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原理3.2
3.4 聚合物流体在管道中的流动 3.4.1 聚合物流体在管道中的流动参数 纺丝过程中,高聚物流体基本为两种流场: 出喷丝孔前 剪切流动(压力作用下的压差流动) 出喷丝孔后 单轴拉伸流动 纤维成型与喷丝孔长度L、截面形状有密切的关系 高聚物通过喷丝孔有明显的流场变化 收敛流场 + 管道流动 + 向拉伸流动过渡的流场 (入口区)(毛细孔中) (出口区) 高聚物为粘弹体,其黏度对形变速率有依赖性 当L/D≈20时,在喷丝孔中才能形成稳定的流场。但实际中,L/D只能做到2,故很难稳定。 一、孔道中的剪切应力σ12 三、平均流出体积速度Q (体积流量) 单位时间内通过管道的流出体积 v(r)对管道的截面积积分可求得 纺丝流体由计量泵打出 一转=?cc(cm3) 每个泵一个值 泵 rpm (round/min) 可观测 四、管道壁上的剪切速率 五、非牛顿指数n 3.4.2 聚合物流动过程中的弹性参数 压力→流体在管(毛细管)中剪切流动 压力降出现:沿流动方向+进口端 (收敛流动) 其消耗:粘性流体流动的摩擦+高弹形变 出口时,高弹形变回复→流体膨胀 末端效应:进口端和出口端与聚合物弹性行为有密切关系的现象 二、不稳定流动与熔体破裂 低剪切速率或低剪切应力范围:挤出的流体表面光滑均匀 ∵牛顿流动条件下,各种因素引起的小的扰动容易受到控制。 剪切速率或剪切应力增加到一定的数值→? ∵高剪切应力或剪切速率时,液体中的扰动难以控制并易发展成不稳定流动,引起液流破坏 - “熔体破裂” 临界剪切应力和临界剪切速率 产生熔体破裂的主要原因: 流体在流动时出现滑移和流体中的弹性回复所引起 流体剪切历史的差异引起 聚合物的性质、剪切应力和剪切速率的大小、流体流动的管道形状等 3.3.2 影响聚合物流体弹性的因素 聚合物的分子参数(平均分子量、分子量分布、长链分支程度、链刚性等) 加工条件:热力学参数(温度、原液组成),运动学参数及流动的几何条件等 自学 流动的几何条件的影响 喷丝孔入口区形状、毛细管直径及其长径比 入口区不要有涡流,否则影响聚合物的成型。(常在入口区域设锥形导孔) 喷丝孔直径增大,挤出胀大比明显减小,弹性效应明显减弱。 毛细孔长径比越大,流体在喷丝孔中的停留时间越长,越有利于松弛过程的完成,其弹性表现较小。 图 流体在圆形管道中的流动 二、孔道中的流动线速度V(r) 切力变稀流体 n值越小,管中心处的速度分布越平坦,越接近柱塞形。 胀流型流体 n越大,越接近锥形 图 不同n值法的流体在圆形管道中流动时的速度分布 齿轮泵的外型图 要掌握 自学 一、末端效应与修正 图 稳定流动与不稳定流动时的挤出物试样 具体内容自学 作业3 牛顿流体、非牛顿流体定义 P.119 – 7,掌握流动曲线(会画) 概念:零切黏度、极限黏度、表观黏度、拉伸黏度、挤出胀大比、临界挤出速率 P.119 – 2、3、4、 5 P.119 – 8、9、10、11(思考) 3.2 聚合物流体的拉伸粘性 3.2.1 拉伸粘性的表征 单轴拉伸流动( 简单拉伸流动) 由在长度方向上均匀拉伸矩形棒引起。圆形截面细丝的拉伸可用这样的流动处理。 平面拉伸流动 在一个方向上均匀拉伸薄膜,使薄膜厚度减小,但薄膜其它尺寸不变。 双轴拉伸流动 等比例拉伸薄膜,使厚度减小。 3.2.2 影响拉伸粘度的因素 实际上,远比Lodge模型复杂;粘弹性流体的拉伸粘度与拉伸应变速率的关系与聚合物的分子结构有关 1-220℃的HDPE 2-180℃的PP 3-200℃的LDPE 4-220℃的PS 图 拉伸粘度与拉伸应变速率的关系 (a) ηe 与?的变化无关 ηe= 3 η0 例: LLDPE 、尼龙66等低聚合度线型聚合物 (b)?↑,ηe ↓ (拉伸变稀) 例: HDPE 、 PP 、PS等高聚合度线型聚合物 (c) ?↑,ηe ↑ 例: 支链LDPE等支化聚合物 (d)ηe ~ ?关系有极大值 凝固浴浓度Cb=10%;喷丝板直径D0=0.13mm 纤维纺丝过程表明: 随 的变化规律←→成型的稳定性 当 ?↑→ηe ↑时,纺丝细流内如有局部缺陷,成型的拉伸过程中形变将趋于均匀化→纺丝成型的稳定性↑
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