注塑模具设计原理基础课程高分子材料流变学.pptx

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1、青岛科技大学 School of Polymer Science&Engineering 高 分 子 科 学 与 工 程 学 院第一章 高分子液体的奇异流变性和流动机理11 奇异的流变性质“剪切变稀”行为（shear-thinning）:多数高分子液体的黏度随剪切速率增大而下降。“剪切变稠”效应（shear-thickening）:呈少数高分子体系，如高浓度的聚氯乙烯塑料溶胶、高浓度填充体系等，黏度随剪切速率增大反常地升高。通常把具有“剪切变稀”效应的流体称假塑性流体（pseudoplastic fluid），具有“剪切变稠”效应的流体称胀流性流体（dilatant fluid）。它们均属于非

2、牛顿流体范畴。1）高黏度与“剪切变稀”行为2）挤出胀大现象图8-1 挤出胀大效应示意图又称口模膨胀效应（die swell）或Barus效应第1页/共63页青岛科技大学 School of Polymer Science&Engineering 高 分 子 科 学 与 工 程 学 院3）爬杆现象（Weissenberg效应）又称Weissenberg效应。出现原因也被归结为高分子液体是一种弹性液体，具有法向应力差效应。图8-2 高分子液体“爬杆”效应示意图 4）挤出畸变和熔体破裂现象光滑 20 s-1光滑 30 s-1鲨鱼皮畸变100 s-1鲨鱼皮畸变200 s-1黏-滑转变300 s-1螺纹

3、状畸变800 s-1螺纹状畸变1000 s-1熔体破裂2000 s-1图8-3 不同挤出速率下LLDPE熔体挤出物外观照片 第2页/共63页青岛科技大学 School of Polymer Science&Engineering 高 分 子 科 学 与 工 程 学 院 这些现象也与高分子液体的弹性有关。由于有弹性因此液体能承受拉伸形变，产生拉伸流动，且拉伸液流的自由表面相当稳定。这是高分子液体具有良好纺丝（一维拉伸）和成膜（一维或二维拉伸）能力的根据。5）无管虹吸，拉伸流动和可纺性图8-4 无管虹吸和侧壁虹吸效应示意图（N表示牛顿流体，P表示高分子液体）第3页/共63页青岛科技大学 Schoo

4、l of Polymer Science&Engineering 高 分 子 科 学 与 工 程 学 院1 .2 高分子黏流态特征及流动机理 黏流态 高分子材料的黏流态，指温度处于黏流温度（Tf）和分解温度（Td）之间的一种凝聚态。从宏观看，黏流态主要特征是在外力场作用下，熔体产生不可逆永久变形和流动。微观看，发生黏性流动时分子链产生重心相对位移的整链运动。非晶态线形高分子材料的形变-温度曲线示意图ML、MH分别代表低分子量和高分子量 低结晶度线形高分子材料的形变-温度曲线示意图ML、MH分别代表低分子量和高分子量 第4页/共63页青岛科技大学 School of Polymer Scienc

5、e&Engineering 高 分 子 科 学 与 工 程 学 院 研究表明，黏流态下大分子流动的基本结构单元并不是分子整链，而是链段，分子整链的运动是通过链段的相继运动实现的。研究高分子黏流活化能时发现，当熔体分子量很低时，随分子量增大而增大。分子量达到一定值后，值趋于恒定。与该恒定值对应的最低分子量相当于由20-30个C原子组成的链段的大小，说明熔体流动的基本结构单元是链段。表8-2 部分聚合物的流动温度聚合物聚合物流动温度流动温度/聚合物聚合物流动温度流动温度/天然橡胶天然橡胶126-160聚丙烯聚丙烯200-220低压聚乙烯低压聚乙烯170-200聚甲基丙烯酸甲聚甲基丙烯酸甲酯酯190

6、-250聚氯乙烯聚氯乙烯165-190尼龙尼龙66250-270聚苯乙烯聚苯乙烯170聚甲醛聚甲醛170-190流动机理 第5页/共63页 School of Polymer Science&Engineering 高 分 子 科 学 与 工 程 学 院青岛科技大学 第二章 高分子液体的基本流变性质21 基本物理量与基本流变函数211 剪切应力分量和法向应力分量实际材料受外力作用后内应力状态十分复杂。分析某点附近立方体三个正交独立平面上的应力综合，就能完整描述该点的应力状态。图8-6 单位立方体上各应力分量的位置关系应力定义为外力或外力矩作用下材料内部或表面单位面积上的响应力，单位为Pa（1P

7、a=1N/m2）或MPa(1MPa=106 Pa)。应力分两类：一类应力作用在相应面元的法线方向上，称法向应力分量；一类应力作用在相应面元的切线方向上，称剪切应力分量。第6页/共63页青岛科技大学 School of Polymer Science&Engineering 高 分 子 科 学 与 工 程 学 院高分子液体流动时三个法向应力分量互不相等，存在法向应力差（normal stress difference）。通常定义两个法向应力差函数描写这种性质：第一法向应力差 第二法向应力差 式中称偏应力分量，p为各向同性水压力。剪切应力反应了液体流动时的内摩擦，表现为黏性。法向应力反应了液体所受

8、的挤压和拉伸，表现为弹性。小分子液体流动时，三个法向应力相等，因此小分子液体无弹性，只有黏性。三个法向应力分量互不相等是高分子液体具有弹性的表现，因此高分子液体称黏弹性液体。法向应力差函数可作为描述液体弹性的物理量。第7页/共63页青岛科技大学 School of Polymer Science&Engineering 高 分 子 科 学 与 工 程 学 院 212 速度梯度和形变速率单位时间内发生的形变。在剪切流场中称剪切速率（shear rate）；在拉伸流场中称拉伸速率（elongation rate）。形变速率图8-7 简单剪切流场示意图第8页/共63页青岛科技大学 School of

9、 Polymer Science&Engineering 高 分 子 科 学 与 工 程 学 院剪切流场下，流速方向与速度梯度方向垂直；拉伸流场中流速方向与速度梯度的方向平行。图8-8 一维单轴拉伸流场（a）和二维双轴拉伸流场（b）（a）（b）第9页/共63页青岛科技大学 School of Polymer Science&Engineering 高 分 子 科 学 与 工 程 学 院213 表观剪切黏度 图8-9 高分子熔体流动曲线示意图为特性：剪切变稀第10页/共63页如何处理？青岛科技大学 School of Polymer Science&Engineering 高 分 子 科 学 与

10、 工 程 学 院2.1.4 第一、第二法向应力差系数、第二法向应力差系数第一法向应力差系数图8-11 第1、第2法向应力差曲线N10，且随剪切速率的增加而增大 N2Tg+100 黏流活化能第15页/共63页 School of Polymer Science&Engineering 高 分 子 科 学 与 工 程 学 院青岛科技大学WLF方程 适用条件：TgTTg+100 黏流活化能（flow activation energy）黏流活化能：流动过程中，流动单元（链段）用于克服位垒，由原位置跃迁到附近“空穴”所需的最小能量。特性：1.反映材料黏度随温度变化的敏感性；2.与分子链结构有关，与总分

11、子量关系不大；3.刚性、极性、或含较大侧基的材料，黏流活化能较高；而柔性较好的线形分子链材料黏流活化能较低。第16页/共63页 School of Polymer Science&Engineering 高 分 子 科 学 与 工 程 学 院青岛科技大学剪切速率和剪切应力的影响剪切变稀，表征材料的黏-切依赖性。曲线特征：1）各材料的零剪切黏度高低不同，主要反映平均分子量的差别；2）材料流动性由线性行为转入非线性行为的临界剪切速率不同；3）幂律流动区的曲线斜率不同，即流动指数n不同。图8-20 几种高分子熔体在200的黏度与剪切速率的关系-HDPE；-PS；-PMMA；-LDPE；-PP第17页

12、/共63页 School of Polymer Science&Engineering 高 分 子 科 学 与 工 程 学 院青岛科技大学312 分子结构参数的影响平均分子量的影响 Me 临界缠结分子量Fox-Flory公式图8-21 黏度与分子量M的关系第18页/共63页青岛科技大学 School of Polymer Science&Engineering 高 分 子 科 学 与 工 程 学 院规律：1.当分布加宽时，物料的黏流温度Tf下降，流动性及加工行为有所改善；2.分子量分布宽的试样，非牛顿流变性较为显著。在低剪切速率下，宽分布试样的黏度，包括零剪切黏度往往较高；随剪切速率增大，宽分

13、布试样黏-切敏感性较大；高剪切速率范围内，宽分布试样的黏度可能反而更低。分子量分布的影响支化结构的影响 图8-23 支化与线形高分子材料的黏度短支化：降低黏度长支化：影响巨大且复杂第19页/共63页313 配合剂的影响青岛科技大学填充补强剂：炭黑、短纤维等增强（补强）材料，或各种无机材料软化增塑剂：各种矿物油、低聚物等 1）炭黑的影响主要作用为：）增黏效应，使体系黏度升高；）使非牛顿流动性减弱，流动指数n值升高。2）碳酸钙的影响主要影响：）增多体系内部的微空隙，使材料内部应力集中点增加，加速破坏；）使体系黏度增大，弹性下降，加工困难，设备磨损加快。School of Polymer Scien

14、ce&Engineering 高 分 子 科 学 与 工 程 学 院第20页/共63页3 3）软化增塑剂的影响 主要作用：）增大分子链之间的间距，屏蔽大分子中极性基团，减少分子链间相互作用力。）低分子量的软化增塑剂可使发生高分子发生缠结的临界分子量提高，缠结点密度下降，体系的非牛顿性减弱。青岛科技大学32 高分子液体弹性效应的描述321 可恢复形变SR黏弹性流体形变及形变回复示意图 School of Polymer Science&Engineering 高 分 子 科 学 与 工 程 学 院第21页/共63页青岛科技大学322 挤出胀大比及口模入口、出口压力降图8-27 挤出胀大现象的说明

15、挤出流场中分子链构象发生显著改变的位置：1）口模入口区 2）口模内部模壁附近挤出胀大比B School of Polymer Science&Engineering 高 分 子 科 学 与 工 程 学 院第22页/共63页 青岛科技大学 入口压力降主要由熔体经历弹性形变、储存弹性能引起，可描述熔体弹性高低。出口压力降表征熔体剩余弹性形变的大小。入口压力降 与 出口压力降（a）口模直径1mm，表观剪切速率=174s-1 （b）口模直径1mm，T180图8-28 聚烯烃弹性体POE的挤出胀大比（a）和入口压力降（b）School of Polymer Science&Engineering 高 分

16、 子 科 学 与 工 程 学 院第23页/共63页 法向应力差效应是黏弹性流体的典型弹性效应。青岛科技大学323 法向应力差描述熔体弹性图8-29 聚乙烯样品的第一法向应力差随剪切应力的变化HDPE2.20105 HDPE1.68105 16 84LDPE 4.00105 20 School of Polymer Science&Engineering 高 分 子 科 学 与 工 程 学 院第24页/共63页青岛科技大学第四章 剪切黏度的测量方法41 毛细管流变仪测量表观剪切黏度411 毛细管流变仪的基本构造图8-31 毛细管及压力传感器的安排恒速型（测压力）恒压力型（测流速）操作简单，测量范

17、围宽 School of Polymer Science&Engineering 高 分 子 科 学 与 工 程 学 院第25页/共63页青岛科技大学412 毛细管内的流场分析图8-32 熔体在毛细管内的流动分析1）剪切应力的计算受力平衡分析：毛细管壁处的最大剪切应力：剪切应力计算无需假设流体类型 School of Polymer Science&Engineering 高 分 子 科 学 与 工 程 学 院第26页/共63页青岛科技大学2）剪切速率和黏度的计算，Rabinowich-Mooney公式牛顿流体，其本构方程为：剪切速率的测量和计算与流过毛细管的物料种类有关。利用应力计算公式，则

18、有：积分得：根据上式的速度分布，积分求得物料流经毛细管的体积流量Q School of Polymer Science&Engineering 高 分 子 科 学 与 工 程 学 院第27页/共63页非牛顿流体，按照Rabinowich-Mooney修正公式计算其在管壁处的剪切速率：对于符合幂律方程的高分子熔体，公式简化为：青岛科技大学式中，n为非牛顿指数。对照最大应力计算公式，可知：School of Polymer Science&Engineering 高 分 子 科 学 与 工 程 学 院第28页/共63页 青岛科技大学3）入口压力校正，Bagley修正入口压力降和出口压力降都对剪切应

19、力计算产生影响，但入口压力降的影响更为显著，需进行Bagley校正。图8-33 料筒与毛细管中物料内部压力分布示意图实测压力降包含三部分：School of Polymer Science&Engineering 高 分 子 科 学 与 工 程 学 院第29页/共63页Bagley校正原理中心思想：保持毛细管上真实的压力梯度不变，将毛细管虚拟地延长，使入口压力降以相同的梯度降在虚拟延长的长度上。图8-34 实验确定Bagley修正因子示意图设毛细管虚拟延长长度为LB，记为：真实压力梯度应为：剪切应力计算公式修正为：School of Polymer Science&Engineering 高

20、分 子 科 学 与 工 程 学 院第30页/共63页青岛科技大学42 恒速型双毛细管流变仪简介构造和使用特点：1.两个相同的料筒，下端分别安装压力传感器。2.两个料筒下方分别安装普通毛细管和零长毛细管。两毛细管的入口区形状相同。3.测量时，两料筒中的柱塞同时以等速推进，将熔体分别挤出两根毛细管。两压力传感器分别测量挤出时的压力变化。4.可直接测量入口压力降。图8-35 双毛细管流变仪结构示意图 School of Polymer Science&Engineering 高 分 子 科 学 与 工 程 学 院第31页/共63页青岛科技大学43 锥板型转子流变仪简介431 锥-板型流变仪测量表观剪

21、切黏度图8-36 锥-板流变仪结构示意图和球坐标系 锥-板流变仪的优点：1.测量剪切黏度方法简便，数据处理时无需作任何校正。2.计算方法不涉及流体种类。3.锥体旋转速度可以控制到很慢，较容易测出零剪切黏度。4.经过改装，能直接测量法向应力差函数和液体的动态黏弹性。School of Polymer Science&Engineering 高 分 子 科 学 与 工 程 学 院第32页/共63页青岛科技大学432 锥-板型流变仪测量液体的动态黏弹性1）高分子液体的动态黏弹性设高分子液体为线性体，交变应力、应变的振幅为小振幅。对高分子液体施以正弦变化的剪切应变：应力响应为：复数剪切速率为：Scho

22、ol of Polymer Science&Engineering 高 分 子 科 学 与 工 程 学 院第33页/共63页青岛科技大学定义高分子液体复数剪切模量为：其中 贮能剪切模量损耗剪切模量损耗正切 School of Polymer Science&Engineering 高 分 子 科 学 与 工 程 学 院第34页/共63页定义复数剪切黏度为 动态黏度其中 2）锥-板型流变仪测量液体的动态黏弹性图8-38 HDPE DMDJ 4309的流变曲线（200）图8-39 PS STYRON 686的流变曲线（200）School of Polymer Science&Engineerin

23、g 高 分 子 科 学 与 工 程 学 院第35页/共63页青岛科技大学44 落球式黏度计的测量原理图8-40 落球式黏度计示意图1-小球，2-测黏度管，3-加热器，4-外套小球下落时受到三个力作用：重力 浮力 Stokes黏性阻力 三力平衡时：可得，School of Polymer Science&Engineering 高 分 子 科 学 与 工 程 学 院第36页/共63页青岛科技大学 School of Polymer Science&Engineering 高 分 子 科 学 与 工 程 学 院51 挤出过程中的畸变和熔体破裂行为511 两类畸变和熔体破裂现象 表面有规畸变，指畸变

24、仅发生在挤出物表面，挤出物整体仍保持平直，畸变呈现某种规律性特征。整体无规畸变，指挤出物不再保持平直，整体发生扭曲畸变，几乎无规律性，严重的甚至发生整体粉碎性破裂，称熔体破裂。线形聚合物：光滑表面表面有规畸变整体无规畸变支化分子链聚合物：光滑表面整体扭曲畸变整体无规畸变挤出畸变的分类畸变的演化顺序第五章 高分子熔体流动不稳定性第37页/共63页青岛科技大学 School of Polymer Science&Engineering 高 分 子 科 学 与 工 程 学 院图8-41 LDPE熔体挤出物表观随挤出速率的演变，150第38页/共63页青岛科技大学 School of Polymer

25、Science&Engineering 高 分 子 科 学 与 工 程 学 院（a）LLDPE-7047（b）LDPE-2100TN00图8-42 LLDPE-7047（190）和LDPE-2100TN00（170C）的流动曲线区别：1.线形聚合物熔体（a）发生表面黏-滑畸变时，流动曲线经常出现不连续突变（曲线断裂和斜率突变）2.支化聚合物熔体（b）发生整体扭曲畸变和熔体破裂时，流动曲线始终保持连续，斜率无突变。第39页/共63页 School of Polymer Science&Engineering 高 分 子 科 学 与 工 程 学 院青岛科技大学（a）LLDPE-7047（190）（

26、b）LDPE-2100TN00（170）图8-43 挤出压力随挤出速率发展曲线区别：1.线形聚合物熔体（a）在超过特定剪切速率后，入口压力降平稳但总挤出压力发生振荡。（不稳定区-口模内）2.支化聚合物熔体（b）在超过特定剪切速率后，入口压力降振荡，但总挤出压力随挤出速率平稳发展。（不稳定区-入口区）第40页/共63页青岛科技大学 School of Polymer Science&Engineering 高 分 子 科 学 与 工 程 学 院1）挤出流场中扰动源位置的分析扰动（disturbance）的发生可归结为在高速挤出时流场中某个位置出现过度的流动应力集中效应，引起流动失稳和弹性湍流。对

27、于挤出过程，主要指口模入口处、口模壁（界面）处和口模出口处。图8-44 挤出流场内流动应力集中的位置示意图512 挤出畸变和熔体破裂机理简要分析第41页/共63页青岛科技大学 School of Polymer Science&Engineering 高 分 子 科 学 与 工 程 学 院流动应力集中效应也反映在流动压力降的分布上。定义入口压力降占总压力降的比例为：=Pent/（Pent+Pcap）表8-7 LDPE、LLDPE及共混物在不同流量下入口压力与总压力的比值（190）表观剪切速率/s11201732463535027201027146821003000LDPE15.1%1515.2

28、%15.3%15.5%15.9%15.9%LLDPE3.9%4.2%4.7%5.1%5.5%6.1%7.7%10.3%11.3%11.7%第42页/共63页青岛科技大学2）口模入口区的流动失稳强拉伸造成流场紊乱图8-45 口模入口处的扰动引起熔体破裂示意图 School of Polymer Science&Engineering 高 分 子 科 学 与 工 程 学 院第43页/共63页青岛科技大学3）口模壁处的流动失稳吸附与解吸附，缠结与解缠结（a）弱缠结，强吸附；Cohesive滑移 （b）强缠结，弱吸附；Adhesive滑移图8-46 口模壁附近发生熔体滑动的两种情形 School of

29、 Polymer Science&Engineering 高 分 子 科 学 与 工 程 学 院第44页/共63页青岛科技大学513 减轻畸变，提高熔体稳定挤出速率的对策1）调节口模温度场 由于挤出畸变和熔体破裂是高分子液体弹性湍流行为的表现，因此通过升高温度降低熔体黏弹性是改善流动不稳定性的首选方法。精确控温对改善鲨鱼皮畸变尤为有效。2）改造口模形状及界面状态 由于流场扰动源多位于流道尺寸急剧变化处和界面上，因此口模形状的改变及界面状态变化对熔体流动稳定性有重要影响。3）特种填加剂（如润滑剂、加工助剂、特种填料）添加特殊加工助剂和特殊填料是改善熔体挤出行为常用的方法。助剂和填料的种类可根据扰

30、动源的位置和性质，有的放矢地选择。图8-49 m-LLDPE/PPA复合料挤出外观随PPA含量的变化（190，表观剪切速率720s1）School of Polymer Science&Engineering 高 分 子 科 学 与 工 程 学 院第45页/共63页青岛科技大学52 纺丝成型过程中的拉伸共振现象521 拉伸共振现象及其机理拉伸共振现象 定义：在熔体纺丝或平膜挤出过程中，当拉伸比超过某一临界拉伸比值时，熔体丝条直径（或平膜宽度）发生准周期性变化的现象。（a）（b）拉伸比（上）23.2；（下）83.5图8-50 熔体纺丝过程示意图（a）及聚丙烯熔体丝条的约化直径随时间的波动（b）S

31、chool of Polymer Science&Engineering 高 分 子 科 学 与 工 程 学 院第46页/共63页挤出口模的形状和尺寸；纺丝或挤膜工艺条件；熔体本身的弹性行为青岛科技大学图8-51 聚丙烯熔体纺丝中，临界拉伸比与口模长径比及熔体温度的关系522 影响拉伸共振的因素 影响因素规律：1.口模长径比越大，临界拉伸比越高，熔体纺丝稳定性好。2.熔体温度升高，临界拉伸比提高，拉伸共振现象减轻 School of Polymer Science&Engineering 高 分 子 科 学 与 工 程 学 院第47页/共63页青岛科技大学（a）与熔体温度关系图 （b）与口模表

32、观剪切速率关系图图8-52 聚丙烯熔体纺丝中，冷却方式对拉伸共振现象的影响 规律：采用等温冷却方式的临界拉伸比比非等温冷却方式的高，等温纺丝工艺的稳定性比低温纺丝工艺的高，拉伸共振现象较轻。School of Polymer Science&Engineering 高 分 子 科 学 与 工 程 学 院第48页/共63页青岛科技大学 School of Polymer Science&Engineering 高 分 子 科 学 与 工 程 学 院第六章 高分子材料典型加工成型过程的流变分析 6.1 压延工艺（辊筒上的成型加工过程）的流变分析 工艺简介压延成型是生产薄膜和片材的主要方法。它是将高

33、分子材料通过一系列相向旋转着的水平辊简间隙，使物料承受挤压和延展作用，而使其成为规定尺寸的连续片状制品的成型方法。第49页/共63页青岛科技大学 School of Polymer Science&Engineering 高 分 子 科 学 与 工 程 学 院6.1.1 压延设备和基本工艺特性1-1-机座；机座；2-2-传动装置；传动装置；3-3-辊筒辊筒4-4-辊矩调节装置；辊矩调节装置；5-5-轴交叉调节装置；轴交叉调节装置；6-6-机架机架压延机示意图压延机示意图辊筒的排列方式排列的原则是避免各辊筒间的相互干扰，同时还应操作方便，自动供料。第50页/共63页青岛科技大学 School o

34、f Polymer Science&Engineering 高 分 子 科 学 与 工 程 学 院影响压延制品质量的因素压延机的操作原材料设备特性辅助过程辊温与辊速辗筒的速比辊距与存料量剪切和拉伸辊温与辊速热量来源：辊筒提供和剪切生热 产生摩擦热的大小除与辊速有关外，还与物料黏度有关。因此，不同的物料，在相同的辊速条件下，其温度控制就不同；相同配方不同的转速时，其控制温度也不同。例:0.1mm厚农膜，线速度由40m/min 增大至 60m/min后出现包辊压延时，物料常粘于高温或高速辊简上；为了使物料能依次贴于辊筒上，避免空气夹入，各辊简的温度一般是依次递增的。各辊的温度差为510。第51页/

35、共63页青岛科技大学 School of Polymer Science&Engineering 高 分 子 科 学 与 工 程 学 院辗筒的速比压延机相邻两辊筒线速度之比称为辊筒的速比。速比的作用：压延物依次贴于辊筒；更好的塑化；一定的拉伸与取向作用，从所膜厚度减小和质量提高。速比的调节：速比过大，发生包辊现象；或薄膜厚度不匀，内应力过大。速比过小，不吸辊，以致空气带入。辊距与存料量辊距：厚度控制，按压延机辊筒的排列次序自前而后逐渐减小。存料：存料的多少与存料旋转的状态宜接影响产品质量。存料过多，薄膜表面出现毛糙和云纹，并容易产生气泡；同时增大负荷。存料过少，引起边料的断裂，产品横向厚度不均

36、匀，薄膜有气泡；压力不足造成薄膜表面毛糙。第52页/共63页青岛科技大学 School of Polymer Science&Engineering 高 分 子 科 学 与 工 程 学 院剪切和拉伸压延时压延物的纵向会受很大的剪切应力和一些拉伸应力，所以高聚物分子会顺着薄膜前进方向发生分子定向，以致薄膜在物理机械性能上出现各向异性。这就是在压延成型中的定向效应。定向效应的程度随滚筒线速度、滚筒之间的速比、辊隙存料量以及物料表观黏度等因素的增长而增长，随辊筒温度和辊距以及压延时间的增加而下降。6.1.2 压延工艺分析对称的开炼机、压延机辊筒间隙中的坐标系简化假定对称性过程牛顿型流体忽略惯性力及重

37、力第53页/共63页青岛科技大学 School of Polymer Science&Engineering 高 分 子 科 学 与 工 程 学 院速度分布 速度分布示意图第54页/共63页青岛科技大学 School of Polymer Science&Engineering 高 分 子 科 学 与 工 程 学 院压力分布 定义无量纲坐标x：其中辊筒间胶料内的压力分布 物料脱离辊筒表面的位置，亦称出料处两辊筒间最小辊距处，物料内压力仅为最大压力的一半 压力极大点 不同值时辊筒间压力分布的变化第55页/共63页青岛科技大学 School of Polymer Science&Engineeri

38、ng 高 分 子 科 学 与 工 程 学 院 6.2 挤出成型的流变分析典型螺杆挤出机结构示意图 螺杆工作部分吃料段：固体输送压缩塑化段：物料在剪切力场与温度场作用下开始熔融、塑化，由固态逐渐转变为粘流态。匀化计量段：螺槽的截面是均匀。从压缩段来的粘流状物料在此进一步压紧、塑化、拌匀，并以一定的流量和压力从机头口型流道均匀挤出。机头：核心是口模，是制品横截面的成型部件，相当于一个长径比很小的管状口模。螺杆挤出机要稳定工作，必须使口模的输送能力与匀化计量段的输送能力相匹配。6.2.1 挤出设备及流变分析第56页/共63页青岛科技大学 School of Polymer Science&Engin

39、eering 高 分 子 科 学 与 工 程 学 院压力分布示意图 机筒与螺杆的平面展开及坐标系的安排 物料在螺杆中的流动形式第57页/共63页青岛科技大学 School of Polymer Science&Engineering 高 分 子 科 学 与 工 程 学 院螺杆输送能力机头的通过能力K流通系数螺杆挤出机稳定挤出状态通过螺杆部分的流量一定要与通过机头口型区的流量相等；物料在螺杆部分的压力降也要与在机头口型区的压力降相等 螺杆匀化计量段与机头口型的工作特性理论曲线第58页/共63页青岛科技大学 School of Polymer Science&Engineering 高 分 子 科

40、 学 与 工 程 学 院6.2.2 实行稳定挤出过程的流变学考不稳定挤出系数 物理意义：匀化计量段入口处的物料压力发生波动时，挤出机相应的流量变化 流变学措施1，首先要求尽量减少不稳定源。匀化计量段入口处的压力应尽可能保持稳定，这要求加料口供料速度必须均匀 2，在其它条件不变的情况下，应适当地减少螺槽深度h 和减少机筒与螺杆突棱的间隙 3，一般小口径机头K 值较小，u值较小，易实现稳定挤出。4，物料粘度越大，挤出不稳定系数u越小，因此在保证质量的前提下，适当降低挤出温度，有助于稳定挤出。5，适当增加螺杆长度 L，也会使挤出不稳定系数下降 第59页/共63页讲清以下基本概念：流变性；剪切应力；法

41、向应力；法向应力差；剪切速率；拉伸速率；速度梯度；零剪切黏度；表观剪切黏度；拉伸黏度；假塑性；剪切变稀；非牛顿指数；黏流活化能；可恢复形变；弹性柔量；挤出胀大比；复数剪切模量；贮能模量；损耗模量；损耗正切；复数黏度；动态黏度；挤出畸变；熔体破裂；流动应力集中效应；模壁滑移现象；拉伸共振。定义剪切流动，拉伸流动，表观剪切黏度，法向应力差系数，拉伸黏度。介绍高分子液体奇异的流变性质和高分子黏流态的特征及流动机理讨论温度，压力对剪切黏度的影响。比较不同材料的黏流活化能，说明为何不同材料采用不同加工方法。青岛科技大学讲解重点 School of Polymer Science&Engineering

42、高 分 子 科 学 与 工 程 学 院讨论分子量、分子量分布、支化结构对高分子液体流动性的影响。第60页/共63页简要介绍描述高分子液体弹性效应的几个物理量。讲解用毛细管流变仪测量高分子液体剪切黏度和熔体弹性的原理和实验方法。讲解熔体流动不稳定性的表现、发生的原因和可能的克服方法。青岛科技大学讲解重点 School of Polymer Science&Engineering 高 分 子 科 学 与 工 程 学 院第61页/共63页青岛科技大学 School of Polymer Science&Engineering 高 分 子 科 学 与 工 程 学 院thank you for your attention第62页/共63页感谢您的观看！第63页/共63页