聚合物液體在管和槽(編輯修改稿)
2025-06-19 01:10 本頁面
【文章內容簡介】 這種影響表現(xiàn)在粘滯性很大的聚合物液體能隨管道的運動部分移動，所以稱這種流動為拖曳流動。 液體的總流動是拖曳流動和壓力流動的總和。 聚合物液體在擠出機 螺桿槽 與料筒壁所構成的矩形通道中的流動或在擠出 線纜包復物 環(huán)形口模中的流動就是典型的拖曳流動。 擠出線纜包復物口模的拖曳流動 擠出線纜包復物時，口模靜止，線纜芯以一定速度 Vz連續(xù)沿 Z方向移動。 在 X 2 + Y2 = R02 時，口模壁面的流速 VR0 = 0 在 X 2 + Y2 = Ri2 時， 線纜芯外壁的流動速度 VRi = Vz 。 在 X 2 + Y2 = R2 且 R0≦ R≦ Ri 時，VR = Vz (R R0 ) / ( Ri R0 ) 由于不存在 x和 y方向的流動，所以擠出線纜包復物時是一維流動 。 2. 液體在擠出機螺桿槽中的的拖曳流動 流動復雜，流體的流道為高 H寬 W的螺旋通道。 螺桿轉動時，三個螺槽壁相對靜止。可看成料筒反方向旋轉，螺桿靜止。 （ 1）料壁沿 Z方向運動。 液體的流速在 x=0， x=w和 y=0（ 螺桿槽的三個壁面 ）為零。 在 y=H處（ 料筒壁面 ）與料筒沿 Z軸方向移動的速度 vz相同。在這種由螺桿轉動引起的拖曳流動中，沿 y軸的速度分布如圖所示。拖曳流動的最大速度在料筒壁上。 但擠出機中 壓力 沿 Z軸向機頭方向是逐漸增加的，因此機頭處反壓最大，這種壓力將使液體產生逆流，速度分布為拋物線形。 液體的流動是這兩種流動的 迭加 。 （ a）壓力流動、 （ b）拖曳流動和（ c）迭加后的速度分布 q=Q壓 /Q拖 討論 ? 在 x方向上可以形成封閉的 環(huán)形流動 ，這種環(huán)流是螺桿旋轉時螺紋斜棱液體的推擠作用和料筒表面對液體的拖曳作用共同引起的。 環(huán)流速度分布僅與螺桿的轉速和螺紋的螺旋角有關，在螺桿根徑處 (y＝ 0)流速為 負 值，而在料筒表面 (y＝ H)為 正 值，在螺槽深度為 y＝ 2H／ 3處流速為 零 。 環(huán)形流動不影響流率的變化，但對聚合物的 混合、塑化和熱交換 有促進作用。 （ 2）在 x方向的流動特征 螺槽中沿 x方向的環(huán)形流動及速度分布 從以上討論中可以看出，螺槽中液體同時在 z軸和 x軸方向進行著流動，并存在著兩個速度 vz和 vx， 液體正是在拖曳流動、壓力流動和環(huán)形流動的共同作用下流向機頭 。 液體的總流速則是 Vz與 Vx的迭加。液體在螺槽個的流動已經(jīng)不是一維流動，而屬于二維和三維流動了。 （ 二） 收斂流動 1. 抑制性收斂流動（管子變小引起的） 管徑變小，流線不平行，流體與流線形成一個錐角，錐角的一半叫流線收斂角 α 錐度的好處： 速度緩慢變化， 克服擾動和大壓力降， 減小功率損耗， 提高生產能力 2. 非抑制性收斂流動（拉伸流動 ） 當粘彈性聚合物熔體從任何形式的管道中流出并受外力拉伸時產生時產生的收斂流動，又稱拉伸流動。 如紡絲過程中絲條離開噴絲板后的拉伸流動。 3. 分子伸展和取向 收斂流動或拉伸流動中，聚合物液體會產生很大的拉伸應變，它表現(xiàn)為 柔性分子鏈流動中逐漸伸展和取向 。伸展與取向的程度與液體中的速度梯度和流動的收斂角有關。 速度梯度 ↑和收斂角 ↑ → 拉伸應變 ↑ →大分子伸展速度和取向 ↑ 對大多數(shù)聚合物，錐形管道的收斂角不應過大，否則會導致大量彈性能的貯存，引起成型制品變形和扭曲，甚致引起熔體破裂現(xiàn)象的出現(xiàn)，所以通常都使 收斂角 α＜ 10186。 4. 拉伸應變與拉伸粘度 α一定時，流動過程中，拉伸應變增加，在錐角的最窄端達到最大值。 拉伸應變 拉伸應變速率 拉應力 λ拉伸粘度 )ln (0LL??dtdLLdtd ???? 1??dzdvdtdLLz????? ??? ?5. 影響拉伸粘度 λ的因素 （ 1）收斂角 α 錐： tgα=(2ηa/ λ)1/2 楔： tgα=(3/2) (ηa/ λ)1/2 （ 2）拉伸應變速率 ε ε很低時， λ為定值 3η0； ε很高時，不同的聚合物 λ也不同。 PE、 PP→拉伸變稀 PAN等 →不變 LDP
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