聚合物流變學(xué)開煉機

1、第6章 開煉機的加工過程6.1引言 用途：常見工藝過程，通過兩個或多個輥筒相向旋轉(zhuǎn)，對物料進(jìn)行熔融、混合、剪切、壓實等作用而完成。 流變 理論從工程角度分: 對稱性對稱性:輥筒速度和半徑相同 非對稱性非對稱性:輥筒直徑和速度不同,多見6.2 流變分析一、一、 運動方程和潤滑近似假定運動方程和潤滑近似假定 圖 對稱的開煉機輥筒間隙中的坐標(biāo)系假設(shè): 1)輥筒加工過程是對稱性過程,兩輥筒半徑相等(R1=R2),輥筒表面線速度相等(v1=v2). 熔融物料在筒壁附近無滑移,即最貼近筒壁的一層熔體隨輥筒一起運動 2)物料不可壓縮的牛頓流體,在兩輥筒間隙中,物料的流動為穩(wěn)定的二維等溫流動 3)忽略重力慣性

2、力的影響 直角坐標(biāo)系如上圖,坐標(biāo)原點在輥距的中心,x是物料的主要流動方向,y是兩輥筒軸心連線方向,z是垂直于紙面向外,速度為0,設(shè)輥距為2H0,輥筒表面各點的縱坐標(biāo)是x的函數(shù)即y=h(x),輥徑R,輥筒表面線速度v 連續(xù)性方程: 潤滑假定:在x-y平面的二維流動,在一段流道內(nèi)簡化成只沿x方向的一維流動 X方向的運動方程: Y方向的運動方程: 牛頓流體:2020(6 2)xvpxy00.(6 4)xxyvy 0(6 1)yxvvxy0(63)py 邊界條件歸結(jié)為:二、二、 速度分布與壓力速度分布與壓力分布分布 將上述公式求解,并代入邊界條件,得速度分布: vx是y與x的函數(shù). 欲求壓力梯度,先求

3、體積流量Q: 壓力梯度:( ),00,0(65)xyxyh x vv vvyy 2201()(66)2xpvvyhx20022(67)3hxhpQv dyh vx023(68)2pQvxhh 壓力梯度是x的函數(shù),但不明顯,為此進(jìn)行變量替換,從幾何關(guān)系有: 展開有: 定義坐標(biāo): 將(6-12)代入,得 壓力梯度的顯式形式: 其中:220(69)hHRRx220001(6 10)22xxhHHRRH0/ 2(6 11)xxRH201(6 12)hHx0022203200322181(6 13)1pQRHvxhhvRxHHx201(6 14)2QvH 的意義:當(dāng)量綱為一的坐標(biāo)x= 時,壓力的偏導(dǎo)數(shù)為

4、0,即兩輥筒間物料內(nèi)的壓力取極限值的位置. 積分(6-13),兩輥筒間的壓力分布公式為:其中:C為積分常數(shù),由邊界條件求得:2203200000181( , )19( , )(6 15)32vRp xxdxH HxvRG xCH H22222221 53( , )(1 3 )(6 16)1xxG xxarctgxx 2221 3(1 3)(6 17)1Carctg三三 、 關(guān)于壓力與速度分布的關(guān)于壓力與速度分布的討論討論 1 壓力極限值的位置 按照(6-15)計算得到的膠料內(nèi)壓力沿輥筒間流道長度方向的分布如右圖. 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,代表流道長度 縱坐標(biāo):量綱

5、為一壓力p/pmax一個極大值一個極大值,兩個極小值兩個極小值. 極大值極大值:在x=-,即在輥距之前 極小值極小值:在x= ,p=0,即物料脫離輥筒表面的位置 在x=-x0,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, 即此時物料內(nèi)壓力為極大值的一半0max0029(6 19)32C vRpHH0m ax0091(0, )(6 20)322C vRppH H 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,代入上式計算得到壓力基本常數(shù)=13MPa.可見壓力相當(dāng)高.2 的意義的意義 量綱為一的體積流量,與流量輥距輥速相關(guān) 隨

6、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,壓力極值增大.000932vRHH 圖 不同值輥筒間壓力分布的變化3 速度分布速度分布 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:201(621)1yyyhHx222222 31 1 3 (6 22)21xyxyvvx 兩個特殊點:x=,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- x ,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- ,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. 在xx*,正負(fù)流速共存,形成旋轉(zhuǎn)運動6.3生膠在輥筒上的行為 圖 生膠在輥筒上的四種狀態(tài) I區(qū)區(qū):輥溫較低,難以進(jìn)入輥距,不宜煉膠 II區(qū)區(qū):比I區(qū)容易形變,包在前輥上形成一條彈性膠帶,既有塑性流動又有彈性變形,膠帶不宜破裂,最適宜煉膠,混煉分散好 III