聚合物加工流变学5

1、第五章 挤出口模内的流动2022/8/281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。2022/8/282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2022/8/283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2022/8/284第一节 圆孔口模内的流动若定型段长度为L，则熔体停留时间为无量纲速度

2、分布为2022/8/285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。2022/8/286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。2022/8/287第二节 扁平口模内的流动用挤出法生产平膜和片材时，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，

3、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。2022/8/288第二节 扁平口模内的流动2022/8/289第二节 扁平口模内的流动一、支管式口模2022/8/2810一、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2022/8/2811一、支管式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2022/8/2812一、支管式

4、口模则由式(5.2.1)及(5.2.2)解得:2022/8/2813一、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。2022/8/2814一、支管式口模按照UI为0.95的要求，支管口模设计方程为2022/8/2815一、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中任意处的停留时间tc为HWL/Q0,则其停留时间比为2022/8/2816二、鱼尾形口模2022/8/2817二、鱼尾形口模特点：熔体

5、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2022/8/2818二、鱼尾形口模式中UI为均匀指数2022/8/2819三、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。2022/8/2820三、衣架式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2022/8/2821三、衣架

6、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2022/8/2822三、衣架式口模其中式（5.2.19)可化为2022/8/2823三、衣架式口模由几何关系有将其代入式(5.2.18)得2022/8/2824三、衣架式口模由物料平衡得由式(5.2.22)、(5.2.20)、(5.2.23)得2022/8/2825三、衣架式口模x轴上任意点沿dz和dx流动的时间相等,有2022/8/2826三、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2022/8/2827三、衣架式口模衣架形状由式(5.2.26)(5.2.27)