《流变形为》PPT课件

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1、3第三章聚合物的流变行为Chapter3TheRheologicalBehaviorofPolymers3.4聚合物流体在管和槽中的流动聚合物可以采用各种各样的加工方式，如：注射、挤出、吹塑、模压或压延等。尽管加工与成型设备种类繁多，结构复杂，但这些设备的流道，口模或模具的形状仍是由一些截面形状简单(如圆形、环形、狭缝、矩形、梯形及椭圆形等)的管道所构成。圆形与狭缝形管道聚合物液体的流变行为很复杂，所受的影响因素很多：聚合物体积可压缩——密度将发生变化在高剪切作用下，液体在管壁处会产生滑动——粘度变化；流道各处温度不同（粘度、密度、流速、体积流率等变化）。压力降和

2、速度变化粘滞阻力管道阻力管道截面形状、尺寸变化压力、流速分布和流率的变化3.4.1在简单几何形状管道内聚合物液体的流动由于分子连段和无规线团的旋转和舒展，并非严格层流，但大多数聚合物的粘度很高，雷诺准数不大，为简化分析计算过程，进行四个假设：（1）液体不可压缩（2）等温流动（3）管壁处无滑移(管壁流速为0)（4）粘度不随时间变化实践证明假设可行，影响不大。一、聚合物液体在圆管中的流动具有均匀圆形截面且沿管轴方向半径均保持恒定的简单圆形管道是很多加工和成型设备中最常用的通道形式。如注射设备的喷嘴、浇口或流道，挤出机机头通道或口模以及纤维纺丝的喷丝板孔道等大多采用圆形

3、截面。在简单圆管中液体通常在压力作用下只产生一维剪切流动。液柱单元受力分析：A向B作等温稳定滞流流动，有压力降F1：自A向B流动的推力F2：粘滞作用阻力；F3：外侧剪切流动阻力整理得：管中心处r=0时，τ=0；管壁处r=R时，即说明：剪应力在液体中的分布与半径r成正比。剪应力剪应力分布流速v体积流动速率Q牛顿流体代入得又体积流动速率剪切速率对比得管壁处的剪切速率为：任意半径处的剪切速率为：流速v任意半径处的流体流速为：管中心处r=0时，管壁处,vR=0平均流速任意处液体流速分布说明牛顿流体在圆形管道中流动时速度分布呈抛物线形非牛顿液体体积流动速率Q代入上式得流速v

4、代入上式得任意半径处的流速：圆管中心处速度：平均流速：圆管中任一半径处速度与平均速度的关系：剪切速率对比得管壁处的剪切速率为：任意半径处的剪切速率为：圆管中任一半径处速度与平均速度的关系：根据上式，取不同的n值，以vr/v对r/R作图可得流速分布曲线。n=1为牛顿液体，曲线为抛物线；n>1为膨胀性液体，n越大，曲线越接近锥形n<1为假塑性液体，n越小，曲线越接近柱塞形，这种流动称为柱塞流动。n值不同时圆管中流动液体的速度分布圆形管中的柱塞流动速度分布宾汉液体具有更明显的柱塞流动特征将其流速分布分为两部分：中心：r

5、>r*，г>гy，剪切流动；r=r*，г=гy，过度区柱塞形流动（a）与抛物线形流动（b）的比较由于柱塞流动中液体受到的剪切力作用小，所以混合效果差，制品性能不好，抛物线流动中有旋涡的存在，混合效果好。如：PVC、PP柱塞流动PE无柱塞流动，染色均匀。可看出，非牛顿流体在圆管中的流动是稳的。剪应力呈线性分布，管壁处剪应力和剪切速率最大，中心流速最大。实际情况：管壁处流速不为零。原因：1、有滑动存在。2、加入润滑剂，滑动变大。（PVC加入硬脂酸）3、悬浮液可能分层，管壁粘度较小。4、分子量分布宽的聚合物，低分子物质趋向管壁。圆管中的非等温流动等温流动在实际中有误差，

6、不等温的原因有：1、工艺上人为使其不等温聚合物加工常在高温下进行，高温及剪切热易引起降解。为避免此类现象，在每个区段加工温度不同，如挤出机。2、剪切产生摩擦升温剪切力分布呈直线梯度分布，剪切力不同，摩擦热不同，温度升高。3、流动过程中有压力降而冷却压力降低，聚合物体积膨胀而吸热，聚合物冷却。4、壁面的热传导5、粘滞流动散热.实际应用在工程实际中常用最大剪切力——对应的表观剪切速率作图。——最大剪切应力——表观剪切速率——稠度——流动行为指数（1）所得流动曲线形状与——曲线相同（2）问题（1）某硬质PVC熔体在190℃用毛细管流变仪（内直径为2.38mm，L/D为8

7、），测得其流变参数为最大剪切应力（公斤/厘米2）表观剪切速率（S-1）1.68.043.040.35.42017.0403①试分别为算术和对数坐标绘制出曲线，并进行初步分析——②建立如下方程式（）（2）现将挤压温度下密度为0.78g/cm3的PE熔体挤压通过圆孔模，重量流量为425g/min，进入口模压力为77公斤/厘米2，模孔直径为10mm，定型长度为7.5mm，试计算：①熔体体积流量（厘米3/秒）②模壁处最大剪切应力(公斤/厘米2)③模壁处表观剪切速率(秒-1)④经入口校正的模壁处最大剪切应力(公斤/厘米2)3.4.2聚合物液体流动过程的弹性行为大多数聚合物在

8、流动中除表