聚合物加工 北京化工大学课件 熔融段理论

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1、第三章：挤出成型聚合物加工工程第三章：挤出成型第三章：挤出成型（（ExtrusionExtrusion））主讲教师：毛立新主讲教师：毛立新第三章：挤出成型第一节：概述第一节：概述第二节：单螺杆挤出机的基本结构第二节：单螺杆挤出机的基本结构第三节：单螺杆挤出理论第三节：单螺杆挤出理论第四节：排气挤出机的工作原理第四节：排气挤出机的工作原理第五节：双螺杆挤出机的工作原理第五节：双螺杆挤出机的工作原理第六节：挤出成型工艺第六节：挤出成型工艺第七节：挤出成型的发展第七节：挤出成型的发展第三章：挤出成型第三节单螺杆挤出理论具体研究时采用分段研究的方法：¾固体输送

2、理论¾熔融理论¾熔体输送理论¾口模中熔体流动分析第三章：挤出成型三、熔体输送理论三、熔体输送理论目的：目的：保证物料在完全熔融的基础上进一步均化，保证物料在完全熔融的基础上进一步均化，并并定温、定压、定量挤出定温、定压、定量挤出（计量段）（计量段）第三章：挤出成型第三章：挤出成型第三章：挤出成型（一）建立物理模型1、直螺槽假设计量段内机筒、螺槽展开；螺杆不动，机筒平移2、螺槽内流体不可压缩牛顿流体，在等温状态下作连续、稳定的层流流动3、螺槽尺寸等距等深，忽略侧壁影响（W/H>10）4、流体与壁之间无相对滑移5、重力不计第三章：挤出成型（二）螺槽中的速度

3、分布及输送率Vbz1⎛dP⎞⎛2⎞Vz=y−⎜⎟⎜⎝h3y−y⎟⎠h32η⎝dz⎠Vbxy⎛y⎞V=⎜2−3⎟xh⎜h⎟3⎝3⎠第三章：挤出成型（二）螺槽中的速度分布及输送率Q=Q+Q1dp22πDnhsinϕcosϕ3=232πDhsinϕ∆P3−12ηL13第三章：挤出成型（三）关于速度分布的讨论1、Vz分布⎡yyQ⎛y⎞⎤=⎢+3p⎜1−⎟⎥VzVbz⎢hhQ⎜h⎟⎥33⎝3⎠⎣d⎦第三章：挤出成型（三）关于速度分布的讨论1、Vz分布QpQp2Qp1=−1=−=−QQ3Q3dddQpQp1Qp=0==1QQ3Qddd第三章：挤出成型第三章：挤出成

4、型（三）关于速度分布的讨论2、Vl分布V=Vsinϕ+Vcosϕlzxy⎛y⎞⎛Qp⎞=3V⎜1−⎟⎜1+⎟sinϕcosϕbh⎜h⎟⎜Q⎟3⎝3⎠⎝d⎠第三章：挤出成型（三）关于速度分布的讨论3、对螺槽内熔体流动的形象化描述Qp=−1QdQp=0QdQp=−1第三章：挤出成型QdQp=−1第三章：挤出成型QdQp=0第三章：挤出成型QdQp=0第三章：挤出成型Qd第三章：挤出成型（四）计量段的生产率1、螺槽中的输送率Q=Q+Q1dp22πDnhsinϕcosϕ3=232πDhsinϕ∆P3−12ηL13第三章：挤出成型（四）计量段的生产率2、间隙中的

5、流量（漏流流量Ql）223πDδtgϕ∆PQ=−l10ηeL23第三章：挤出成型（四）计量段的生产率3、计量段的生产率Q=正流流量+逆流流量+漏流流量=Q+Q+Qdpl22πDhsinϕcosϕ3=n232πDhsinϕ∆P3−12ηL13223πDδtgϕ∆P−10ηeL23第三章：挤出成型（四）计量段的生产率3、计量段的生产率22πDh3sinϕcosϕ2A=cm正流系数232πDh3sinϕ3B=−cm逆流系数12L3223πDδtgϕ3C=−cm漏流系数10eL3A、B、C是螺杆参数的函数第三章：挤出成型（四）计量段的生产率3、计量段的生产率⎛

6、BC⎞Q=An−⎜+⎟P⎜⎟ηη⎝12⎠第三章：挤出成型（五）对计量段生产率公式的讨论1、螺杆特性线、口模特性线及挤出机的工作点（1）螺杆特性线⎛BC⎞斜率=−⎜+⎟⎜⎟ηη⎝12⎠截距=Ano第三章：挤出成型（1）螺杆特性线a、P=0（机头全开）22πDhsinϕcosϕ3Q=Q=An=nmax2b、Q=0（断流、机头关闭）忽略Ql，则Qd=QpAn6πDnηL13P==max2B/ηhtgϕ13第三章：挤出成型（1）螺杆特性线c、n↑→An↑→螺杆特性线截距↑η↓→螺杆特性线斜率↑o第三章：挤出成型（2）口模特性线PQ=KηK—口模系数（与流道尺寸

7、有关）P—机头压力第三章：挤出成型K大，阻力小，低阻力机头ηK小，阻力大，高阻力机头ηo第三章：挤出成型（3）挤出机的工作点挤出机工作Q口=Q螺杆，P口=P螺杆时：C—挤出机的工作点第三章：挤出成型（3）挤出机的工作点a、挤出机的产量不仅与螺杆有关，也与扣摸有关同一根螺杆，不同口模，Q、P均不同，但稳定挤出条件已被决定。b、挤出机的工作点是在一定操作条件下自动调节的，不能人为单独控制。第三章：挤出成型（3）挤出机的工作点c、Qc、Pc=？设η=η=η12⎧⎛B+C⎞⎪Q螺杆=An−⎜⎜⎟⎟P⎪⎝η⎠⎪P⎨Q口=K⎪η⎪Q螺杆=Q口模⎪⎩第三章：挤出成型

8、（3）挤出机的工作点c、Qc、Pc=？等温条件下：AKnQ=()P相等cK+B+CAnηP=(