機頭口模中的流動

第五節(jié)高聚物熔體在機頭口模中的流動目錄一、概述1、機頭的結構2、機頭的作用3、機頭的分類4、機頭口模設計原則二．聚合物熔體通過機頭口模的粘彈行為三、各種斷面流道中的流動分析1、機頭的結構

機頭組成：粗濾板、分流器、分流器支架、芯棒、口模、調節(jié)螺釘等一、概述2、機頭的作用：

a.將螺桿輸送來的旋轉狀的料流變成直線流動的料流，經口模成型為不同橫斷面形狀的制品。

b.產生必要的成型壓力。

c.使物料進一步塑化均勻

3.機頭的分類（1）按用途分橡膠類塑料類（2）按擠出方向分直向機頭直角機頭

側一、概述（3）.按機頭內壓大小分

低壓機頭:料壓力<4Mpa中壓機頭:料壓力4～10Mpa（管機頭）

高壓機頭:料壓力>10Mpa（吹膜、紡絲機頭）4、機頭口模設計原則要求：制品尺寸精確、物料均勻、表觀光滑考慮問題：（1）機頭流道形狀：流體易于充滿、均勻擠出、無過熱分解、盡量呈流線形（2）截面尺寸

適宜的機頭壓縮比、制品密實、消除分流器支架造成的結合縫一、概述截面尺寸（機頭壓縮比）機頭壓縮比＝（3）機頭、口模尺寸設計

考慮物料的粘彈性，確定合理的擠出產量，通過建立口模設計方程實現口模斷面尺寸設計。一、概述a、當物料的流量一定時，求口模尺寸、流速與產生的壓力降（ΔP）間的關系。b、熔體流變性能與口模尺寸和加工工藝條件間的關系。

本節(jié)討論不同口型，如等截面、不等截面、組合流道的口模方程?？紤]兩方面的問題二．聚合物熔體通過機頭口模的粘彈行為1．熔體通過口模的壓力損失以毛細管中流動為例：ΔP總＝ΔPA＋ΔPB＋ΔPexΔPA－入口壓力損失ΔPB－通過口模時壓力損失ΔPex－口模出口處壓力PΔPBLΔPAΔPexVL(1)入口壓力損失流線收斂、擴展引起的流體速度及其分布隨流動的變化，產生粘性損耗分子間的內摩擦產生的粘性損耗c.流動過程中大分子構象變化，如取向，將消耗的壓力轉換成彈性能儲存起來

其中c項占的比例最大，其他兩項占5～10％左右。入口壓力損失的計算：想象中將口模延長一段距離LB，其產生的壓力損失與入口效應產生的壓力損失相同。ΔPBΔP總PL/RLB/RΔPA（2）ΔPB－流經口模時的壓力損失指熔體在穩(wěn)態(tài)流動中，克服粘性損耗所產生的壓力損失.二、粘彈行為

對于粘性流體，上述結論無可非議，對于粘彈性流體是否可行，以圓柱管道中的流動，分析流體具有粘彈性時的壓力損失是否也為粘性損耗。a.分析：有一圓管流道,流體作層狀、穩(wěn)定流動。二、粘彈行為zrVz=0;Vr=V=0圓管流道中粘性和粘彈流體的流變分析：V形變速率張量應力張量對于粘性流體對于粘彈性流體形變速率張量應力張量簡單剪切會派生出法向應力粘彈性流體粘性流體r方向方向z方向運動方程的簡化：討論：從式（1）～（3）可知，對于粘彈體P=P(r,z)，

從式（1’）～（3’）可知，對于粘性體P=P(z)。b.（3）＝（3’），軸向的流動方程是相同的。表明軸向流動的壓力損失僅由流體的粘性所決定，即，粘性流體軸向流動的解也適用于描述粘彈性流體的流動行為。

彈性對流體流動損耗無影響，流動中的壓力降僅為流體的粘性損耗。討論：c.

（3）與（3’）解得的結果是相同的。這表明在斷面尺寸恒定的流道中，粘彈性流體的粘性流變行為也可用牛頓流體或冪律流體加以描述。則由本構方程和（3）或（3’）聯合求得的

Vz(r)和Q也將相同。結論：

粘彈性流體的彈性對圓管中的P/z、Q等反映粘性流動特性的物理量無影響。2、口模膨脹效應（1）定義

描述：擠出脹大比:B=d/D（B’=d2/D2

）擠出收縮率:[(L0-L)/L0]*100%

（2）原因

熔體在流動中形變取向，出?？诤螽a生彈性可恢復形變（結構、口模入口結構，剪切速率）。（3）影響因素工藝因素TVPb.設備因素入口流道LDc.物料的結構因素MMWD口模形狀與制品斷面形狀3、不穩(wěn)定流動（1）定義

v↑→擠出物表面出現不規(guī)則現象→熔體破裂（螺旋狀、竹節(jié)狀、鯊魚皮狀、不規(guī)則破碎）→影響制品表觀質量

（2）原因彈性形變不均勻，導致彈性恢復不均勻，繼而影響擠出物表觀。（3）影響因素

a.工藝因素TVPb.設備因素入口流道LDc.材料因素MMWD物性：加快物料的松弛

工藝：讓物料有足夠的時間松弛設備：口模流道應該連續(xù)、均勻地縮小，盡可能使物料易于通過（4）改善不穩(wěn)定流動的措施三、各種斷面流道中的流動分析1、定截面流道(1)、圓管流道牛頓流體冪律流體Vz(2)、平面狹縫流道W/H=20誤差2％W/H=10誤差6％W/H=5誤差14％可擠出板、膜、片材等。忽略流道側壁的影響。HWLVz(2)、平面狹縫流道牛頓流體冪律流體(3)、環(huán)形縫隙流道牛頓流體RiR0冪律流體F(n,k)~Ri/R0稠度S=1/n(4)異形流道a.將非規(guī)則流道的斷面尺寸與規(guī)則流道作對比，引入形狀系數f作為修正系數。 流量計算式為：牛頓流體計算式為：形狀系數是以平行平板壓力流作為基準而得到的，如圖所示。平行平板流道fb.厚度均一異形流道牛頓流體冪律流體近似認為是狹縫流道，其流量方程：關鍵是要找出一個相當于縫模的當量寬度We.W1W2W3三角形We=W1＋W2+W3We為當量寬度圓形We為當量寬度R0RiR0RiL形We=W1＋W2We為當量寬度W1W2正方形We為當量寬度R0Ri正六邊形We為當量寬度2、收斂形流道(錐形或楔形流道）（1）圓錐形流道ZR1R2Rr假設條件：1、穩(wěn)定層流；2、不可壓縮的牛頓性流體；3、收斂角很?。?、等溫流動。Vz流場分析：建立柱坐標系速度、剪切速率ZR1R2RrVz形變速率張量應力張量ZR1R2Rr流場分析：Vz簡化運動方程：當錐度很小時速度分布方程：解：方程的左邊是z的函數，方程的右邊是r的函數Z向的運動方程：（1）積分：牛頓流體的本構方程速度分布方程：R是個變量流量方程：任一個截面的流量積分：

（2）V形流道2、收斂形流道(錐形或楔形流道）H1H2WLXZyh

（3）漏