黏弹流体挤出胀大行为的研究进展.pdf

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1、黏弹流体挤出胀大行为的研究进展《上海塑料》2011年第3期(总第155期)黏弹流体挤出胀大行为的研究进展樊斌斌(河南理工大学材料科学与工程学院，河南焦作454000)摘要介绍了聚合物挤出胀大的理论机理及数值模拟，并综述了最近几年黏弹流体挤出胀大行为的研究进展。最后指出目前存在的一些问题，并展望发展前景。关键词黏弹性流体；挤出胀大；数值模拟中图分类号：TQ320．66文献标识码：A文章编号：1009—5993(2011)03—0018—04ResearchProgressinExtrusionSwellofViscoelasticFluidFANBin．bin(SchoolofMa

2、terialScienceandEngineering，HenanPolytechnicUniversity，Jiaozuo454000，China)Abstract：Thetheorymechanismandnumericalsimulationofviscoelasticfluidareintroduced．Meanwhiletheresearchinextrusionswellofviscoelasticfluidarereviewed．Intheend，someproblemsarepointedoutanddevelopmentprospectsarepredicted

3、．Keywords：viscoelasticfluid；extrusionswell；numericalsimulation0前言1挤出胀大理论机理挤出胀大是高分子流变学研究的热点。挤出挤出胀大是非牛顿力学和聚合物流变学的一胀大是指聚合物熔体经口模挤出时，在未受到足够个重要课题。早期挤出胀大理论主要采用宏观的的牵引拉伸作用下，挤出物的截面积比口模出口截动量守恒和能量守恒定律进行研究。但那些早期面积大的现象。挤出胀大是黏弹流体共有的特性，研究只在雷诺数高和弹性形变相对小的情况下有聚合物熔体在很低的剪切速率下(如0．1S)就有效，仅仅适用于聚合物溶液。后来Bagley，Mori等非常

4、明显的胀大行为。挤出胀大通常与聚合物的以Lodge的理论为依据，相继提出了不同的挤出胀物理性质、生产工艺、口模构型和挤出设备等影响大表达式。其中，Tanner考虑一无限长的管流，在因素有关；而且最终的形状和尺寸还和停放、冷却某一时刻，管壁被突然移掉，流体瞬时调整到应力等后续工序有关。目前，聚合物的挤出成型加工占为零的均匀流，得到公式(1)：很大比重，同时挤出胀大在很大程度上还决定了挤B—D／Do一0．1+(1+s)(1)出制品的尺寸和质量。式中：B为挤出胀大比；D为挤出口型直径；D。为本文主要总结了挤出胀大的理论机理及数值挤出物直径；常数0．1是经验数据；S是可回复的模拟研究，并

5、对最近几年黏弹流体挤出胀大行为的剪切应变。研究进行论述。s一一式中：y为剪切速率；r为松驰时间；叩为熔体黏度；收稿日期：2011-07-08为波函数。这一结果与流道尺寸无关，只反映作者简介：樊斌斌(1988一)，男，大学本科，研究方向：聚合物共混改性。挤出胀大与熔体弹性之间的关系，对弹性量的测量一18一黏弹流体挤出胀大行为的研究进展《上海塑料》2011年第3期(总第155期)有适用价值。另外，只考虑剪切流动的历史，对过+一譬(3)程的分析大大简化。但这些理论仅仅将挤出胀大与可回复形变关联起来，并未完全解释工业生产中式中：为剪切应力；￡为剪切应变；—／G为松弛的挤出胀大现象。时间；

6、G为剪切模量；是黏性系数。将分数阶微黏弹性的高聚物熔体在流动期间存在可恢复积分运算引入黏弹性流体的本构方程，得到具分数阶导数型的广义Maxwell模型：的弹性变形，挤出物直径比口模直径大，其离模膨胀机理如下[1]：(1)当熔体进入口模时，由于流线箬一(4)收缩，在流动方向产生速度梯度，即：产生拉伸变这里要求a≤卢。当a—J9—1时即简化为通常形。如果在口模中停留的时间短(L／D小)，来不的Maxwell模型，a一0，卢一1时则简化为经典的牛及松弛，离模后产生收缩，导致挤出胀大，即：由聚顿流体本构方程。合物弹性变形效应或记忆效应引起的挤出胀大。聚合物挤出胀大数值模拟的发展，同时也是

7、一(2)当L／D大，熔体在口模内的流动受到剪切变个从一维模拟向三维模拟[】¨发展的过程。其二形，在垂直于剪切方向上存在正应力，引起挤出胀维稳态等温挤出胀大流动问题的边界条件：St为流大，此为法向应力差导致的挤出胀大。(3)熔体在动方向的速度，入口处的根据充分发展的Poi—口模内的流动处于高剪切力场内，大分子在流动方seuille流动计算，为垂直流动方向的速度；F为向进行取向，离模后发生解取向，聚合物分子链回边界作用力，F和F分别为边界作用力沿边界法缩引起挤出胀大，即由取向效应引起