机头口模中的流动

第五节高聚物熔体在机头口模中的流动目录一、概述1、机头的结构2、机头的作用3、机头的分类4、机头口模设计原则二．聚合物熔体通过机头口模的粘弹行为三、各种断面流道中的流动分析1、机头的结构

机头组成：粗滤板、分流器、分流器支架、芯棒、口模、调节螺钉等一、概述2、机头的作用：

a.将螺杆输送来的旋转状的料流变成直线流动的料流，经口模成型为不同横断面形状的制品。

b.产生必要的成型压力。

c.使物料进一步塑化均匀

3.机头的分类（1）按用途分橡胶类塑料类（2）按挤出方向分直向机头直角机头

侧一、概述（3）.按机头内压大小分

低压机头:料压力<4Mpa中压机头:料压力4～10Mpa（管机头）

高压机头:料压力>10Mpa（吹膜、纺丝机头）4、机头口模设计原则要求：制品尺寸精确、物料均匀、表观光滑考虑问题：（1）机头流道形状：流体易于充满、均匀挤出、无过热分解、尽量呈流线形（2）截面尺寸

适宜的机头压缩比、制品密实、消除分流器支架造成的结合缝一、概述截面尺寸（机头压缩比）机头压缩比＝（3）机头、口模尺寸设计

考虑物料的粘弹性，确定合理的挤出产量，通过建立口模设计方程实现口模断面尺寸设计。一、概述a、当物料的流量一定时，求口模尺寸、流速与产生的压力降（ΔP）间的关系。b、熔体流变性能与口模尺寸和加工工艺条件间的关系。

本节讨论不同口型，如等截面、不等截面、组合流道的口模方程。考虑两方面的问题二．聚合物熔体通过机头口模的粘弹行为1．熔体通过口模的压力损失以毛细管中流动为例：ΔP总＝ΔPA＋ΔPB＋ΔPexΔPA－入口压力损失ΔPB－通过口模时压力损失ΔPex－口模出口处压力PΔPBLΔPAΔPexVL(1)入口压力损失流线收敛、扩展引起的流体速度及其分布随流动的变化，产生粘性损耗分子间的内摩擦产生的粘性损耗c.流动过程中大分子构象变化，如取向，将消耗的压力转换成弹性能储存起来

其中c项占的比例最大，其他两项占5～10％左右。入口压力损失的计算：想象中将口模延长一段距离LB，其产生的压力损失与入口效应产生的压力损失相同。ΔPBΔP总PL/RLB/RΔPA（2）ΔPB－流经口模时的压力损失指熔体在稳态流动中，克服粘性损耗所产生的压力损失.二、粘弹行为

对于粘性流体，上述结论无可非议，对于粘弹性流体是否可行，以圆柱管道中的流动，分析流体具有粘弹性时的压力损失是否也为粘性损耗。a.分析：有一圆管流道,流体作层状、稳定流动。二、粘弹行为zrVz=0;Vr=V=0圆管流道中粘性和粘弹流体的流变分析：V形变速率张量应力张量对于粘性流体对于粘弹性流体形变速率张量应力张量简单剪切会派生出法向应力粘弹性流体粘性流体r方向方向z方向运动方程的简化：讨论：从式（1）～（3）可知，对于粘弹体P=P(r,z)，

从式（1’）～（3’）可知，对于粘性体P=P(z)。b.（3）＝（3’），轴向的流动方程是相同的。表明轴向流动的压力损失仅由流体的粘性所决定，即，粘性流体轴向流动的解也适用于描述粘弹性流体的流动行为。

弹性对流体流动损耗无影响，流动中的压力降仅为流体的粘性损耗。讨论：c.

（3）与（3’）解得的结果是相同的。这表明在断面尺寸恒定的流道中，粘弹性流体的粘性流变行为也可用牛顿流体或幂律流体加以描述。则由本构方程和（3）或（3’）联合求得的

Vz(r)和Q也将相同。结论：

粘弹性流体的弹性对圆管中的P/z、Q等反映粘性流动特性的物理量无影响。2、口模膨胀效应（1）定义

描述：挤出胀大比:B=d/D（B’=d2/D2

）挤出收缩率:[(L0-L)/L0]*100%

（2）原因

熔体在流动中形变取向，出模口后产生弹性可恢复形变（结构、口模入口结构，剪切速率）。（3）影响因素工艺因素TVPb.设备因素入口流道LDc.物料的结构因素MMWD口模形状与制品断面形状3、不稳定流动（1）定义

v↑→挤出物表面出现不规则现象→熔体破裂（螺旋状、竹节状、鲨鱼皮状、不规则破碎）→影响制品表观质量

（2）原因弹性形变不均匀，导致弹性恢复不均匀，继而影响挤出物表观。（3）影响因素

a.工艺因素TVPb.设备因素入口流道LDc.材料因素MMWD物性：加快物料的松弛

工艺：让物料有足够的时间松弛设备：口模流道应该连续、均匀地缩小，尽可能使物料易于通过（4）改善不稳定流动的措施三、各种断面流道中的流动分析1、定截面流道(1)、圆管流道牛顿流体幂律流体Vz(2)、平面狭缝流道W/H=20误差2％W/H=10误差6％W/H=5误差14％可挤出板、膜、片材等。忽略流道侧壁的影响。HWLVz(2)、平面狭缝流道牛顿流体幂律流体(3)、环形缝隙流道牛顿流体RiR0幂律流体F(n,k)~Ri/R0稠度S=1/n(4)异形流道a.将非规则流道的断面尺寸与规则流道作对比，引入形状系数f作为修正系数。 流量计算式为：牛顿流体计算式为：形状系数是以平行平板压力流作为基准而得到的，如图所示。平行平板流道fb.厚度均一异形流道牛顿流体幂律流体近似认为是狭缝流道，其流量方程：关键是要找出一个相当于缝模的当量宽度We.W1W2W3三角形We=W1＋W2+W3We为当量宽度圆形We为当量宽度R0RiR0RiL形We=W1＋W2We为当量宽度W1W2正方形We为当量宽度R0Ri正六边形We为当量宽度2、收敛形流道(锥形或楔形流道）（1）圆锥形流道ZR1R2Rr假设条件：1、稳定层流；2、不可压缩的牛顿性流体；3、收敛角很小；4、等温流动。Vz流场分析：建立柱坐标系速度、剪切速率ZR1R2RrVz形变速率张量应力张量ZR1R2Rr流场分析：Vz简化运动方程：当锥度很小时速度分布方程：解：方程的左边是z的函数，方程的右边是r的函数Z向的运动方程：（1）积分：牛顿流体的本构方程速度分布方程：R是个变量流量方程：任一个截面的流量积分：

（2）V形流道2、收敛形流道(锥形或楔形流道）H1H2WLXZyh

（3）漏