高分子流变学-挤出成型.pptVIP

第九章 挤出成型及壁面滑移 * Southwest University of Science and Technology 西南科技大学 厚德 博学 笃行 创新 * 9.1挤出成型过程简介 挤出成型：将固态塑料在一定温度和压力条件下熔融、塑化，利用挤出机的螺杆旋转（或柱塞）加压，使其通过特定形状的口模而成为截面与口模形状相仿的连续型材的过程。 控制系统 挤出机组 挤出系统、传动系统、加热冷却系统、机身 机头、定型装置、冷却装置、牵引装置、切割装置、卷取装置 辅机： 挤出机： 9.2 挤出成型工艺 塑化 成型 定型 1.原料的准备 干燥、去杂质处理 2.挤出成型 挤出机预热——加入塑料——熔融塑化——由机头挤出成型 3.塑件的定型与冷却 管材的定径方法：定径套、定径环、定径板 3.塑件的定型与冷却 4.塑件的牵引、卷取和切割 不同的塑件，牵引速度不同。 牵引速度略大于挤出速度 在冷却得同时，连续均匀地将塑件引出。 挤出成型工艺参数： 温度 压力 挤出速度 牵引速度 9.3 挤出成型理论 9.3.1挤出成型分析 目前注射成型CAE软件，应用较多且成熟的是挤出过程分析。挤出流动过程分析主要是辅助模头的流道布置、尺寸设计和位置设计。能确保所设计挤出制品有良好流动性能，也可获得最佳的挤出速度、温度、压力和牵引速度等工艺参数。 挤出流动常作如下假设 ①熔体为广义牛顿流体，在充填阶段不考虑熔体的粘弹效应， ②熔体在型腔中流动时，熔体的惯性力和质量力可忽略不计。 ③在充模过程中，熔体温度变化范围不大，熔体的比定压热容和导热系数为常数 ④设熔体在型腔壁面处有滑移，即vx=vs，vs为熔体在壁面处的滑移速度。 ⑤忽略熔体前沿附近区域喷泉效应的影响。 ⑥ 在熔体流动方向上，相对于热对流项而言，热传导项较小，可忽略不计，即 ⑦忽略厚度方向上的对流传热，假设熔体和流道壁面无传热。 （由于剪切速率较低，忽略粘性耗散的影响） ⑧忽略入口效应。 材料方程（流变方程） 修正Cross模型 熔体流动控制方程 连续性方程 密度在计算过程中按常数计算 动量方程（奈维-斯托克斯方程） 广义牛顿流体本构方程《粘性流体力学》 （1） 微分形式的动量方程 （2） 式（2）代入式（1）得 （3） 对于不可压缩流动 式（3）变形为 对于非牛顿流体本构方程 （4） 次方程于1821由法国力学家奈维提出，1845年英国力学家斯托克斯完成最终形式 （5） 忽略惯性力和质量力，由于 故式（4）变为 能量方程 不考虑热的影响，不解能量方程 剪切应力 边界条件及初始条件 壁面滑移 实验和数值模拟证明牛顿流体和非牛顿流体流动时都存在 壁面滑移。H.munstedt采用激光多普勒流速仪研究了聚乙烯 在挤出模头内的粘着与滑移，发现随挤出速度的增加, 高密度聚 乙烯发生壁面滑移，其是以粘—滑形式进行,而当挤出速度进一 步增加后,整个壁面发生完全滑移。 滑移边界条件下通道中的速度场 。 （a）缠结-解缠机理 （b）吸附-解吸附机理 图 熔体的壁面滑移机理 壁面滑移产生的机理十分复杂,一般认为它与聚合物材料、挤 出模具和挤出工艺条件有关,对壁面滑移的形成机理有各种不同的 解释。一些学者认为壁面滑移发生在模头壁面,当熔体的剪切应力 超过熔体与壁面的粘附力时熔体产生壁面滑移,即所谓的吸附—解 吸附机理。另外一些学者则认为在挤出模头与熔体界面存在一个 低粘度的润滑层,发生壁面滑移时靠近壁面的分子粘附在模腔壁上, 而靠近熔体本体的分子和本体一起移动, 即所谓的缠结—解缠机理。 还有一些学者认为,发生壁面滑移可能是吸附—解吸附作用,也可能 是缠结—解缠结作用,具体那种占主导取决于模头材料和聚合物熔体 的具体情况。 机理 壁面滑移发生 壁面滑移的测量 应用毛细管流变仪测量壁面滑移速度最经典的是Mooney法。 熔体流动过程示意图 slip shear full Q Q Q + = 用公式表示为 . 2 slip 3 true 3 app R v 4 R 4 R ? . + p . γ = ? γ . . R v 4 slip true app + g = g . . ? 4 Vs Wall Slip No Wall Slip ?app 1/R 假设同一剪切应力下滑移速度是常数