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第四章四川大学高分子流变


定义:用固体塑料供料的挤出机
三个功能区
固体输送区 熔化区 熔体输送区
螺杆
通用型式是“计量”螺杆
一个较深的加料段 它有三个几何段 一个锥形的压缩段
一个较浅的计量段 螺杆的几何参数
研究单螺杆挤出机的意义
为使挤出机达到稳定的产量和质量 一方面,沿螺槽方向任意截面上的质量必须保持恒定并等于产量; 另一方面,熔体的输送速率应等于塑料的熔化速率。 如果不能实现这些条件,就会引起产量波动和温度波动。
4 螺槽深、宽比(H/W)的影响
当螺槽宽度不能认为是无限是,经分析,由拖曳流动产生的 速度为vzd(x,y),由压力流动产生的速度分布为vzp(x,y)
那么综合速度为 vz (x, y) vzd vzp
积分
Q
W 0
H 0
vz dxdy
WHVbz Fd
WH 3 12
p z
Fp
体积流率
式中,Fd为拖曳流动的形状系数,Fp为压力流动的形状系数
对于牛顿流体,简化的动量方程为
0
p x
2vx x2
2vx y2
0
p z
2vz x2
2vz y 2
0
p x
2vx x2
2vx y2
vx 对x的依赖性很小
p / x 2vx / y2 0
边界条件
积分
vx (0) 0, vx (H ) Vbx
y 3y vx Vx H (2 H )
第四章 单螺杆挤出机内的流动
概述
挤出是塑料在挤出机中通过加热、加压使其以流动状态通过口 模成型的方法。 它涉及挤出机内的流动和口模内的流动。 单螺杆挤出是最基本、最简单的挤出成型方法,在此主要介绍 单螺杆挤出。
单螺杆挤出机 的组成
料筒 阿基米德螺杆 加料装置 传动机构 加热冷却装置 控制系统
塑炼挤出机
拉断,甚至使口模“飞出”。
(3)当0 QP / QD 1时 ,这是一般挤出,它是在前述两个极端行为 之间进行的。
节流比对速度分布的影响
将沿螺槽的速度分布写成节流比的函数
vz y (1 3 QP 3 y QP )
Vbz H
QD H QD
螺杆轴向的速度分布vl是由vx和vz的矢量和给定的
vl 3 y (1 y )(1 QP ) sin cos
螺槽横向速度分布
在y=2H/3处横向速度为零
0
p z
2vz x2
2vz y2
假设螺槽宽度无限 vz / x 0
p / z 2vz / y2 0
边界条件
积分
vz (0) 0, vz (H ) Vbz
vz
Vbz
y H
1
2
y(H
y)
p z
沿螺槽速度分布
熔体输送流率
H
1
WH 3 dp
Q 0 Wvzdy 2 WHVbz 12 dz
将上式绘在Q-△P坐标上,所得到的一系列的曲线, ----口模特性曲线
螺杆特性曲线与螺杆特性曲线的交点是特定口模与螺杆转速的操作点
3 黏性耗散的影响 黏性耗散:是指黏性流体中的转化热,或称为黏性耗散热
对于简单剪切,单位体积的黏性耗散热为:
Ed &
在计量段的剪切速率为πDN/H,并用牛顿黏性定律描述流体 的流动行为,则在熔体输送中的黏性耗散热为
最简流率方程可以写成
Q 1 QP
QD
QD

Q 1 ( QP ) WHVbz 2 QD
节流比的变化,对挤出机操作状态的影响
(1)当QP
/
QD
0时, Q
1 2 WHVbz
,即在挤出机中没有压力梯度时,
挤出量最大,这种挤出为自由挤出。但是挤出物的塑炼质量较差。
(2)当QP / QD 1时,Q 0 ,它说明口模关门闭而处于断流状态。 这时挤出压力最大, 有时会使挤出机与口模制件的连接螺栓
在大多数挤出机螺杆的范围中(H/W<0.6),这两种形状系数
可用下式表达
几何简化 把螺槽(旋形)从螺杆展开,并定位在平面上,料筒被看成在螺槽 顶上一块滑动着的无限大的平板,并与沿螺槽方向成θ角(螺旋角) 以恒定速度运动
假定:螺杆不动,料筒运动
料筒内表面的速度 Vb NDb 沿螺槽的速度分量 Vbz Vb cos NDb cos 横过螺槽的速度分量 Vbx Vb sin NDb sin
Ed
&2
( DN )2
H
这说明,黏性耗散热是随剪切速率而增大的。
如果计量段温度不加控制而处于绝热挤出的情况,黏性耗散 所引起的绝热温升会相当高
实例
高熔体黏度的硬聚氯乙烯料会引起严重热降解而析出HCL, 使物料变色。因此,对于硬PVC挤出,要合理设计螺杆(压 缩比为2~2.5,螺杆中心钻有冷却孔),在适当的螺杆转速下 严格控制熔体温度
2
12 L
Q AN C p
其中,A 2Db2H sin cos ,c DbH 3 sin2
2
12L
将上式绘在Q-△P坐标上,可得到一系列具有负斜率的平行线 ---螺杆特性曲线 说明了螺杆末端产生的压力和螺杆转速对挤出量的影响
通过口模的流率
Q k p
式中,k是口模流导,它是口模阻力的倒数。
因此,从理论上阐明塑炼挤出机中固体输送、熔化和熔体输送与 操作条件、塑料性质和螺杆几何参数之间的关系,对于设备设计、 制品产量和质量的提高都有重要作用
contents
塑炼挤出的 熔体输送

三 塑炼 挤出的熔化
塑炼挤出的 固体输送

四 塑炼
挤出的混合
第一节 塑炼挤出的熔体输送
一、牛顿流体的解
为了进行最简的挤出熔体输送分析,先假设: (1)流体为不可压缩的牛顿流体 (2)流动是定常的等温而充分发展的流动 (3)壁上无滑动 (4)惯性力可不计 (5)螺槽的宽度可认为无限 (6)螺槽曲率可不计
Vb HΒιβλιοθήκη HQDvx , vy和vl的速度分布绘于下图
图解
1、vx / Vbx与节流比无关
2、对于节流比为(1 Q=0)时,
v x
/ Vbx和vy
/ Vbx在同一点
y/H=2/3取零值
在此条件下,该位置的流体质 点是静止的,但在临近螺纹处, 有一分量,而形成环流
2 螺杆和口模特性曲线
Q 2Db2 NH sin cos DbH 3 sin2 p
也可写成
Q 2Db2 NH sin cos DbH 3 sin2 p
2
12 L
最简流率方程,由拖曳体积流率(QD)和压力体积流率(QP)组成 可用以粗略估算挤出机的泵送能力
1 关于节流比的影响
节流比:是指压力体积流率(QP)与拖曳体积流率( QD)之比
QP H 2 (p )
QD 6Vbz z
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