二

23、光滑區(qū)； （4）用喇叭型的口型，可提高rcrit ，可消除死角；（5）加入填充補(bǔ)強(qiáng)劑和增塑劑。,如xia 圖，在很低的r或ε時(shí)，η切與η拉均為常數(shù)，但隨r增大， η切減小，而η拉則不同，有降低，不變，增大三種情況。,可見，當(dāng)Ｌ／Ｄ較小時(shí)，隨Ｌ／Ｄ增大，Ｂ減少，表明毛細(xì)管越長(zhǎng)，物料在入口區(qū)形成的彈性形變得到更多的松弛．當(dāng)Ｌ／Ｄ較大，Ｂ幾乎不變，說明入口區(qū)的影響已不明顯，主要來自毛細(xì)管內(nèi)穩(wěn)定剪切流動(dòng)造成的分子拉伸和取向．,Ｄr為料筒內(nèi)徑

24、．當(dāng)Ｄr／Ｄ較小，Ｂ隨Ｄr／Ｄ增大而增大，當(dāng)Ｄr／Ｄ較大時(shí)，Ｂ變化不明顯．當(dāng)料筒直徑較小時(shí)，物料在入口區(qū)的拉伸變形較少，此時(shí)料筒直徑增大將使拉伸變形增大，從而使Ｂ增大，當(dāng)料筒直徑已足夠大，入口區(qū)的收縮流動(dòng)不再變化，則Ｂ幾乎不變．,圖中Ａ為加料峰，此時(shí)物料較冷，自由旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)子受到來自固體粒子或粉末的阻力，轉(zhuǎn)矩急劇上升，當(dāng)此阻力被克服后，轉(zhuǎn)矩開始下降并在較短的時(shí)間內(nèi)達(dá)到穩(wěn)態(tài)，,粒子表面開始熔融并發(fā)生聚集時(shí)，轉(zhuǎn)矩再次升高，達(dá)到塑化峰Ｐ，與Ｐ對(duì)

25、應(yīng)的時(shí)間為塑化時(shí)間tp，Ｍp為最大塑化轉(zhuǎn)矩。在熱的作用下，粒子內(nèi)核慢慢熔融，轉(zhuǎn)矩隨之下降，當(dāng)粒子完全熔融后，物料成為易于流動(dòng)的宏觀連續(xù)的流體，轉(zhuǎn)矩再次達(dá)到穩(wěn)態(tài)，扭矩趨于平衡Ｍb。經(jīng)過一段時(shí)間后，在熱和力的作用下，隨著交聯(lián)或降解的發(fā)生，轉(zhuǎn)矩會(huì)有大幅度的升高或降低。td為分解時(shí)間．可見，一條曲線清晰地描述了ＰＶＣ加工塑化全過程．在實(shí)際加工過程中，第一次轉(zhuǎn)矩最大值對(duì)應(yīng)的時(shí)間非常短，很少能觀察到。轉(zhuǎn)矩第二次達(dá)到穩(wěn)態(tài)所需的時(shí)間通常為3-15min

26、。,4. 應(yīng)用（一）原材料的檢驗(yàn)與研究圖 不同用量穩(wěn)定劑對(duì)PVC穩(wěn)定性能影響隨穩(wěn)定劑用量增加，開始出現(xiàn)平衡扭矩上升的時(shí)間延長(zhǎng)，PVC安全加工時(shí)間隨穩(wěn)定劑用量的增加而增加。,圖 不同類型穩(wěn)定劑對(duì)PVC混煉加工穩(wěn)定性的影響,可見，CaZn-Stab和Pb-Stab#1兩種穩(wěn)定劑出現(xiàn)轉(zhuǎn)矩升高的時(shí)間較短，而Pb-Stab3#出現(xiàn)升高的時(shí)間最長(zhǎng)，因此它的穩(wěn)定效果最好?？梢姡棉D(zhuǎn)矩流變儀可模擬實(shí)際加工過程，為選擇合適的穩(wěn)定劑提供依據(jù)。,2.

27、 測(cè)試原理與方法熔融指數(shù)的定義 在一定的溫度和負(fù)荷下，聚合物熔體每10 min通過規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)口模的質(zhì)量，單位 g/10 min。 ASTM D1238規(guī)定了常用聚合物的測(cè)試方法，測(cè)試條件包括；溫度范圍125~300℃，負(fù)荷范圍0.325~21.6Kg。之所以規(guī)定這樣的測(cè)試范圍，是為了使MFI值在0.15~25之間的測(cè)量取得可信的值。MFI的計(jì)算公式：其中W為樣條質(zhì)量，t為切樣條時(shí)間間隔。,4.1 基本物理量,一、

28、張量分析基礎(chǔ)1、張量概念 a、標(biāo)量：只有大小，如溫度、時(shí)間 b、矢量：既有大小又有方向，如位移、速度、加速度、力 如空間坐標(biāo)中，線段長(zhǎng)度用OP表示，方向用箭頭表示，記為 用分量表示， 單位矢量方向，在三個(gè)坐標(biāo)軸的數(shù)值為a1、a2、a3。,二、應(yīng)力及應(yīng)力張量1、應(yīng)力的表示 物體在外力作用會(huì)產(chǎn)生流動(dòng)和變形，但物體同時(shí)為抵抗流動(dòng)和變形，物體內(nèi)部產(chǎn)生相應(yīng)的應(yīng)力。應(yīng)力定義為材

29、料內(nèi)部單位面積上的響應(yīng)力，單位為Pa。2、應(yīng)力張量考慮流變過程中物體內(nèi)一點(diǎn)P的應(yīng)力。在物體內(nèi)部取一小封閉曲線s，令P點(diǎn)位于曲面s外表面的面元上，法線n指向曲線外部?？疾旆忾]曲面s外的物質(zhì)通過面元對(duì)曲面s內(nèi)物質(zhì)的作用力，設(shè)面元上的作用力為δF，則：為P點(diǎn)處具有法線n的面元上的平均表面牽引力，注意它與法線方向不重合。,用應(yīng)力張量形式表示為：其中， 第一個(gè)下標(biāo)表示力的作用面的法線方向，第二個(gè)下標(biāo)表示力作用的方向，如σx

30、y 表示作用在與x垂直的平面上的應(yīng)力分量，方向指向y。當(dāng)i=j時(shí)，表示應(yīng)力方向與外法線方向相同，稱為應(yīng)力張量的法向分量， σxx σyy σzz 分別垂直于與x、y、z垂直的平面上。當(dāng)i≠j時(shí)，表示應(yīng)力分量作用在相應(yīng)面的切線方向上，稱為剪切分量，如σxy σyz σzx。,5.1 拖曳流 定義：指對(duì)流體不加壓力而靠邊界運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生力場(chǎng)，由粘性作用使流體隨邊界流動(dòng)，稱 Couette 庫(kù)愛特流動(dòng)。,右圖給出的是根據(jù)（5-9）（5-13）

31、給出的兩平板間速度及溫度分布可見，速度是線性分布，即速度分量vx沿y方向線性變化，在上板處流速是Vx，下板處流速為0。溫度分布是拋物線，在流道中央y=H/2處溫度最高，接近兩板處流體溫度與板的溫度相等，流道中央溫度升高的原因是：粘性流動(dòng)耗散外部能量所致。在實(shí)際加工中，設(shè)定加工設(shè)備的機(jī)筒溫度，一定要考慮機(jī)筒內(nèi)物料的真實(shí)溫度比設(shè)定溫度高許多，以免引起物料燒焦。,（二）圓環(huán)隙通道中的拖曳流動(dòng)流體在兩個(gè)同心圓筒間的環(huán)形空間被拖曳著沿軸向

32、流動(dòng)，內(nèi)圓筒以速度V沿 Z向運(yùn)動(dòng)，vz僅是r 的函數(shù)。其它假設(shè)同前，簡(jiǎn)化后的動(dòng)量方程：對(duì)于冪律流體利用邊界條件 r=Ri時(shí)，vz=V，r=R0時(shí)，vz=0對(duì)上式積分可得出熔體流動(dòng)的速度分布：,三 關(guān)于壓力與速度分布的討論1 壓力極限值的位置按照(6-15)計(jì)算得到的膠料內(nèi)壓力沿輥筒間流道長(zhǎng)度方向的分布如下圖圖 輥筒間膠料內(nèi)的壓力分布：橫坐標(biāo):量綱為一的坐標(biāo)x’,代表流道長(zhǎng)

33、度 ；縱坐標(biāo):量綱為一壓力p/pmax,一個(gè)極大值,兩個(gè)極小值.極大值:在x’=-λ,即在輥距之前極小值:在x’= λ,p=0,即物料脫離輥筒表面的位置； 在x’=-x’0,物料剛進(jìn)入輥筒處,物料尚未承受壓力；在最小輥距處,即x’=0處,即此時(shí)物料內(nèi)壓力為極大值的一半,壓力基本常數(shù):設(shè)物料粘度為104Pa.s,R=0.1m,v=0.25m/s,2H0=0.002m,代入上式計(jì)算得到壓力基本常數(shù)=13M

34、Pa.可見壓力相當(dāng)高.2 λ的意義 量綱為一的體積流量,與流量\輥距\輥速相關(guān) 隨λ的升高,壓力分布曲線變寬變高,吃料與出料處間的流道加長(zhǎng),壓力極值增大.,3 速度分布 用x’代替x,用y’代替y,得到量綱為一的速度分布:輥筒間物料的速度分布示意圖如下:,,圖 兩輥筒間物料的速度分布示意圖,要求能畫出來??！,兩個(gè)特殊點(diǎn):x’=±λ,vx=v,即壓力極大值處和物料脫輥處,物料流速等于輥筒表面線

35、速度,且速度沿y方向均等分布,保證壓出料片速度均勻平穩(wěn)壓出.在- λ <x’< λ,前方壓力小,后部壓力大,壓差作用向前,形成正壓力流,各層速度大于輥筒表面線速度.在x’<- λ,前方壓力大,后部壓力小,形成反壓力流,各層流速小于輥筒表面線速度.在x’*處,物料流速分布中,中心處的速度=0,稱駐點(diǎn).在x’<x’*,正負(fù)流速共存,形成旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng),8.3 機(jī)頭口型中的流動(dòng),物料從計(jì)量段擠出后直接進(jìn)入機(jī)頭口型區(qū)

36、，通過機(jī)頭口型的流動(dòng)可視為具有一定粘度的流體在壓力作用下穿過具有一定截面形狀的管道的流動(dòng)，照牛頓型流體流過圓形管道的壓力流流量公式，物料通過機(jī)頭口型的流量應(yīng)滿足以下公式：其中，Q 通過機(jī)頭的體積流量， K 機(jī)頭系數(shù)，取決于機(jī)頭口型的幾何參數(shù)和流動(dòng)液體的類型，式(8-11)為一直線方程，表征機(jī)頭特性。,對(duì)于螺桿擠出機(jī)而言，欲使之處于穩(wěn)定擠出狀態(tài)，物料在螺桿部分的流動(dòng)狀態(tài)必須與在機(jī)頭口型區(qū)的流動(dòng)狀態(tài)相匹配。具體說，要求通過螺桿部分的流

37、量一定要與通過機(jī)頭口型區(qū)的流量相等，物料在螺桿部分的壓力降也要與在機(jī)頭口型區(qū)的壓力降相等，即：,圖 螺桿計(jì)量段與機(jī)頭口型區(qū)的工作特性理論曲線(被加工流體為牛頓流體),可見，兩組曲線的交點(diǎn)符合式(8-12)提出的條件,應(yīng)為螺桿擠出機(jī)正常擠出的穩(wěn)定工作點(diǎn)。可從下面方程組求得：工作點(diǎn)滿足：式中，α、β、γ、K和N均為螺桿及機(jī)頭口型的工作參數(shù)，η0 和 η0k 分別是計(jì)量段與機(jī)頭口型區(qū)的平均粘度。,8.4 穩(wěn)定擠出,為描述擠出成型

38、過程的穩(wěn)定性，定義一個(gè)不穩(wěn)定擠出系數(shù)如下： 其中，p1為計(jì)量段入口處的物料壓力. 物理意義：考察當(dāng)計(jì)量段入口處的物料壓力因某種原因發(fā)生波動(dòng)時(shí)，螺桿擠出機(jī)的流量有多大變化。u越大，擠出過程越不穩(wěn)定。,計(jì)量段入口處物料壓力及擠出機(jī)內(nèi)壓力分布示意圖 資料泛看,資料泛看

39、重新將螺桿擠出機(jī)內(nèi)物料壓力分布簡(jiǎn)化為下圖形式. 由于計(jì)量段入口處的壓力為 p1,計(jì)量段實(shí)際壓力降為： 其中，Δp 為整個(gè)螺桿上的總壓力降，等于機(jī)頭口型區(qū)的壓力降。 這樣，螺桿部分的體積流量應(yīng)當(dāng)改寫為：,機(jī)頭口型的體積流量改寫為：據(jù)此,下面討論實(shí)行穩(wěn)定擠出的一些措施:(1)要盡量減少不穩(wěn)定源，要求 p1 盡可能保持穩(wěn)定,這要求加料口供料速度必須均勻。(2)由式(8-16)可得到：已知：β與Wh3/L成正比，