聚合物加工流變學(xué)5

1、第五章 擠出口模內(nèi)的流動(dòng)2022/8/281概述口模是擠出成型的成型裝置，對(duì)成型質(zhì)量有著極其重要的影響。對(duì)口模流動(dòng)的分析可以為口模設(shè)計(jì)提供依據(jù)。本章主要討論冪律流體在口模中的等溫流動(dòng)。2022/8/282第一節(jié) 圓孔口模內(nèi)的流動(dòng)擠出成型圓棒、單絲、造粒所有口模均是圓孔的，對(duì)圓孔口模的流動(dòng)分析，可以按照?qǐng)A管中的壓力流動(dòng)進(jìn)行分析。冪律流體在圓管中的壓力流動(dòng)，根據(jù)式（3.2.8），其速度分布為2022/8/283第一節(jié) 圓孔口模內(nèi)的流動(dòng)在管中心（r=0）處，速度達(dá)到最大，在管壁處（r=R），速度為零。其平均速度為2022/8/284第一節(jié) 圓孔口模內(nèi)的流動(dòng)若定型段長度為L，則熔體停留時(shí)間為無量綱速度

2、分布為2022/8/285第一節(jié) 圓孔口模內(nèi)的流動(dòng)則體積流率與壓降的關(guān)系為口模設(shè)計(jì)時(shí)，R由制品尺寸、膨脹比、拉伸比所確定，p根據(jù)制品成型的材料、制品密度要求確定, 而L則可由上式進(jìn)行確定。由上式所確定的L沒有考慮口模的入口效應(yīng)，其分析值偏大。考慮入口效應(yīng)時(shí)，可Bagley修正，將式中的L用虛擬長度L*替代。2022/8/286第一節(jié) 圓孔口模內(nèi)的流動(dòng)Bagley修正的虛擬L*為式中e-是實(shí)驗(yàn)值，無實(shí)驗(yàn)值時(shí)，可取經(jīng)驗(yàn)值，為6?？谀Ｖ械目倝航?為個(gè)流道壓降之和。2022/8/287第二節(jié) 扁平口模內(nèi)的流動(dòng)用擠出法生產(chǎn)平膜和片材時(shí)，其出口是具有狹縫形狀的截面。由擠出機(jī)送來的熔體，一般為圓柱狀。因此，

3、偏平口模應(yīng)該實(shí)現(xiàn)將圓柱狀的熔體向狹縫寬度方向進(jìn)行鋪展，然后擠出，理想的擠出狀態(tài)是等速擠出。在口模中，鋪展是由分配腔來實(shí)現(xiàn)的，由于鋪展的方式不一樣，因此，產(chǎn)生了不同分配腔結(jié)構(gòu)的口模，一般分為三類：（1）直支管式口模；（2）魚尾形口模；（3）衣架式口模。2022/8/288第二節(jié) 扁平口模內(nèi)的流動(dòng)2022/8/289第二節(jié) 扁平口模內(nèi)的流動(dòng)一、支管式口模2022/8/2810一、支管式口模建立如圖所示的坐標(biāo)系在z處取一體積微元進(jìn)行分析。微元沿z方向的兩個(gè)端面的流率差為2022/8/2811一、支管式口模上式整理得口模狹縫長度為dz段的 流率增量由式(3.2.20)為2022/8/2812一、支管式

4、口模則由式(5.2.1)及(5.2.2)解得:2022/8/2813一、支管式口模式(5.2.3)即為冪律流體支管流動(dòng)的特性方程。設(shè)支管進(jìn)口和遠(yuǎn)端壓力分別為pi和pf，流量分別Qi和Qf，定義均勻指數(shù)UI為UI的意義是表示狹縫流動(dòng)的均勻性，如果UI大于0.95,流動(dòng)的均勻性就可以滿足要求。2022/8/2814一、支管式口模按照UI為0.95的要求，支管口模設(shè)計(jì)方程為2022/8/2815一、支管式口模熔體在支管口模中的停留時(shí)間由流路長度除以平均速度計(jì)算若口模中任意處的停留時(shí)間tc為HWL/Q0,則其停留時(shí)間比為2022/8/2816二、魚尾形口模2022/8/2817二、魚尾形口模特點(diǎn)：熔體

5、從中部進(jìn)入沿扇形往寬度方向擴(kuò)展，流道內(nèi)沒有“死角”，停留時(shí)間較短。設(shè)熔體進(jìn)入圓管時(shí)的壓力為p，扇形區(qū)流道深度恒定為H1，模唇的間隙為H2，模唇進(jìn)口壓力為p1，模唇出口壓力為p2。則設(shè)計(jì)方程為2022/8/2818二、魚尾形口模式中UI為均勻指數(shù)2022/8/2819三、衣架式口模在直支管式口模和魚尾形口模的基礎(chǔ)上，為進(jìn)一步改善聚合物熔體沿?cái)D出口模寬度方向分布的均勻性，并結(jié)合兩者的特點(diǎn)形成了衣架式口模。2022/8/2820三、衣架式口模設(shè)熔體與支管的流動(dòng)互不干擾，建立坐標(biāo)系如圖設(shè)進(jìn)入衣架的總流率為2Q0，支管入口和x處的半徑分別為R0和R。則距離x處支管中的流率為2022/8/2821三、衣架

6、式口模由式(5.2.17)得衣架單位寬度的流率為式中H-衣架處的間隙，W-衣架寬度2022/8/2822三、衣架式口模其中式（5.2.19)可化為2022/8/2823三、衣架式口模由幾何關(guān)系有將其代入式(5.2.18)得2022/8/2824三、衣架式口模由物料平衡得由式(5.2.22)、(5.2.20)、(5.2.23)得2022/8/2825三、衣架式口模x軸上任意點(diǎn)沿dz和dx流動(dòng)的時(shí)間相等,有2022/8/2826三、衣架式口模將式(5.2.23)和(5.2.21)代入式(5.2.25)得再代入式(5.2.25)得2022/8/2827三、衣架式口模衣架形狀由式(5.2.26)(5.2.27)