聚合物加工第四次课课件

第四次课2023/1/21高分子材料加工原理及设备主要内容：固体粒子机械位移流动辅以拖曳的稳态机械位移流动单螺杆挤出机中的固体输送理论延迟段第四章固体输送理论2023/1/22高分子材料加工原理及设备第一节固体粒子固体粒子的形状：

大多数聚合物是以固体粒子的形式提供给加工机械的。固体粒子是由松散的、尺寸近似均匀的分散粒子组成。固体粒子包括粉末，即由尺寸为0.1mm的微粒组成的粉末、由0.1～3mm的粒子组成的粒状固体以及大于3mm的粒子组成的破碎固体。粒子的常见形式是不同形状的颗粒，如立方形、柱形、球形、扁平形、椭圆形以及粉状、珠状和粒状。固体粒子的性质：

固体粒子的性质表现为：1、类流体行为，即象流体那样，粒子系统采取了被它们所占据的容器形状，对容器壁施加压力，并能流经开口；不像流体，剪切应力正比于法向载荷而不是变形速率。2、类固体行为，即象固体一样承受剪应力，具有粘接强度，在作用以单向载荷时，呈现各向异性应力分布；不像固体，剪切应力的大小通常不确定。3、占支配地位的粒子界面行为的混合，这是固体粒子系统说独有的。2023/1/23高分子材料加工原理及设备积分得：2023/1/25高分子材料加工原理及设备第三节辅以拖曳的稳态机械位移流动当至少一个约束固体的壁面在与其平面平行的流动方向上移动时，就发生了辅以拖曳的固体粒子流。移动壁面和固体之间的摩擦在固体上作用了一个向前的拖曳力。假定上板以速度V运动，下板不动，固体塞以速度V0运动，且V>V0。这时有四种可能的平衡状态：1、在静止壁面上有摩擦力时，固体静止不动，F0>FL；2、在静止壁面上有摩擦力时，固体静止不动，F0<FL；3、固体以不变的速度(小于上板速度)在x的正方向移动；4、固体以不变的速度(小于上板速度)在x的负方向移动；2023/1/26高分子材料加工原理及设备其中：C1为移动板被“润湿”的周边部分；fw1是动摩擦系数；fw´是静摩擦系数；C2是下板和静止不动的侧壁被“润湿”的周边部分；fw2是动摩擦系数。k是径向系数，F/A为径向应力。2023/1/27高分子材料加工原理及设备2、F0<FL；固体塞静止不动，摩擦全动用：3、固体塞以上板的方向移动：4、固体塞以与上板相反的方向移动：对每一种情况列平衡方程，求解得：1、F0>FL；固体塞静止不动，摩擦全动用：2023/1/28高分子材料加工原理及设备第四节单螺杆挤出机中的固体输送理论一、挤出过程的区域划分：根据物料在挤出过程中的运动和状态变化情况，可分为三个区域：固体输送段，物料温度较低，呈现固体状态，物料逐渐被压实，并向前输送；熔融段，物料温度达到熔融温度，逐渐熔融变成粘流液体；均化段(熔体输送段)，已熔融的流体沿螺杆进行搅拌和混合，同时定量定压定温地挤出。二、固体输送理论：1、基本假设：(1)固体输送段的物料是已被压实的无内变形的固体塞，流速不变；(2)固体塞所受的压力仅沿螺槽方向有变化；(3)螺槽横截面为矩形，且槽深不变；(4)机筒相对于螺杆运动，而螺杆相对静止。2、固体输送流率的计算：2023/1/210高分子材料加工原理及设备3、固体塞的输送角：图中F1为机筒表面对固体塞表面的摩擦力，F2和F6为固体塞两边的压力，F7和F8为两螺旋侧面法向作用于固体塞上的力；F3、F4和F5为两螺纹侧面及螺杆根部对固体塞的摩擦力。列力、力矩平衡方程得：其中：2023/1/212高分子材料加工原理及设备第五节延迟段1、延迟区定义：

固体输送段的最后一段，或熔融段的第一区—延迟段，指从有固体熔融到熔融段开始(形成熔池，当熔膜厚度大于5倍的螺棱间隙后，才能形成熔池)的一段。一般情况下，延迟段的长度有可能达到熔融全长的20%左右。2、延迟区特点：(1)从固体塞上表面达到熔点，熔体开始渗入固体空隙开始，到熔膜的形成，长度很短，为延迟段长度的5%；(2)当机筒内表面与固体塞之间出现熔膜时，固体输送段的摩擦输送机理失效，但螺杆与物料之间仍然是摩擦力在起作用；(3)熔膜出现后，压力增加的趋势大大减缓；(4)冷却加料段机筒，可延缓熔膜的形成，加料段可形成很高的压力，这对提高固体输送效率和稳定挤出是有益的；(5)熔膜较薄，剪应力大，所以延迟段的功率、转矩、轴向力均较大；(6)熔膜中的速度远大于固体床的速度。2023/1/214高分子材料加工原理及设备螺纹元件中固体聚合物颗粒输送现象a、螺槽内物料分布；b、左视图；c、右视图；d、俯视图；e、仰视图

啮合同向双螺杆挤出过程固体输送研究：发现固体粒料在啮合同向双螺杆输送中存在三个子区（上、左、右输送区），且在三个子区中是正位移输送，澄清、弄清了基本物理现象，为今