03 聚合物液体在管和槽中的流动.ppt

1、第三章聚合物液体在管道和槽中流动，稳定流动：聚合物在简单管道过程中由压力产生的流动，也称为压力运动。仅受剪切影响。一维流。收敛流：聚合物在锥形管或其他造型(剖面尺寸大小逐渐变小)中管道产生的流。受到剪切作用和伸展作用。三维流，拖动流：聚合物有规律地移动的管道或凹模运动所产生的流。受到剪切作用。二维流动，第一部分通过简单管道内聚合物液体的流动简化分析和计算过程。一般假设稳态层流的聚合物液体流动符合以下条件：液体不能压缩。流动不会在管道墙上滑动等温过程液体。液体在管道流动过程、粘度等各种性质上保持不变。首先，圆形管中的聚合物液体流动，(1)细管中的牛顿液体流动，r=0，=0；R=R，仅限最大值。液

2、体中剪切应力的分布与半径距离成反比。抛物线速度分布。任意半径的剪切率：(2)管中非牛顿液体的流动，n=1，牛顿液体，速度分布曲线为抛物线。n1，膨胀性非牛顿液体，速度分布曲线陡，N值越大，越接近锥化。n1，可塑性非牛顿液体，速度分布曲线扁平，N值越小，管中心部分的速度分布越平坦，曲线形状与柱塞类似，因此称为柱塞流。问题：PP是典型的柱塞流，PE接近抛物线流。使用挤出方法染色聚合物，哪个更容易染色？为什么？柱塞流中的液体剪切少，聚合物在流动过程中不容易混合，均匀性差。(c)圆管的郑智薰等温流动，原因：摩擦热，达到管壁区域附近的最大值；膨胀消费热，液体膨胀率中心最大。中心区域温度最低。第二，聚合物

3、液体从窄通道流向等温，窄通道：挤出板材或薄片的扁平模具，吹出塑料管状薄膜，挤出大尺寸圆形模具，挤出细模具。平模、3、聚合物的拖曳和收敛流、(1)拖曳流、一维流、环形流促进聚合物的混合、塑化和热交换。(b)收敛流，问题：尺寸变化的管道经常使用具有收敛角的一段管道进行连接。为什么？优点：避免正方形的存在，减少聚合物的过度滞留，引起分解。强烈扰动引起的总压降减少，流动缺陷减少，产品质量和设备生产能力提高，1 .在圆锥或楔形管道中，由于收敛运动、收敛流和拉伸流，柔性分子链的逐步拉伸和方向、速度梯度和收敛角的增加，大分子会更快地提高拉伸和方向。问题：聚合角通过大会有什么缺点，存储弹性，成型产品变形，甚至

4、熔体破裂。2.纤维纺丝过程的剪切和拉伸运动，3 .拉伸过程聚合物流变分行为，拉伸变形：=ln(L/L0)，L0:初始长度L:最终长度，拉伸变形率，Nylon，ABS，聚甲醛，聚丙烯酸酯等根据拉伸应力变化很小。PP、PE具有拉伸稀释现象。PS、PIB和LDPE具有拉伸硬化现象。大多数聚合物具有切向力变白、拉伸硬化的现象。问题是：拉伸对纤维纺纱、吹塑整形薄膜、拉伸等有好处吗？为什么？非常有利。随着拉伸粘度随着应力或应变速率的增加，粘度的提高可以得到整形产品的弱部分或应力集中区在拉伸应力作用下均匀变形的产品，而不会破坏。3-2聚合物液体流动过程的弹性运动，1，末端巴拉斯效应，入口和出口与聚合物弹性运

5、动紧密连接的现象称为终点效应。分别称为入口效果和模具膨胀效果。Le=0.030.05D.Re，Le=3D压力降，Df /D膨胀率。，入口效应引起的压降的原因：流速不变，流速突然增加，剪切率增加，能量消耗。剪切率增加会导致聚合物大分子发生更大、更快的变形，高碳变形克服分子内和分子间的作用力，消耗能量。因此，入口端的压降在很短的范围内达到了较大的值。L/D16，基于剪切流存储弹性和正应力差的L/D16，以入口效果中存储的弹性为主。模具膨胀效应的原因：大分子流动过程(Le的收敛流和Ls的剪切流)的拉伸趋势是相关的。油类中的法向应力。影响最终效果的因素：聚合物的性质粘度高，分子量分布窄，非牛顿性强的聚

6、合物，在流动中存储更多可逆弹性成分，李莞过程慢，模块化膨胀现象明显。杨氏模量高聚合物，流动中可逆弹性变形少，模量膨胀程度低。应力或应变速率提高应力或应变，在流动过程中增加弹性变形，出口膨胀更为严重。Le变大，Df最大区域距管道出口的距离变大。温度降低聚合物熔体温度，流动困难。低剪切率，入口区域的弹性变形成分大大增加，李莞时间大大延长，距离膨胀效果加剧。超出临界剪切率，膨胀率反而降低。D，L/圆形和狭缝管狭缝厚度方向的膨胀率是水平方向膨胀率的平方倍。圆形模板径向的膨胀率是狭缝入口两个方向的膨胀率。第二，不稳定流动和熔体破裂现象，熔体破裂：在高应力或高剪切率下，液体的扰动难以抑制，发展成不稳定流动

7、，从而产生液流破坏现象。熔体破裂的原因：管道壁滑移，液体弹性恢复；液体剪切历史差异。聚合物的性质剪应力和剪切率的大小；液体流管道几何体。#在管壁上滑动，液体的弹性恢复，管壁附近的高剪切率，液体流速一个位置的瞬时增加是由弹性效应引起的，因此这种流也称为“弹性湍流”、“应力破碎”。不稳定的点沿管周围移动，挤出为螺旋。不稳定的点在整个圆的周长上，突出物呈粗糙的竹状。#液体剪切历史差异，液体在入口区域和管道内流动时受到不同的剪切作用。入口端的方形有旋涡流，旋涡中的液体定期进入管道内部，产生流线型中断、流出喷嘴，从而产生徐璐其他弹性响应。#聚合物的特性、剪切应力和剪切速率的大小、非牛顿强聚合物：柱塞流、

8、入口区域和管内剪切流引起的不稳定流、C值低且熔体容易破裂。牛顿性越强，聚合物越接近抛物线流，入口端越容易产生旋涡流，流动历史差异导致不稳定流，C值越高。#温度，问题：对于聚合物射出成型，可用的最低温度是流动温度吗？挤出速度能提高太高吗？3-3聚合物液体流动性测量方法，1，挤出毛细管黏度计，规划：表观黏度：剪切应力：=PDc/LcD2=PDc/4SLc S柱塞端面积，记录负载P大小和柱塞移动速度，2，旋转黏度旋转粘度计测量平衡状态下圆柱的旋转距离M和圆柱的旋转速度角速度。圆柱曲面的旋转距离：M=K K是弹簧的扭转常数。剪切应力：=M/2r2L，表观粘度：2，圆盘的角速度，圆锥的旋转距离M .40，圆锥粘度计中的液体每一部分都具有相同