第三章成型.pptVIP

第三节：聚合物流体流动性测量方法 一、毛细管粘度计 二、旋转粘度计 1.转筒式粘度计 2.锥板粘度计 3.平板粘度计 三、落球式粘度计 机理 有两种看法： a. 认为是由于熔体流动时，在口模壁上出现了滑移现象和熔体中弹性回复所引起的； b. 认为在口模内由于熔体各处所受应力作用的历史不尽相同，因而在离开口模后所出现的弹性回复就不可能一致。 * 尽管在塑料成型加工过程中，所使用的模具种类繁多、形式各异，但都不外乎是圆形和狭缝形通道两种情况，其它形状的流道都可视为这两种情况的组合。 由于熔体流动时存在内部粘滞阻力和管道壁的摩擦阻力，这将使流动过程中出现明显的压力降和速度分布的变化，管道的截面形状和尺寸若有改变，也会引起熔体中的压力、流速分布和体积流率(单位时间内的体积流量)的变化，所有这些变化，对成型设备需提供的功率和生产效率及聚合物的成型工艺性等都会产生不可忽视的影响。 第三章：聚合物液体在管和槽中的流动 由于大多数聚合物熔体的粘度很高，服从幂律函数，在通常情况下为稳态层流的流体，为简化分析及计算过程，作以下假设： （1）液体为不可压缩的； （2）流动是等温过程； （3）液体在管道壁面不产生滑动 （即壁面速度等于零）； （4）液体的粘度不随时间而变化， 并且其它性质也不变。 实际上聚合物熔体在管道中的流动要复杂得多。 第一节： 流体在简单截面管道中的流动 一、在圆形流道中的流动 圆形通道在注射模和挤出模中最为常见，又可分为等截面的圆管通道和圆锥形通道。 如：注射设备的喷嘴、浇口或流道、挤出机的机头通道或口模等。 如果聚合物熔体在半径为R的等截面圆管中的流动符合上述假设条件，取距离管中心为r长为L的流体圆柱单元当其在压力梯度(ΔP/L)的推动下移动时，将受到相邻液层阻止其移动的摩擦力作用，在达到稳态层流后，作用在圆柱单元上的推动力和阻力必处于平衡状态， 即：ΔP(πr2)＝ τ (2 π rL) 则： 1、牛顿流体在简单园管中的流动 管壁处r＝R 则管壁处的剪应力： 由此可以看出，任一液层的剪切力(τr)与其到圆管中心轴线的距离(r)和管长方向上的压力梯度(ΔP／L)均成正比，在管道中心处(r＝o)的剪切应力为零，而在管壁处(r＝R)的剪切应力达到最大值，剪切应力在圆管径上的分布如下图所示。 在等截面圆形流道中流动时： 剪切应力和真实剪切速率关系： 可见：流速υ是随任意流动层的半径r的增大而减小的，中心流速最大。 （1） m为牛顿粘度。 若圆管的半径为R，管长为L，于是任意半径r处流层所受的剪切应力为： p：圆管两端的压力降 对于一般流体，在管壁处的流动速度为零，即υr=R=0。 （2） 将（2）式代入（1）式并求积分，得到流体在任意半径处的流速υr： (3) 2、非牛顿流体在简单园管中的流动 大多数聚合物流体为非牛顿流体，不符合以上的关系式。但在通常的 加工条件下仍为层流，也可推得相应的关系式。 上式表示恒压下流体在圆管截面上各点的流动速度，也表现出压力降与流动速度的关系。 图中四条线分别表示四种不同m值时流速分布情况。 同时，可以求出流体在圆管中的体积流率q为： （4） （3）式代入（4）式并积分得： (5) 毛细管流变仪测出的聚合物流变曲线图，是由最大剪切力和相应的牛顿剪切速率所作的，因此需要校正。 二、在狭缝形流道内的流动 通常将高度(或称厚度)远比宽度或周边长度小得多的流道称作狭缝通道。 如用挤出机挤膜，挤板、挤出薄壁圆管和各种中空异型材的机头模孔以及注塑模具的片状浇口等。 常见狭缝通道的截面形状有平缝形、圆环形和各种异形等三种。 流体所受剪切应力和真实剪切速率关系： 流速在沿狭缝形截面宽度中心线上各点最大，在上下两壁处为零。 y：狭缝截面上任意点到中心线的距离。 （1） 设平行板狭缝通道的宽度为w，高度为2h，在长度为L的一段上存在的压力差为ΔP＝P—Po，如果压力梯度(ΔP/ L)产生的推动力足以克服内外摩擦阻力，熔体即可由高压端向低压端流动。在狭缝高度方向的中平面上、下对称地取一宽为W，长为L，高为2h的长方体液柱单元，其在中平面一侧的高为h。 液柱单元受到的推动力为F1＝2WhΔP， 受到上、下两液层的摩擦阻力为F2＝2WLτh ， τh为与中平面的距离为H的液层的剪切应力。 在达到稳态流动后，推动力和摩擦阻力相等，因而有2WhΔP＝ 2WLτh ， 则： 在狭缝的上、下壁面处(h＝H)熔体的剪切应力为 则y处与中心层平行的流层所受到的剪切应力为： （2） 将（2）代回（1），并积分有： （3） 体积流率： （4） 如用一般流动曲线来求解，则同样需要换算。