機(jī)頭口模中的流動(dòng)

第五節(jié)高聚物熔體在機(jī)頭口模中的流動(dòng)目錄一、概述1、機(jī)頭的結(jié)構(gòu)2、機(jī)頭的作用3、機(jī)頭的分類(lèi)4、機(jī)頭口模設(shè)計(jì)原則二．聚合物熔體通過(guò)機(jī)頭口模的粘彈行為三、各種斷面流道中的流動(dòng)分析1、機(jī)頭的結(jié)構(gòu)

機(jī)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(jī)頭的作用：

a.將螺桿輸送來(lái)的旋轉(zhuǎn)狀的料流變成直線流動(dòng)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(jìn)一步塑化均勻

3.機(jī)頭的分類(lèi)（1）按用途分橡膠類(lèi)塑料類(lèi)（2）按擠出方向分直向機(jī)頭直角機(jī)頭

側(cè)一、概述（3）.按機(jī)頭內(nèi)壓大小分

低壓機(jī)頭:料壓力<4Mpa中壓機(jī)頭:料壓力4～10Mpa（管機(jī)頭）

高壓機(jī)頭:料壓力>10Mpa（吹膜、紡絲機(jī)頭）4、機(jī)頭口模設(shè)計(jì)原則要求：制品尺寸精確、物料均勻、表觀光滑考慮問(wèn)題：（1）機(jī)頭流道形狀：流體易于充滿(mǎn)、均勻擠出、無(wú)過(guò)熱分解、盡量呈流線形（2）截面尺寸

適宜的機(jī)頭壓縮比、制品密實(shí)、消除分流器支架造成的結(jié)合縫一、概述截面尺寸（機(jī)頭壓縮比）機(jī)頭壓縮比＝（3）機(jī)頭、口模尺寸設(shè)計(jì)

考慮物料的粘彈性，確定合理的擠出產(chǎn)量，通過(guò)建立口模設(shè)計(jì)方程實(shí)現(xiàn)口模斷面尺寸設(shè)計(jì)。一、概述a、當(dāng)物料的流量一定時(shí)，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。考慮兩方面的問(wèn)題二．聚合物熔體通過(guò)機(jī)頭口模的粘彈行為1．熔體通過(guò)口模的壓力損失以毛細(xì)管中流動(dòng)為例：ΔP總＝ΔPA＋ΔPB＋ΔPexΔPA－入口壓力損失ΔPB－通過(guò)口模時(shí)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(kuò)展引起的流體速度及其分布隨流動(dòng)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(dòng)過(guò)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(chǔ)存起來(lái)

其中c項(xiàng)占的比例最大，其他兩項(xiàng)占5～10％左右。入口壓力損失的計(jì)算：想象中將口模延長(zhǎng)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(shí)的壓力損失指熔體在穩(wěn)態(tài)流動(dòng)中，克服粘性損耗所產(chǎn)生的壓力損失.二、粘彈行為

對(duì)于粘性流體，上述結(jié)論無(wú)可非議，對(duì)于粘彈性流體是否可行，以圓柱管道中的流動(dòng)，分析流體具有粘彈性時(shí)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(dòng)。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(duì)于粘性流體對(duì)于粘彈性流體形變速率張量應(yīng)力張量簡(jiǎn)單剪切會(huì)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(yùn)動(dòng)方程的簡(jiǎn)化：討論：從式（1）～（3）可知，對(duì)于粘彈體P=P(r,z)，

從式（1’）～（3’）可知，對(duì)于粘性體P=P(z)。b.（3）＝（3’），軸向的流動(dòng)方程是相同的。表明軸向流動(dòng)的壓力損失僅由流體的粘性所決定，即，粘性流體軸向流動(dòng)的解也適用于描述粘彈性流體的流動(dòng)行為。

彈性對(duì)流體流動(dòng)損耗無(wú)影響，流動(dòng)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(duì)圓管中的P/z、Q等反映粘性流動(dòng)特性的物理量無(wú)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(dòng)中形變?nèi)∠?，出模口后產(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(dòng)（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(yú)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(shí)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(guò)（4）改善不穩(wěn)定流動(dòng)的措施三、各種斷面流道中的流動(dòng)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(duì)比，引入形狀系數(shù)f作為修正系數(shù)。 流量計(jì)算式為：牛頓流體計(jì)算式為：形狀系數(shù)是以平行平板壓力流作為基準(zhǔn)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(rèn)為是狹縫流道，其流量方程：關(guān)鍵是要找出一個(gè)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??；4、等溫流動(dòng)。Vz流場(chǎng)分析：建立柱坐標(biāo)系速度、剪切速率ZR1R2RrVz形變速率張量應(yīng)力張量ZR1R2Rr流場(chǎng)分析：Vz簡(jiǎn)化運(yùn)動(dòng)方程：當(dāng)錐度很小時(shí)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(yùn)動(dòng)方程：（1）積分：牛頓流體的本構(gòu)方程速度分布方程：R是個(gè)變量流量方程：任一個(gè)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