高分子材料基本加工工藝第二章第四節(jié)

1、高分子材料基本加工工藝第二章第四節(jié)第1頁，共12頁，2022年，5月20日，19點41分，星期四 聚合物熔體在管道入口端因出現(xiàn)收斂流動，使壓力降突然增大的現(xiàn)象。什么是入口效應(yīng)？1入口效應(yīng) 如圖所示，熔體從大直徑管道進入小直徑管道，需經(jīng)一定距離Le后方能穩(wěn)態(tài)流動。第2頁，共12頁，2022年，5月20日，19點41分，星期四 入口區(qū)壓力降突增的原因： 聚合物以收斂方式進入小直徑管時，為保持體積流率不變，如果管壁處的流速仍保持為零就只有增大熔體內(nèi)的速度梯度，才能滿足調(diào)整流速的要求，為此只有消耗適當(dāng)?shù)哪芰坎拍茉龃笏俣忍荻?，加之隨流速的增大，流動的動能也相應(yīng)增大，這也使能量的消耗增多； 熔體內(nèi)的剪切速

2、率增大，迫使聚合物大分子更大和更快的變形，而這種具有高彈性特征的形變，需克服分子內(nèi)和分子間的作用力，也要消耗一定的能量。第3頁，共12頁，2022年，5月20日，19點41分，星期四 2離模膨脹效應(yīng)什么是離模膨脹效應(yīng)？ 當(dāng)聚合物熔體流出流道或澆口時，熔流發(fā)生體積膨脹的現(xiàn)象叫做離模膨脹效應(yīng)。第4頁，共12頁，2022年，5月20日，19點41分，星期四 離模膨脹的原因：聚合物熔體從流道中流出后，周圍壓力大大減小，聚合物內(nèi)的大分子突然變得自由，流動變形中已經(jīng)伸展開的大分子鏈重新恢復(fù)蜷曲，各分子鏈的間距隨之增大，熔體在流道中形成的取向結(jié)構(gòu)也將重新恢復(fù)到無序的平衡狀態(tài)，導(dǎo)致聚合物內(nèi)自由空間增大，于是體

3、積相應(yīng)發(fā)生膨脹。第5頁，共12頁，2022年，5月20日，19點41分，星期四影響離模膨脹的因素：（1）黏度大和非牛頓性強的聚合物熔體在流動過程中容易產(chǎn)生較大的彈性變形，故離模膨脹效應(yīng)嚴重。 （3）增大切應(yīng)力和剪切速率(不能超過極限值)時，聚合物熔體在流動過程中的彈性變形隨著增加，離模膨脹效應(yīng)加劇。（4）在中等剪切速率范圍內(nèi)，降低溫度不僅會增大入口效應(yīng)和延長松弛時間，同時還會因此而加劇離模膨脹效應(yīng)。但當(dāng)剪切速率超過穩(wěn)定流動允許的極限剪切速率后，離模膨脹反而會隨剪切速率增大而減小。 （2）增大流道直徑和流道的長徑比，以及減小流道入口處的收斂角，都能減小熔體流動過程中的彈性變形，從而減輕離模膨脹效

4、應(yīng)。第6頁，共12頁，2022年，5月20日，19點41分，星期四第四節(jié)高分子熔體在簡單截面導(dǎo)管中的流動一、高分子熔體在長圓管中的流動取一液柱進行分析推導(dǎo)可以得出任意半徑r處的流層所受到的剪切應(yīng)力為： P為圓管兩端的壓力降、L為管長。從式中可知，管壁處剪切應(yīng)力最大，中心處為零；剪切應(yīng)力與流動性無關(guān)；剪切應(yīng)力在液體中的分布與半徑成正比，并呈直線關(guān)系；如圖：假設(shè)：聚合物流體（熔體或分散體）在圓管內(nèi)作壓力流動、層流，且在等溫條件下穩(wěn)態(tài)流動。第7頁，共12頁，2022年，5月20日，19點41分，星期四1、牛頓流體剪切應(yīng)力與剪切速率的關(guān)系是直線剪切速率就是流體速度沿半徑方向的變化速率（速度梯度），把剪

5、切應(yīng)力關(guān)系式帶入積分得任意半徑速度關(guān)系式得圓管中的層流流動的速度分布為一橢圓函數(shù)單位時間內(nèi)體積流量Q，稱為Hagen-Poiseuille方程 進行變換得管壁處剪切速率第8頁，共12頁，2022年，5月20日，19點41分，星期四2、非牛頓流體剪切應(yīng)力與剪切速率是非直線的同理可得任意半徑處速度分布得公式1-29由此看出，速度分布與流動指數(shù)有關(guān)，在中心處流速最大，管壁處為零。在管徑方向的分布可用圖表示：第9頁，共12頁，2022年，5月20日，19點41分，星期四非牛頓型流體在圓管中流動時的速度分布 m小于1為膨脹型流體；m為極限情況，流動為柱塞式；m=1為牛頓型流體 ； M大于1為假塑性流體； m=無窮為極限情況。 第10頁，共12頁，2022年，5月20日，19點41分，星期四在資料上所查的流動曲線大多數(shù)是用牛頓流體的剪切速率作出的，將非牛頓流體的剪切速率看作牛頓流體時的剪切速率，即所謂的表觀剪切速率（又叫牛頓剪切速率）。真實剪切速率與表觀剪切速率的關(guān)系為非牛頓流體的拉賓羅維奇（Rabinowitsch)改正。第11頁，共12頁，2022年，5月20日，19點41分，星期四同樣也可以用流動常數(shù)K來修正，引入一個表觀流動常數(shù)K： 在工程上，處理非牛