2014samt年会-分会场报告于

微通道中聚合物熔体粘性耗散效应的实验研于同敏1,武永强1,贝海鑫1,1.大连理工大学模塑制品教育部工程，辽宁，大连表明，随微通道直径与长径比的增加，熔体流动时的粘性耗散效应增强；而随通道熔ExperimentalstudyonViscousDissipationEffectsofPolymerMeltsinMicro-scaleTongminYu1,YongqiangWu1,HaixinBei1,Minjie1.EngineeringResearchCenterofPlasticMoldingProductsofMinistryofEducation,DalianUniversityofTechnology,Dalian116023,ChinaForviscousdissipationeffectofthepolymermeltsflowinmicroscalechannels.Thetemper-（POM）twopolymermeltsattheoutletofthecircularandrectangularmicro-channelswithdif-ferentdiametersandaspectratiosweremeasuredatdifferentinlettemperaturesandshearratesusingviscousdissipationmeasurementdevicemadebytwo-cylindercapillaryrheometermicro-scalediesandtheiraccessories.Theresultsshowthattheviscousdissipationeffectofthepolymermeltsflowisenhancedwiththeincreaseofdiametersandaspectratiosofmicro-channels；whiletheviscousdissipationisweakenedbytheriseofinletmeltstemperature;Andatthesameequivalentdiametertheviscousdissipationeffectofthepolymermeltsflowthroughtherectangularmicro-channelissignificantlystrongerthanthecircular.前聚合熔体压力动通道流动，粘性熔体团中无规缠结卷曲的长链分子因受移或挤压碰撞以及弹性松弛与重新缠结卷曲等结构形态的随 化或分子链构象的动态尺 变化及其分子链之间或分子链与通道壁面

特性的影响，粘性耗散作用不可忽略，并YU等[14]通过对PMMA材料在微通道中流动强。DaisukeKawashima等[15]通过对流PMMA和POM两种聚合物材料在不同剪切速实实验设备与仪器RonsandRH-7微尺度口模及其附件等组成的测量装置和Kistler6193B微型温度传感器及其系统，测量装置原理如Fig.1所示。流变仪的左右料筒采用同一加热器对物Φm.0～4004～10s350μm和500μm1620。矩形截面口模尺320μm×300μm500μm×400μm；1632。测量原理及方法生的部分机械能将被转换为热能，从而引起熔算其温度差便可获知熔体流经微通道时，由粘出口端面保持一可调间隙（Fig.1），保证流

模出口和熔体温度之差，即是流经不同尺通道时由粘性耗散作用引起的温度升实验测量及结果分析微通道直径不同时的熔体温升对PMMA材料在口模熔体温度分别220℃、240260℃，POM材料的口模熔体温度分别为190℃、205℃和220℃条350μm500μm，长径比均16的圆形截面口模时，测得的口模出口熔体温升结果，如Fig.2和Fig.3所示。增大。如PMMA材料，在通道熔体温度220℃，剪切速3000s-1时，通道直径由350μm500μm，其出口熔体温升值从4.6℃增加到.3.73。PM4.℃增加到5.0。道截面上形成明显的柱塞流动区和剪切流动ig.4切摩擦热量使其粘性耗散效应十分明显。而随50μm35μm温度不同时的微通道出口熔体温升由Fig.2和Fig.3所示的实验测量结果曲如在剪切速率为3000s-1，通道熔体温度220240260℃时，PMMA熔350μm温升值则由4.6℃下降到3.1℃和2.9℃，下降幅度为32.6%和37%；而当微通道直径为500同样剪切速率下，POM熔体在熔体温度分别为190℃、205℃和220℃时，流经直径350μm5.2℃、4.44.015.4%和23.1%；而微通道直径为500μm时，其出口熔体温升值分别为6.7℃、6.0℃和5.6℃，温10.4%16.4%。可见通道力减小，同样压力用，熔体流动时的剪切微通道长径比不同时的出口熔体温升350μm，长径1620500μm，长径比温升测量结果如Fig.1.5和Fig.1.6所示。两种材料的出口熔体温升值均随通道长径比的增加而升高。如当剪切速率为3000s-1，长径比由16增加到20PMA熔体流经直径35μm4.6℃增加到5.5℃，增幅达19.6%；而同样测试条件下，POM熔体的微通道出口熔体温升值，则由4.0℃增加到4.4℃，增幅10%；对500μm16增大升值6.3℃增加到7.3℃，增幅15.9%。同样条件下，POM熔体的微通道出口熔体温升5.6℃增加到6.4℃，增幅为14.3%。这是

通道截面形状不同时的出口熔体温升350μm500μm的圆320μm×300μm500μm×400μm16和POM两种聚合物熔体流经不同尺寸的矩形Fig7350μm的矩形截面微通道的出口熔体温5.3500μm的矩形7.2℃，35.8%POM材料流经相同当量直4.66.439.1%。与圆形截面PMMA350μm的4.6℃；而5.2℃；矩形通道的出口熔体温升比圆13%；POM350μm的4.0℃，4.6℃；矩形通道比圆形增PMMA熔体流经微通道的出口熔6.3℃，而流经相同当量直径矩形截7.2℃，比圆14.3%；同样，POM熔体流经500μm的圆形和当量直径相同的矩形截面微通道的出口熔体温升分别为5.6℃和6.4条件下，PMMA材料的出口熔体温升值高于量大小不同；PMMA材料的分子结构是由POM分子是由（-CH2-O-)粘度小；与POM材料相比，PMMA的分子链时,PMMA材料的相对分子质量（50～100万）比POM的分子量（2～11万）大很多，缠结作用强，流动。因此，在同等剪切速率下，PMMA熔体所消耗的机械能及其转化PMMA材料的微通道出口熔体温升高于POM结果与讨论PMMAPOM两种材料，在不同剪PMMAPOM两种聚合物熔体流经PMMA熔体的温升增幅高于POM熔体。

于圆形；而在矩形截面微通道中，POM熔体的出口熔体温升增幅大于PMMA熔体。的粘性耗散效应与其材料分子链结构和分子参考文献[1].于同敏,贝海鑫.微注塑充模流动中的粘性耗散效应[J].高分子材料科学与工YuTM,BeiHX.Viscousdissipationef-fectsinMicro-InjectionMoldingFillingFlow[J].PolymerMaterialsScienceandEngineering,2012,28(12):164-168.[2].KandlikarSG.Heattransferandfluidflowinmini-channelsandMicro-channels[M].[3].贺建坤,孙立,,等.粘性耗散对微管HeJK,SunL,LiangSQ,etal.Experi-mentalinvestigationontheinfluenceofviscousdissipationonliquidtemperatureriseinmicro-tube[J].JournalofExperi-mentsinFluidMechanics,2008,22(4):53-[4].HassanH,RegnierN,PujosC,etal.Effectofviscousdissipationonthetemperatureofthepolymerduringinjectionmolding[5].,于同敏,,等.微尺度聚合物熔体粘性耗散效应对流变行为的影响[J].机械工程学报,2010,46(14):47-52.XuB,YuTM,WangMJ,etal.Impactofviscousdissipationeffectsonmicro-scalepolymermeltsrheologicalbehavior[J].JournalofMechanicalEngineering,2010,[6].IUDICESD，NONINOC，S．Effectsofviscousdissipationandtem-peraturedependentviscosityinthermallyandsimultaneouslydevelolaminarflowsinMicro-channels[J].InternationJournalofHeatandFluidFlow[7].贝海鑫.微注塑充模流动中粘性耗散的研BeiHX.ViscousDissipationoftheFillingProcessinMicroInjectionMolding[D].Liaoning,DLUT,2010.[8].KOOJ,KLEINSTREUERC.Viscoussipationeffectsinmicro-tubesandmi-cro-channels[J].Int.J.HeatMassTrans-[9].AYNESD，WEBBBW．Theeffectofviscousdissipationinthermallyful-ly-developedelectro-osmoticheattransferinmicro-channels[J]．InternationJournalof [10].管宁,,.微管中液体流动的粘性耗散效应研究[J].自然科学进展,2008,18(11):1298-1303.GuanN,LiuZG,LiangSQ.Effectofviscousdissipationonliquidflowinmi-cro-tubes[J].ProgressinNaturalScience,2008,18(11):1298-1303.[11].布文峰，，赵耀华．微管内部流动粘性耗散的实验研究与数值模拟[J].,2008,40(1):BuWF,LiuZG,ZhaoYH.Experimentalstudyandnumericalsimulationofviscousdissipationeffectforflowinmicro-tube[J].JournalofHarbinInstituteofTechnology,2008,40(1):160-163.[12].ShokouhmandH,SoleimaniM.Theeffectofviscousdissipationontemperaturepro-fileofapower-lawfluidflowoveramov-ingsurfacewitharbitrary tion/suction[J].EnergyConversionandManagement,2011,52(1):171-179.[13].MORINIGL.Viscousheatinginliquidflowsinmicro-channels[J].Int.J.HeatMassTransfer,2005,48(17):3637-3647.[14].YuTM,WeiYX,XuB,etal.Researchonviscousdissipationofmeltinfilling

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