聚合物加工流变学5课件

1、2020/9/6,1,第五章 挤出口模内的流动,2020/9/6,2,概述,口模是挤出成型的成型装置，对成型质量有着极其重要的影响。对口模流动的分析可以为口模设计提供依据。本章主要讨论幂律流体在口模中的等温流动。,2020/9/6,3,第一节 圆孔口模内的流动,挤出成型圆棒、单丝、造粒所有口模均是圆孔的，对圆孔口模的流动分析，可以按照圆管中的压力流动进行分析。 幂律流体在圆管中的压力流动，根据式（3.2.8），其速度分布为,2020/9/6,4,第一节 圆孔口模内的流动,在管中心（r=0）处，速度达到最大，在管壁处（r=R），速度为零。其平均速度为,2020/9/6,5,第一节 圆孔口模内的流

2、动,若定型段长度为L，则熔体停留时间为 无量纲速度分布为,2020/9/6,6,第一节 圆孔口模内的流动,则体积流率与压降的关系为 口模设计时，R由制品尺寸、膨胀比、拉伸比所确定，p根据制品成型的材料、制品密度要求确定, 而L则可由上式进行确定。 由上式所确定的L没有考虑口模的入口效应，其分析值偏大。考虑入口效应时，可Bagley修正，将式中的L用虚拟长度L*替代。,2020/9/6,7,第一节 圆孔口模内的流动,Bagley修正的虚拟L*为 式中e-是实验值，无实验值时，可取经验值，为6。 口模中的总压降 为个流道压降之和。,2020/9/6,8,第二节 扁平口模内的流动,用挤出法生产平膜和

3、片材时，其出口是具有狭缝形状的截面。由挤出机送来的熔体，一般为圆柱状。因此，偏平口模应该实现将圆柱状的熔体向狭缝宽度方向进行铺展，然后挤出，理想的挤出状态是等速挤出。在口模中，铺展是由分配腔来实现的，由于铺展的方式不一样，因此，产生了不同分配腔结构的口模，一般分为三类：（1）直支管式口模；（2）鱼尾形口模；（3）衣架式口模。,2020/9/6,9,第二节 扁平口模内的流动,2020/9/6,10,第二节 扁平口模内的流动,一、支管式口模,2020/9/6,11,一、支管式口模,建立如图所示的坐标系 在z处取一体积微元进行分析。微元沿z方向的两个端面的流率差为,2020/9/6,12,一、支管式

4、口模,上式整理得 口模狭缝长度为dz段的 流率增量由式(3.2.20)为,2020/9/6,13,一、支管式口模,则 由式(5.2.1)及(5.2.2)解得:,2020/9/6,14,一、支管式口模,式(5.2.3)即为幂律流体支管流动的特性方程。 设支管进口和远端压力分别为pi和pf，流量分别Qi和Qf，定义均匀指数UI为 UI的意义是表示狭缝流动的均匀性，如果UI大于0.95,流动的均匀性就可以满足要求。,2020/9/6,15,一、支管式口模,按照UI为0.95的要求，支管口模设计方程为,2020/9/6,16,一、支管式口模,熔体在支管口模中的停留时间由流路长度除以平均速度计算 若口模

5、中任意处的停留时间tc为HWL/Q0,则其停留时间比为,2020/9/6,17,二、鱼尾形口模,2020/9/6,18,二、鱼尾形口模,特点：熔体从中部进入沿扇形往宽度方向扩展，流道内没有“死角”，停留时间较短。 设熔体进入圆管时的压力为p，扇形区流道深度恒定为H1，模唇的间隙为H2，模唇进口压力为p1，模唇出口压力为p2。则设计方程为,2020/9/6,19,二、鱼尾形口模,式中UI为均匀指数,2020/9/6,20,三、衣架式口模,在直支管式口模和鱼尾形口模的基础上，为进一步改善聚合物熔体沿挤出口模宽度方向分布的均匀性，并结合两者的特点形成了衣架式口模。,2020/9/6,21,三、衣架式

6、口模,设熔体与支管的流动互不干扰，建立坐标系如图 设进入衣架的总流率为2Q0，支管入口和x处的半径分别为R0和R。则距离x处支管中的流率为,2020/9/6,22,三、衣架式口模,由式(5.2.17)得 衣架单位宽度的流率为 式中H-衣架处的间隙，W-衣架宽度,2020/9/6,23,三、衣架式口模,其中 式（5.2.19)可化为,2020/9/6,24,三、衣架式口模,由几何关系有 将其代入式(5.2.18)得,2020/9/6,25,三、衣架式口模,由物料平衡得 由式(5.2.22)、(5.2.20)、(5.2.23)得,2020/9/6,26,三、衣架式口模,x轴上任意点沿dz和dx流动的时间相等,有,2020/9/6,27,三、衣架式口模,将式(5.2.23)和(5.2.21)代入式(5.2.25)得 再代入式(5.2.25)得,2020/9/6,28,三、衣架式口模,衣架形状由式(5.2.26)