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文檔簡介
第五節(jié)高聚物熔體在機頭口模中的流動目錄一、概述1、機頭的結(jié)構(gòu)2、機頭的作用3、機頭的分類4、機頭口模設(shè)計原則二.聚合物熔體通過機頭口模的粘彈行為三、各種斷面流道中的流動分析1、機頭的結(jié)構(gòu)
機頭組成:粗濾板、分流器、分流器支架、芯棒、口模、調(diào)節(jié)螺釘?shù)纫?、概?、機頭的作用:
a.將螺桿輸送來的旋轉(zhuǎn)狀的料流變成直線流動的料流,經(jīng)口模成型為不同橫斷面形狀的制品。
b.產(chǎn)生必要的成型壓力。
c.使物料進一步塑化均勻
3.機頭的分類(1)按用途分橡膠類塑料類(2)按擠出方向分直向機頭直角機頭
側(cè)一、概述(3).按機頭內(nèi)壓大小分
低壓機頭:料壓力<4Mpa中壓機頭:料壓力4~10Mpa(管機頭)
高壓機頭:料壓力>10Mpa(吹膜、紡絲機頭)4、機頭口模設(shè)計原則要求:制品尺寸精確、物料均勻、表觀光滑考慮問題:(1)機頭流道形狀:流體易于充滿、均勻擠出、無過熱分解、盡量呈流線形(2)截面尺寸
適宜的機頭壓縮比、制品密實、消除分流器支架造成的結(jié)合縫一、概述截面尺寸(機頭壓縮比)機頭壓縮比=(3)機頭、口模尺寸設(shè)計
考慮物料的粘彈性,確定合理的擠出產(chǎn)量,通過建立口模設(shè)計方程實現(xiàn)口模斷面尺寸設(shè)計。一、概述a、當(dāng)物料的流量一定時,求口模尺寸、流速與產(chǎn)生的壓力降(ΔP)間的關(guān)系。b、熔體流變性能與口模尺寸和加工工藝條件間的關(guān)系。
本節(jié)討論不同口型,如等截面、不等截面、組合流道的口模方程??紤]兩方面的問題二.聚合物熔體通過機頭口模的粘彈行為1.熔體通過口模的壓力損失以毛細管中流動為例:ΔP總=ΔPA+ΔPB+ΔPexΔPA-入口壓力損失ΔPB-通過口模時壓力損失ΔPex-口模出口處壓力PΔPBLΔPAΔPexVL(1)入口壓力損失流線收斂、擴展引起的流體速度及其分布隨流動的變化,產(chǎn)生粘性損耗分子間的內(nèi)摩擦產(chǎn)生的粘性損耗c.流動過程中大分子構(gòu)象變化,如取向,將消耗的壓力轉(zhuǎn)換成彈性能儲存起來
其中c項占的比例最大,其他兩項占5~10%左右。入口壓力損失的計算:想象中將口模延長一段距離LB,其產(chǎn)生的壓力損失與入口效應(yīng)產(chǎn)生的壓力損失相同。ΔPBΔP總PL/RLB/RΔPA(2)ΔPB-流經(jīng)口模時的壓力損失指熔體在穩(wěn)態(tài)流動中,克服粘性損耗所產(chǎn)生的壓力損失.二、粘彈行為
對于粘性流體,上述結(jié)論無可非議,對于粘彈性流體是否可行,以圓柱管道中的流動,分析流體具有粘彈性時的壓力損失是否也為粘性損耗。a.分析:有一圓管流道,流體作層狀、穩(wěn)定流動。二、粘彈行為zrVz=0;Vr=V=0圓管流道中粘性和粘彈流體的流變分析:V形變速率張量應(yīng)力張量對于粘性流體對于粘彈性流體形變速率張量應(yīng)力張量簡單剪切會派生出法向應(yīng)力粘彈性流體粘性流體r方向方向z方向運動方程的簡化:討論:從式(1)~(3)可知,對于粘彈體P=P(r,z),
從式(1’)~(3’)可知,對于粘性體P=P(z)。b.(3)=(3’),軸向的流動方程是相同的。表明軸向流動的壓力損失僅由流體的粘性所決定,即,粘性流體軸向流動的解也適用于描述粘彈性流體的流動行為。
彈性對流體流動損耗無影響,流動中的壓力降僅為流體的粘性損耗。討論:c.
(3)與(3’)解得的結(jié)果是相同的。這表明在斷面尺寸恒定的流道中,粘彈性流體的粘性流變行為也可用牛頓流體或冪律流體加以描述。則由本構(gòu)方程和(3)或(3’)聯(lián)合求得的
Vz(r)和Q也將相同。結(jié)論:
粘彈性流體的彈性對圓管中的P/z、Q等反映粘性流動特性的物理量無影響。2、口模膨脹效應(yīng)(1)定義
描述:擠出脹大比:B=d/D(B’=d2/D2
)擠出收縮率:[(L0-L)/L0]*100%
(2)原因
熔體在流動中形變?nèi)∠?,出??诤螽a(chǎn)生彈性可恢復(fù)形變(結(jié)構(gòu)、口模入口結(jié)構(gòu),剪切速率)。(3)影響因素工藝因素TVPb.設(shè)備因素入口流道LDc.物料的結(jié)構(gòu)因素MMWD口模形狀與制品斷面形狀3、不穩(wěn)定流動(1)定義
v↑→擠出物表面出現(xiàn)不規(guī)則現(xiàn)象→熔體破裂(螺旋狀、竹節(jié)狀、鯊魚皮狀、不規(guī)則破碎)→影響制品表觀質(zhì)量
(2)原因彈性形變不均勻,導(dǎo)致彈性恢復(fù)不均勻,繼而影響擠出物表觀。(3)影響因素
a.工藝因素TVPb.設(shè)備因素入口流道LDc.材料因素MMWD物性:加快物料的松弛
工藝:讓物料有足夠的時間松弛設(shè)備:口模流道應(yīng)該連續(xù)、均勻地縮小,盡可能使物料易于通過(4)改善不穩(wěn)定流動的措施三、各種斷面流道中的流動分析1、定截面流道(1)、圓管流道牛頓流體冪律流體Vz(2)、平面狹縫流道W/H=20誤差2%W/H=10誤差6%W/H=5誤差14%可擠出板、膜、片材等。忽略流道側(cè)壁的影響。HWLVz(2)、平面狹縫流道牛頓流體冪律流體(3)、環(huán)形縫隙流道牛頓流體RiR0冪律流體F(n,k)~Ri/R0稠度S=1/n(4)異形流道a.將非規(guī)則流道的斷面尺寸與規(guī)則流道作對比,引入形狀系數(shù)f作為修正系數(shù)。 流量計算式為:牛頓流體計算式為:形狀系數(shù)是以平行平板壓力流作為基準而得到的,如圖所示。平行平板流道fb.厚度均一異形流道牛頓流體冪律流體近似認為是狹縫流道,其流量方程:關(guān)鍵是要找出一個相當(dāng)于縫模的當(dāng)量寬度We.W1W2W3三角形We=W1+W2+W3We為當(dāng)量寬度圓形We為當(dāng)量寬度R0RiR0RiL形We=W1+W2We為當(dāng)量寬度W1W2正方形We為當(dāng)量寬度R0Ri正六邊形We為當(dāng)量寬度2、收斂形流道(錐形或楔形流道)(1)圓錐形流道ZR1R2Rr假設(shè)條件:1、穩(wěn)定層流;2、不可壓縮的牛頓性流體;3、收斂角很小;4、等溫流動。Vz流場分析:建立柱坐標系速度、剪切速率ZR1R2RrVz形變速率張量應(yīng)力張量ZR1R2Rr流場分析:Vz簡化運動方程:當(dāng)錐度很小時速度分布方程:解:方程的左邊是z的函數(shù),方程的右邊是r的函數(shù)Z向的運動方程:(1)積分:牛頓流體的本構(gòu)方程速度分布方程:R是個變量流量方程:任一個截面的流量積分:
(2)V形流道2、收斂形流道(錐形或楔形流道)H1H2WLXZyh
(3)漏
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