熔融理论(研).ppt

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1、第三章二、熔融理论目的：探索压缩段熔融机理，计算物料熔化所需的螺杆长度、确定工艺条件等发展概况：1959年Maddock、Street提出单螺杆挤出机的熔融理论—固相迁移理论（定性分析）1966年Tadmor在前人定性分析的基础上，用数学分析的方法建立了数学模型1976年Lindt按动力学观点提出了新的熔融理论模型序言熔融过程观察1顶出螺杆法剖分机筒法透明机筒法熔融过程分析2熔融过程熔融过程简述上熔膜区熔池区环流区固相破碎区固体床熔膜熔池熔池扩大，固体床减小完全熔融熔融过程简述（X逐渐缩小）（X=0）（X=W）熔融段第一区（上熔膜区）概述数学模型自我

2、保护机理3上熔膜区开始—当与机筒内表面相接触的固体塞上表面的温度达到熔点，开始熔融，产生熔体，在开始的时候，这些熔体将渗入固体颗粒之间，当渗透到一定程度之后，开始在固体床上面聚集成熔膜。上熔膜区结束—随着物料的熔融，熔膜逐渐变厚，当熔膜的厚度增长到一定程度（大于5倍螺棱与机筒之间的间隙）后，螺棱的推进面将熔膜刮下来并聚集在推进面之前，形成熔池。上熔膜区概述上熔膜区特点熔膜出现后，在上熔膜区压力增加趋势大大减缓，对挤出机起到了保护作用，这就是所谓的“自我保护机理”从固体塞上表面达到熔点，开始熔融，一直到熔膜的形成，这段时间很短，约占上熔膜区的5%左右，

3、可以认为，固体塞上表面达到熔点，熔膜即形成，上熔膜区开始。如果冷却机筒加料段，就可以延缓熔膜的形成，从而在加料段产生更大的压力，有利于稳定挤出。因为此阶段熔膜较薄，因此熔膜的剪应力较大，造成上熔膜区的功率、转矩、产生的轴向力在全螺杆中所占的份额很高。上熔膜区熔膜的形成，也影响到固体床的输送速度，当机筒和固体塞之间出现熔膜后，固体输送段的摩擦输送机理不再适用。上熔膜区特点数学分析的目的：通过对上熔膜区的数学分析，要得到生产率、熔膜流率、压力、固体床温度分布、功率、转矩、轴向力以及熔膜厚度在螺槽长度方向上的变化规律，也为熔融的下个阶段的数学分析提供初始条

4、件。上熔膜区数学模型熔点Tm：对无定性聚合物来说，不存在熔点，加热会使其软化；那么熔点指的是结晶型聚合物溶化的温度。但是实际上不可能100%结晶，就不可能存在一个单一的熔点，而是存在着一个溶化温度范围。热导率：傅里叶热传导定律：几个热力学概念q—热流密度，单位是J/m2K—单位是J/m℃比热容：单位质量的物料温度升高1℃所需要的热量，在一定压力下测定时为定压比热容Cp，在一定容积下测定时为定容比热容Cv。单位是J/Kg℃熔融潜热：每单位质量的物质或用每摩尔物质在相变时所吸收或放出的热量，单位是J/Kg。几个热力学概念比焓：表示当温度从T1上升到T2时

5、，单位质量的物料所要的热量的最低值，也称为热容量。热扩散系数：表征流体热量扩散能力的一种物性参数。用符号α表示。单位为m/s。数值上等于流体的导热系数除以密度与比热容的乘积。几个热力学概念在螺槽方向上，熔膜经过微元后流率的增量等于固体床熔融所增加的熔体。上熔膜区数学模型一、熔膜质量平衡建立螺槽方向上熔膜厚度方程和压力方程固体床的质量平衡与熔膜的质量平衡是相互耦合的，在螺槽方向Z上，它们的和应为总的输送流率。上熔膜区数学模型二、固体床质量平衡从液相流入固液相分界面的热量减去从固液相分界面流入固相的热量等于固相熔融所需要的热量。三、固液相分界面的热量平衡

6、上熔膜区数学模型上熔膜区数学模型四、固体床应力平衡和压力分布上熔膜区数学模型五、固体床的温度分布上熔膜区数学模型六、上熔膜的流动方程联解固体床的温度分布控制方程和上熔膜的流动方程，施加适当的边界条件，即可得到上熔膜区的压力分布、熔膜的流动速度、以及功率、扭矩和轴向力等。上熔膜区的自我保护机理自我保护机理熔融段第二区（熔池区）4假设条件数学模型结果分析讨论修正1、建立直角坐标系，将螺杆和机筒沿Z方向展开认为螺杆不动，机筒平移（与螺杆转动方向相反）Vb=πDbnZXVb轴向简化假设条件2、在熔融区固体、熔体共存固体床（逐渐减小，X→0）熔体熔膜：紧贴料筒

7、壁处的一薄层熔融物料.熔池：随着熔膜的发展，在螺杆棱推力面前侧，形成熔池熔池逐渐扩大（0→W）.简化假设条件简化假设条件3、物料处于稳定挤出状态（熔融各处情况不随时间而变）物料前进速度不随时间而变固体—熔体分界面移动速度不随时间而变化变4、固体床是连续均质体（ρ=const），熔体为牛顿流体.简化假设条件5、熔融仅在水平面上进行，传热仅在y方向上进行。6、螺棱与机筒间隙忽略不计。研究的目的是要找出固相分布函数：熔融过程数学描述固体在dz段上的质量平衡分界面单位面积上的热量平衡熔膜在Z方向、单位长度上的质量平衡单位时间内流出dz段的固体物料量单位时间内

8、流入dz段的固体物料量固相物料在dz段上的质量平衡单位时间内dz段的固体物料熔化量dz段上固体物料的质量平衡