聚合物液体在管和槽中的流动.ppt

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1、第三章聚合物液体在管和槽中的流动稳态流动：聚合物在简单管道中受压力作用产生的流动，又称压力运动。仅受剪切作用。一维流动。收敛流动：聚合物在截面尺寸逐渐变小的锥形管或其他形状管道产生的流动。受剪切作用和拉伸作用。三维流动拖曳流动：聚合物随规律运动的管道或口模运动而产生的流动。受剪切作用。二维流动第一节在简单管道内聚合物液体的流动简化分析和计算过程，假设通常情况下稳态层流流动的聚合物液体流动符合以下条件：●液体为不可压缩的；●流动为等温过程;●液体在管道壁不产生滑动;●液体在管道流动过程,粘度等各种性质不变.一、聚合物液体在

2、圆管中的流动(一)牛顿液体在圆管中的流动r=0,=0;r=R,只最大。剪应力在液体中的分布与半径距离成反比。抛物线形的速度分布。任意半径上的剪切速率：(二)非牛顿液体在圆管中的流动n=1,牛顿液体，速率分布曲线为抛物线。n>1,膨胀性非牛顿液体，速率分布曲线陡峭，n值越大，越接近锥形。n<1,假塑性非牛顿液体，速率分布曲线平坦，n值愈小，管中心部分速度分布愈平坦，曲线形状类似于柱塞，故称为柱塞流动。n=1n>1n<1剪切流动区域剪切流动区域柱塞流动Rr问题：PP是典型的柱塞流动，PE接近抛物线流动，采用挤出方法对聚

3、合物染色，哪一个更易染色？为什么？柱塞流动中的液体受到剪切很小，聚合物在流动过程中不易得到良好的混合，均匀性差。(三)圆管中的非等温流动原因：磨擦生热，靠近管壁区域达到最大值；膨胀耗热，液体膨胀率中心最大。中心区域温度最低。二、聚合物液体在狭缝通道中的等温流动狭缝通道：挤出板材或薄片的平直口模，吹塑管形薄膜，挤出大尺寸圆管口模，流延薄模的口模。平直口模XYZXYZ一维流动二维流动三、聚合物的拖曳和收敛流动（一）拖曳流动一维流动挤出机头线缆包复层xzyvz线缆芯挤出机料筒挤出机螺杆螺杆转动方向流动液体xyzHWvz环形流动

4、对聚合物的混合、塑化、热交换有促进作用。（二）收敛流动问题：尺寸变化的管道常采用一段具有收敛角的管道来连接，为什么？优点：避免任何死角存在，减少聚合物过久停留引起分解;降低由于强烈的扰动带来的总压力降,,减少流动缺陷,提高产品质量和设备生产能力.收敛流动区剪切流动区剪切流动区收敛角1.锥形或楔形管道中的收敛运动喷丝空中的剪切流动区喷丝板转变区拉伸流动区收敛流动与拉伸流动引起柔性分子链的逐渐伸展与取向,且随着速度梯度与收敛角的增大拉伸应变增加,大分子更快伸展和取向.问题：如果收敛角过大会有什么缺点,？储存弹性能,引起成型制

5、品变形,甚至熔体破裂.2.纤维纺丝过程的剪切与拉伸运动3.拉伸过程聚合物流变行为拉伸应变：=ln(L/L0)L0：最初长度L:最终长度拉伸应变速率：=d/dt=dL/Ldt==dL/Ldt:拉应力，：拉伸粘度拉伸粘度对拉应力的依赖性：低应力，拉伸粘度为剪切粘度的三倍；Nylon,ABS,共聚甲醛、聚丙烯酸酯等几乎不随拉应力变化；PP、PE具有拉伸变稀现象；PS、PIB、LDPE具有拉伸变硬现象。大多数聚合物具有切力变稀和拉伸变硬的现象问题：拉伸变硬对纤维纺丝、吹塑薄膜、拉伸等有利吗？为什么？十

6、分有利。拉伸粘度随应力或应变速率而增大，则增大的粘度将是成型制品的薄弱部分或应力集中区域不致在张应力作用下产生破坏，从而获得形变均匀的产品。§3-2聚合物液体流动过程的弹性行为一、端末巴拉斯（Barus）效应入口与出口与聚合物弹性行为有紧密联系的现象称为端末效应。分别称为入口效应和模口膨化效应。LeLsLDDfLe=0.03~0.05D.ReLe=3D压力降Df/D膨胀比。入口效应产生压力降的原因：流率不变，流速突增，剪切速率增加，消耗能量；增大的剪切速率迫使聚合物大分子产生更大更快的形变，高弹形变克服分子内和分子间的作

7、用力消耗能量。所以，入口端的压力降在很短范围内达到较大数值。L/D>16,剪切流动储存的弹性能和正应力差为主；L/D<16,入口效应所储存的弹性能为主.模口膨化效应原因：大分子流动过程（Le的收敛流动与Ls的剪切流动）中的伸展趋向有关；液流中的法向应力。影响端末效应的因素:聚合物的性质粘度大,分子量分布窄和非牛顿性强的聚合物,流动中储存更多可逆弹性成分,松弛过程缓慢,离模膨胀现象明显.弹性模量高的聚合物,流动中可逆弹性形变少,离模膨胀程度降低.=103N/m2聚酰胺66(285)LDPE(190)乙丙橡胶(230)10

8、5(N/m2)1041031.52.8更大膨胀比应力或应变速率提高应力或应变速率,增加流动中弹性形变,液体中法向应力差也随之增大,出口膨胀更严重.Le增大,Df最大区域距管子出口的距离增大.温度降低聚合物熔体温度,流动困难.低剪切速率,入口区域弹性应变成分显著增加,且松弛时间大大延长,离模膨胀效应加剧.超过临界剪切速