1、2.1 聚合物的加工性質(zhì)聚合物的加工性質(zhì)2.2 聚合物的流變性質(zhì)聚合物的流變性質(zhì)2.3 聚合物流體在管和槽中的流動(dòng)聚合物流體在管和槽中的流動(dòng)2.4 聚合物在加工過程中的物理和化學(xué)聚合物在加工過程中的物理和化學(xué) 變化變化 CONTENTS（6學(xué)時(shí)）學(xué)時(shí)）2.3 聚合物流體在管和槽中的流動(dòng)聚合物流體在管和槽中的流動(dòng)2.3.1 在簡單幾何形狀管道內(nèi)聚合物流在簡單幾何形狀管道內(nèi)聚合物流 體的流動(dòng)體的流動(dòng)2.3.2 聚合物流體流動(dòng)過程的彈性行為聚合物流體流動(dòng)過程的彈性行為 2.3 聚合物流體在管和槽中的流動(dòng)聚合物流體在管和槽中的流動(dòng)基本流動(dòng)類型：1、層流和湍流 2、穩(wěn)態(tài)流動(dòng)和非穩(wěn)態(tài)流動(dòng) 3、等溫流動(dòng)和非

2、等溫流動(dòng) 4、一維流動(dòng)、二維流動(dòng)和三維流動(dòng)5、拉伸流動(dòng)和剪切流動(dòng)準(zhǔn)備知識準(zhǔn)備知識基本流動(dòng)類型：基本流動(dòng)類型：1、層流和湍流（按流體在在管道中的流動(dòng)狀態(tài)） （a）層流 （b）湍流層流（黏性流動(dòng)或流線流動(dòng)）特征：流體的質(zhì)點(diǎn)沿著平行于流道軸線的方向相對運(yùn)動(dòng)，與邊壁等距離的液層以同一速度向前移動(dòng)，不存在任何宏觀的層間質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)，所有質(zhì)點(diǎn)的流線均相互平行。湍流（紊流）特征：流體的質(zhì)點(diǎn)除向前運(yùn)動(dòng)外，還在主流動(dòng)的橫向上作不規(guī)則的任意運(yùn)動(dòng)，質(zhì)點(diǎn)的流線呈紊亂狀態(tài)。基本流動(dòng)類型：基本流動(dòng)類型：流體的流動(dòng)狀態(tài)由層流轉(zhuǎn)變?yōu)橥牧鞯臈l件：cvRe/DRe式中：Re 雷諾數(shù)，為一無量綱的數(shù)群； D 管道直徑； 流體密度； v

3、 流體速度； 流體剪切黏度； Rec 臨界雷諾數(shù)，其值與流道的斷面形狀 和流道壁的表面粗糙度等有關(guān)，光滑 的金屬圓管Rec =20002300。 大多數(shù)聚合物流體，尤其是熔體，粘度很大，大多數(shù)聚合物流體，尤其是熔體，粘度很大，Re不大不大于于10，一般為層流。但是，在特殊場合，如經(jīng)小澆口注射，一般為層流。但是，在特殊場合，如經(jīng)小澆口注射進(jìn)大型腔，由于剪切力過大等原因，也會(huì)出現(xiàn)彈性湍流。進(jìn)大型腔，由于剪切力過大等原因，也會(huì)出現(xiàn)彈性湍流。上式討論：上式討論：Re與與v成正比與成正比與成反比，成反比，v越小、越小、越大就越不越大就越不易呈現(xiàn)湍流狀態(tài)。易呈現(xiàn)湍流狀態(tài)。基本流動(dòng)類型：基本流動(dòng)類型：2、穩(wěn)

4、態(tài)流動(dòng)和非穩(wěn)態(tài)流動(dòng)穩(wěn)態(tài)流動(dòng)是指流體的流動(dòng)狀態(tài)不隨時(shí)間而變化的流動(dòng)，其主要特征是引起流動(dòng)的力與流體的粘性阻力相平衡，即流體的溫度、壓力、流動(dòng)速度、速度分布和剪切應(yīng)變等都不隨時(shí)間而變化。如正常操作的擠出機(jī)中如正常操作的擠出機(jī)中熔體的流動(dòng)。熔體的流動(dòng)。非穩(wěn)態(tài)流動(dòng)流體的流動(dòng)狀況隨時(shí)間而變化的流動(dòng)。聚合物熔體是一彈性流體，在受到恒定外力作用時(shí)，同時(shí)有粘性形變和彈性形變發(fā)生。在彈性形變達(dá)到平衡之前，總形變由大到小變化，呈非穩(wěn)態(tài)流動(dòng)；而在彈性形變達(dá)到平衡后，就只有粘性形變隨時(shí)間延長而均衡地發(fā)展，流動(dòng)進(jìn)入穩(wěn)定狀態(tài)。通常注射充模時(shí)熔體通常注射充模時(shí)熔體的流動(dòng)。的流動(dòng)。基本流動(dòng)類型：基本流動(dòng)類型：3、等溫流動(dòng)和非

5、等溫流動(dòng)等溫流動(dòng)：是指在流體各處的溫度保持不變的情況下的流動(dòng)。在等溫流動(dòng)的情況下流體與外界可以進(jìn)行熱量傳遞，但傳入與傳出的熱量應(yīng)保持相等。非等溫流動(dòng)：工藝要求各段溫度不同；由于粘性液體流動(dòng)過程中有能量耗散的升熱效應(yīng)、應(yīng)力下降引起的流體體積膨脹產(chǎn)生吸熱效應(yīng)，這些都使流道軸向上產(chǎn)生溫度差。在塑料成型的實(shí)際條件下，聚合物一般均呈非等溫流動(dòng)。 但是在一定的流道長度及一定時(shí)間范圍內(nèi)，將聚合物的成型過程當(dāng)做等溫流動(dòng)處理，不會(huì)引起過大偏差，可以使流動(dòng)分析大為簡化。基本流動(dòng)類型：基本流動(dòng)類型：一維流動(dòng)一維流動(dòng)：流道內(nèi)質(zhì)點(diǎn)的速度僅在一個(gè)方向上變化。：流道內(nèi)質(zhì)點(diǎn)的速度僅在一個(gè)方向上變化。如：聚合物流體在等截面圓管

6、內(nèi)做層流時(shí)，其速度分如：聚合物流體在等截面圓管內(nèi)做層流時(shí)，其速度分布僅是圓管半徑的函數(shù)，是一個(gè)典型的一維流動(dòng)。布僅是圓管半徑的函數(shù)，是一個(gè)典型的一維流動(dòng)。二維流動(dòng)二維流動(dòng)：流道截面上各點(diǎn)的速度需要用兩個(gè)垂直于：流道截面上各點(diǎn)的速度需要用兩個(gè)垂直于流動(dòng)方向上的坐標(biāo)表示。如流體在流動(dòng)方向上的坐標(biāo)表示。如流體在矩形矩形流道內(nèi)流動(dòng)，流道內(nèi)流動(dòng)，其速度在高度和寬度方向都發(fā)生變化。其速度在高度和寬度方向都發(fā)生變化。三維流動(dòng)三維流動(dòng)：流體流速要用三個(gè)相互垂直的坐標(biāo)表示。：流體流速要用三個(gè)相互垂直的坐標(biāo)表示。如流體在如流體在錐形錐形流道或其它截面逐漸縮小的通道流動(dòng)，流道或其它截面逐漸縮小的通道流動(dòng)，其質(zhì)點(diǎn)的速

7、度不久沿通道截面縱橫兩個(gè)方向，而且也其質(zhì)點(diǎn)的速度不久沿通道截面縱橫兩個(gè)方向，而且也沿主流動(dòng)方向發(fā)生變化。沿主流動(dòng)方向發(fā)生變化。4、一維流動(dòng)、二維流動(dòng)、三維流動(dòng)一維流動(dòng)、二維流動(dòng)、三維流動(dòng)-流速分布特征流速分布特征基本流動(dòng)類型：基本流動(dòng)類型：5、拉伸流動(dòng)和剪切流動(dòng) 流體流動(dòng)時(shí)，即使是層流，各點(diǎn)的流速也不會(huì)相同，我們把各點(diǎn)速度的變化方式稱為速度分布。按質(zhì)點(diǎn)流動(dòng)方向上速度不同：拉伸流動(dòng)和剪切流動(dòng)。拉伸流動(dòng)：質(zhì)點(diǎn)速度沿流動(dòng)方向發(fā)生變化。單軸拉伸特點(diǎn)是一個(gè)方向伸長，另兩 個(gè)方向縮短。 如生產(chǎn)纖維、扁絲等。雙軸拉伸特點(diǎn)是兩個(gè)方向同時(shí)拉伸。 如中空吹塑、薄膜生產(chǎn)等。流動(dòng)方向基本流動(dòng)類型：基本流動(dòng)類型：剪切流

8、動(dòng)：質(zhì)點(diǎn)速度沿流動(dòng)方向的垂直方向發(fā)生變化。流動(dòng)方向壓力流動(dòng)聚合物流體在圓形等簡單形狀管道中因受壓力作用而產(chǎn)生的流動(dòng)稱為壓力流動(dòng)，流動(dòng)中液體只受到剪切作用，并且由于粘度很高，通常情況下都是穩(wěn)態(tài)流動(dòng)。基本流動(dòng)類型：基本流動(dòng)類型：收斂流動(dòng)：聚合物液體在具有截面尺寸逐漸變小的管道中(如錐形) 流動(dòng)。不僅受剪切作用，而且還有拉伸作用。拖曳流動(dòng)：如果液體流動(dòng)的管道或口模的一部分能以一定速度和規(guī)律進(jìn)行運(yùn)動(dòng)時(shí)(相對于靜止的部分)，則聚合物還將隨管道或口模的運(yùn)動(dòng)部分產(chǎn)生拖曳流動(dòng)，它也是一種剪切流動(dòng)，但液體在管道中的壓力降及流速分布將受運(yùn)動(dòng)部分的影響。如：聚合物在擠出機(jī)螺槽中的流動(dòng)如：聚合物在擠出機(jī)螺槽中的流動(dòng)以

9、及在生產(chǎn)線纜包復(fù)物在口模中的流動(dòng)。以及在生產(chǎn)線纜包復(fù)物在口模中的流動(dòng)。2.3.1 2.3.1 在簡單幾何形狀管道內(nèi)聚合物液體的流動(dòng)在簡單幾何形狀管道內(nèi)聚合物液體的流動(dòng)推導(dǎo)管道中流動(dòng)參數(shù)間的關(guān)系式推導(dǎo)管道中流動(dòng)參數(shù)間的關(guān)系式假設(shè)條件假設(shè)條件u流體不可壓縮流體不可壓縮 ； 實(shí)際上流體內(nèi)有自由體積，有百分之幾的壓縮率實(shí)際上流體內(nèi)有自由體積，有百分之幾的壓縮率u 流動(dòng)是等溫過程；流動(dòng)是等溫過程； 實(shí)際管道各部分不可能很均勻?qū)嶋H管道各部分不可能很均勻u 液體在管道壁面不產(chǎn)生滑動(dòng)液體在管道壁面不產(chǎn)生滑動(dòng)(即壁面速度等于零即壁面速度等于零)； 剪切速率很高時(shí)會(huì)滑移，這種滑移會(huì)增加流速剪切速率很高時(shí)會(huì)滑移，這

10、種滑移會(huì)增加流速u液體的粘度不隨時(shí)間而變化，液體的粘度不隨時(shí)間而變化， 并在沿管道流動(dòng)的全過程中其它性質(zhì)也不發(fā)生變化并在沿管道流動(dòng)的全過程中其它性質(zhì)也不發(fā)生變化1 1、管、管2 2、縫、縫 1 1、聚合物流體在圓管中的流動(dòng)、聚合物流體在圓管中的流動(dòng) 牛頓流體牛頓流體- -只產(chǎn)生一維的剪切流動(dòng)只產(chǎn)生一維的剪切流動(dòng)推導(dǎo)流體在管中的推導(dǎo)流體在管中的剪切應(yīng)力分布方程剪切應(yīng)力分布方程和和流速分布方程流速分布方程)(rfr)(rfvr F F1 1 推動(dòng)液體有推動(dòng)液體有 A A 流向流向 B B 的動(dòng)力的動(dòng)力 F F2 2 阻力來自于液體的粘滯性阻力來自于液體的粘滯性 F F3 3 液體表面的剪切阻力液體

11、表面的剪切阻力推動(dòng)液體的動(dòng)力在推動(dòng)液體的動(dòng)力在 Z ZA-A-Z-ZB B 方向由方向由P- P- 降到降到P P0 0液體單元的壓力降在液體單元的壓力降在 - - - - 穩(wěn)態(tài)流動(dòng)時(shí)：穩(wěn)態(tài)流動(dòng)時(shí)： (F1+F2+F3)=0ZALPF1F2PP- P F3dlrP0ZBP- P P推導(dǎo)剪切應(yīng)力分布方程：推導(dǎo)剪切應(yīng)力分布方程：整理整理=在管全長范圍內(nèi)在管全長范圍內(nèi)剪切應(yīng)力是半徑的剪切應(yīng)力是半徑的線性函數(shù)線性函數(shù)剪切應(yīng)力分布方程剪切應(yīng)力分布方程這樣分布這樣分布推導(dǎo)推導(dǎo) 流速分布方程：流速分布方程：牛頓流體牛頓流體將將代入，積分代入，積分牛頓流體牛頓流體分布與分布與分布相同分布相同剪速率分布這樣分布

12、這樣分布非牛頓流體非牛頓流體 從上述推導(dǎo)過程中可以知道從上述推導(dǎo)過程中可以知道: :剪切應(yīng)力分布剪切應(yīng)力分布 應(yīng)沒有變化應(yīng)沒有變化速度分布與速度分布與 n n 有關(guān)有關(guān) 非牛頓流體非牛頓流體 n1 n1 假塑性非牛頓液體假塑性非牛頓液體n1 1 膨脹性非牛頓液體膨脹性非牛頓液體n n 值不同時(shí)圓管中流體速度分布值不同時(shí)圓管中流體速度分布nPVCPVC、PPPP是典型是典型的的柱塞流柱塞流牛頓牛頓流體流體n : n : 非牛頓指數(shù)非牛頓指數(shù)n=1 n=1 牛頓液體，速度分布曲線為拋物線形；牛頓液體，速度分布曲線為拋物線形；n n1 1 膨脹性非牛頓液體，膨脹性非牛頓液體， 速度分布曲線變得較為陡

13、峭，速度分布曲線變得較為陡峭， n n值愈大，愈接近于錐形；值愈大，愈接近于錐形；n1 n1 假塑性非牛頓液體，假塑性非牛頓液體， , ,分布曲線則較拋物線平坦。分布曲線則較拋物線平坦。 n n愈小，管中心部分的速度分布愈平坦，愈小，管中心部分的速度分布愈平坦， 曲線形狀類似于柱塞，故稱這種流動(dòng)為曲線形狀類似于柱塞，故稱這種流動(dòng)為“柱塞流動(dòng)柱塞流動(dòng)” (Plug flow) (Plug flow)。2.3 聚合物流體在管和槽中的流動(dòng)聚合物流體在管和槽中的流動(dòng)應(yīng)用：柱塞流動(dòng)中聚合物不易得到良好混合。柱塞流動(dòng)中聚合物不易得到良好混合。題題: : 若擁擠出的方法對聚合物進(jìn)行染色，若擁擠出的方法對聚合

14、物進(jìn)行染色，PE PE 、PP PP 那個(gè)容易？那個(gè)容易？ 2、聚合物液體在狹縫中的等溫流動(dòng)、聚合物液體在狹縫中的等溫流動(dòng)l 狹縫的概念狹縫的概念 ：寬厚：寬厚 1010 如如 板、片口模；管模板、片口模；管模 R R0 0R Ri i與在管中的思路一樣：與在管中的思路一樣：取單元取單元-受力分析受力分析-得得 ；再依速率是速度梯度，再依速率是速度梯度， 積分得速度分布。積分得速度分布。l推導(dǎo)流體在狹縫中的推導(dǎo)流體在狹縫中的剪切應(yīng)力分布方程剪切應(yīng)力分布方程和和流速分布程流速分布程 液柱單元受到的推動(dòng)力液柱單元受到的推動(dòng)力為為F F1 1-F-F2 2=2Whp=2Whp，受到上、下兩液層的摩擦

15、阻受到上、下兩液層的摩擦阻力為力為F F3 3=2Wdl=2Wdlh h，在達(dá)到穩(wěn)態(tài)流動(dòng)后，在達(dá)到穩(wěn)態(tài)流動(dòng)后，有有2Wdl2Wdlh h=2Whp=2Whp 。2Wdlh=2WhpdlphhLphhLPHHhhH000）：壁上處（）：中平面處（推導(dǎo)推導(dǎo) 剪切應(yīng)力分布方程：剪切應(yīng)力分布方程：整理這樣分布這樣分布2 聚合物液體在狹縫中的等溫流動(dòng)聚合物液體在狹縫中的等溫流動(dòng) 剪切速率分布為：nKLphhnhLKPh/1 nHLKPHHhh10)0 0：壁面處（）：中平面處（牛頓流體？將式將式 代入，整理代入，整理 這樣分布這樣分布與應(yīng)力分布相同與應(yīng)力分布相同推導(dǎo)推導(dǎo) 流速分布方程流速分布方程dhdv

16、h因?yàn)椋篸hhLKPdvnn11 nhLKPh/1 nnnnnnnHhhhHLKpnndhhLKpv111111nHLKPHnnHvhvHh11000）：中平面（）：壁面處（將式將式 代入，整理代入，整理 積分積分這樣分布這樣分布 2、 聚合物液體在狹縫中的等溫流動(dòng)聚合物液體在狹縫中的等溫流動(dòng)特點(diǎn)：特點(diǎn)：a、等速線平行于長邊，并且沿?cái)嗝鎸挾取⒌人倬€平行于長邊，并且沿?cái)嗝鎸挾萕的大部分的大部分彼此平行，這一部分為一維流動(dòng)；彼此平行，這一部分為一維流動(dòng)；b、在狹縫的兩個(gè)邊緣區(qū)域等速線呈對稱的彎曲線，、在狹縫的兩個(gè)邊緣區(qū)域等速線呈對稱的彎曲線，這兩個(gè)區(qū)域流體的流速不僅沿著這兩個(gè)區(qū)域流體的流速不僅沿著

17、y軸變化，而且沿著軸變化，而且沿著x軸變化，因此為二維流動(dòng)。軸變化，因此為二維流動(dòng)。平行板狹縫通道中聚合物的速度分布：平行板狹縫通道中聚合物的速度分布：3、 聚合物流體的拖曳流動(dòng)和收斂流動(dòng)聚合物流體的拖曳流動(dòng)和收斂流動(dòng)拖拽流動(dòng)擠出機(jī)中擠出機(jī)中 ：螺槽的三個(gè)面相對靜止，料筒壁相對螺槽運(yùn)動(dòng)，：螺槽的三個(gè)面相對靜止，料筒壁相對螺槽運(yùn)動(dòng)， 方向?yàn)榉较驗(yàn)閆 Z 即出料方向即出料方向-的物料：在螺槽的三個(gè)壁面上的物料：在螺槽的三個(gè)壁面上 =0 =0 ；在料筒壁上流速最；在料筒壁上流速最 大且大且= =料筒移動(dòng)速度這部粉料流稱料筒移動(dòng)速度這部粉料流稱拖拽流拖拽流 還有一部分還有一部分壓力流壓力流合流合流3、

18、 聚合物流體的拖曳流動(dòng)和收斂流動(dòng)聚合物流體的拖曳流動(dòng)和收斂流動(dòng)拖拽壓力QQq 拖拽流 QD壓力流 QP漏 流 QL環(huán) 流總流率 = = QD - QP - QL3、 聚合物流體的拖曳流動(dòng)和收斂流動(dòng)聚合物流體的拖曳流動(dòng)和收斂流動(dòng)收斂流動(dòng)對于大多數(shù)聚合物，剪切時(shí)： 拉伸時(shí)：,1,這個(gè)特性對紡絲吹膜以及材料的熱成型均有利這個(gè)特性對紡絲吹膜以及材料的熱成型均有利2.3.2 聚合物流體流動(dòng)過程的彈性行為聚合物流體流動(dòng)過程的彈性行為 大多數(shù)聚合物在流動(dòng)中除表現(xiàn)為粘大多數(shù)聚合物在流動(dòng)中除表現(xiàn)為粘性行為外，還不同程度地表現(xiàn)出彈性行為性行為外，還不同程度地表現(xiàn)出彈性行為。其中最常見的彈性行為有。其中最常見的彈性

19、行為有端末效應(yīng)端末效應(yīng)和和不不穩(wěn)定流動(dòng)及熔體破裂現(xiàn)象穩(wěn)定流動(dòng)及熔體破裂現(xiàn)象。( (與上一章爬桿等對應(yīng)，與上一章爬桿等對應(yīng)，在工程管道中在工程管道中) )一、端末效應(yīng) 1、入口效應(yīng)2、離模膨脹效應(yīng)（巴拉斯效應(yīng)）2.3.2 聚合物流體流動(dòng)過程的彈性行為聚合物流體流動(dòng)過程的彈性行為1. 入口效應(yīng)入口效應(yīng) 聚合物熔體在管道入口端聚合物熔體在管道入口端因出現(xiàn)因出現(xiàn)收斂流動(dòng)收斂流動(dòng)，使壓力降突，使壓力降突然增大的現(xiàn)象。然增大的現(xiàn)象。 熔體從大直徑管道進(jìn)入小熔體從大直徑管道進(jìn)入小直徑管道，需經(jīng)一定距離直徑管道，需經(jīng)一定距離Le后方能穩(wěn)態(tài)流動(dòng)。后方能穩(wěn)態(tài)流動(dòng)。聚合物流體在管道入口區(qū)域和出口區(qū)域的流動(dòng)Le入口效

20、應(yīng)區(qū)長度入口效應(yīng)區(qū)長度，不同的，不同的聚合物和不同直徑的管道，入口聚合物和不同直徑的管道，入口效應(yīng)區(qū)長度不相同。效應(yīng)區(qū)長度不相同。Le/D，表征，表征產(chǎn)生入口效應(yīng)范圍的大小。產(chǎn)生入口效應(yīng)范圍的大小。P PP P0 0P P0 0小于P02.3.2 聚合物流體流動(dòng)過程的彈性行為聚合物流體流動(dòng)過程的彈性行為實(shí)驗(yàn)證明 層流條件下產(chǎn)生入口效應(yīng)的原因：. 速度重排：聚合物以收斂方式進(jìn)入小直徑管時(shí)，為保持體積流率不變，如果管壁處的流速仍保持為零就只有增大熔體內(nèi)的速度梯度，才能滿足調(diào)整流速的要求，為此只有消耗適當(dāng)?shù)哪芰坎拍茉龃笏俣忍荻龋患又S流速的增大，流動(dòng)的動(dòng)能也相應(yīng)增大，這也使能量的消耗增多； . 彈性

21、效應(yīng)：熔體內(nèi)的剪切速率增大，迫使聚合物大分子更大和更快的變形，而這種具有高彈性特征的形變，需克服分子內(nèi)和分子間的作用力，也要消耗一定的能量。對牛頓型流體，Le約為0.05DRe非牛頓型的假塑性流體，Le在0.030.05DRe Re為雷諾數(shù)。2.3.2 聚合物流體流動(dòng)過程的彈性行為聚合物流體流動(dòng)過程的彈性行為內(nèi)經(jīng)不變的管內(nèi)經(jīng)不變的管P PP P0 0P P0 0小于P0 考慮流體入口效應(yīng)后壓力降的計(jì)算： 將入口端的額外壓力降看成是一段“相當(dāng)長度”管道所引起的壓力降。l計(jì)算壓力降時(shí)：長度為 (L+6R)或(L+3D)這是比較粗略的計(jì)算， 入口壓力降計(jì)算入口壓力降計(jì)算相當(dāng)長度2.3.2 聚合物流體

22、流動(dòng)過程的彈性行為聚合物流體流動(dòng)過程的彈性行為2. 離模膨脹效應(yīng)（即巴拉斯效應(yīng)）當(dāng)聚合物熔體流出流道時(shí)，熔流發(fā)生體積膨脹的現(xiàn)象叫做離模膨脹效應(yīng)。聚合物流體在管道入口區(qū)域和出口區(qū)域的流動(dòng)離模膨脹特征：熔體剛脫離流道時(shí)，先發(fā)生很短一段的體積收縮（收縮比DsD0.7），然后才發(fā)生體積膨脹。收縮的原因：主要是速度再調(diào)整引起的。流體在管中流動(dòng)時(shí)，徑向速度是不等的，由于管壁的約束，離開管壁時(shí)，失去了約束，徑向速度重新調(diào)整成等速，平均速度增大了。 流量=截面積 速度增大，截面積縮小，直徑減小，收縮。2.3.2 聚合物流體流動(dòng)過程的彈性行為聚合物流體流動(dòng)過程的彈性行為 膨脹比B=Df / D （制品的直徑比口

23、模直徑） 對于圓形流道的聚合物熔體，其相對膨脹率在30100。 離模膨脹被解釋為：彈性恢復(fù)df2.3.2 聚合物流體流動(dòng)過程的彈性行為聚合物流體流動(dòng)過程的彈性行為（1）剪切應(yīng)力和剪切速率）剪切應(yīng)力和剪切速率：當(dāng)剪切速率較低時(shí)，隨：當(dāng)剪切速率較低時(shí)，隨著剪切速率的提高，著剪切速率的提高，B提高，當(dāng)剪切速率達(dá)到一定提高，當(dāng)剪切速率達(dá)到一定值后值后B下降。下降。B開始下降時(shí)所對應(yīng)的剪切速率稱為開始下降時(shí)所對應(yīng)的剪切速率稱為臨界剪切速率臨界剪切速率，當(dāng)剪切速率超過臨界剪切速率后，當(dāng)剪切速率超過臨界剪切速率后，熔體會(huì)產(chǎn)生不穩(wěn)定流動(dòng)。熔體會(huì)產(chǎn)生不穩(wěn)定流動(dòng)。 （2）溫度）溫度：在剪切速率相同情況下，溫度提高

24、，：在剪切速率相同情況下，溫度提高，B下下降，少數(shù)如降，少數(shù)如PVC會(huì)使會(huì)使B上升。上升。影響離模膨脹的因素：影響離模膨脹的因素：2.3.2 聚合物流體流動(dòng)過程的彈性行為聚合物流體流動(dòng)過程的彈性行為（3）管道直徑和管長）管道直徑和管長：增加管子直徑、提高管子的長徑：增加管子直徑、提高管子的長徑比和減小入口端的收斂角，都會(huì)減少液體中的可逆形變比和減小入口端的收斂角，都會(huì)減少液體中的可逆形變，使，使B下降。下降。 （4）如果截面形狀不對稱的管道）如果截面形狀不對稱的管道，如平行狹縫管道，厚，如平行狹縫管道，厚度方向的度方向的B大于寬度方向的大于寬度方向的B，且前者是后者的平方倍，且前者是后者的平方

25、倍（5）粘度大，分子量分布窄）粘度大，分子量分布窄，非牛頓性強(qiáng)的液體，在流，非牛頓性強(qiáng)的液體，在流動(dòng)中易儲存彈性，膨脹嚴(yán)重，制品易變形，有內(nèi)應(yīng)力。動(dòng)中易儲存彈性，膨脹嚴(yán)重，制品易變形，有內(nèi)應(yīng)力。2.3.2 聚合物流體流動(dòng)過程的彈性行為聚合物流體流動(dòng)過程的彈性行為對加工不利對加工不利： 巴拉斯效應(yīng)的存在對成型是很不利的，特別巴拉斯效應(yīng)的存在對成型是很不利的，特別是在注射成型、擠出成型中，將可能導(dǎo)致制品是在注射成型、擠出成型中，將可能導(dǎo)致制品變形和扭曲，降低制品的尺寸穩(wěn)定性，并可能變形和扭曲，降低制品的尺寸穩(wěn)定性，并可能在制品中引入內(nèi)應(yīng)力，降低其物理力學(xué)性能。在制品中引入內(nèi)應(yīng)力，降低其物理力學(xué)性能

26、。消除方法消除方法： 增加口模平直部分長度，適當(dāng)降低成型壓增加口模平直部分長度，適當(dāng)降低成型壓力和提高成型溫度，對擠出物加以適當(dāng)速度的力和提高成型溫度，對擠出物加以適當(dāng)速度的牽引或拉伸，均有利于消除或減小由于巴拉斯?fàn)恳蚶欤欣谙驕p小由于巴拉斯效應(yīng)所帶來的不利影響。效應(yīng)所帶來的不利影響。 2.3.2 聚合物流體流動(dòng)過程的彈性行為聚合物流體流動(dòng)過程的彈性行為二、不穩(wěn)定流動(dòng)和熔體破裂現(xiàn)象二、不穩(wěn)定流動(dòng)和熔體破裂現(xiàn)象 剪切速率增加剪切速率增加不規(guī)則破碎螺旋形竹節(jié)形鯊魚皮狀現(xiàn)象現(xiàn)象：2.3.2 聚合物流體流動(dòng)過程的彈性行為聚合物流體流動(dòng)過程的彈性行為可能的原因： 壁上滑移； 剪切速率大時(shí)、及

27、各 種原因引起的壁降 低；彈性恢復(fù)彈性恢復(fù)； 入口端的旋渦流動(dòng)；l非牛頓性愈強(qiáng)的線形聚合物(聚丙烯、高密度聚乙烯、聚氯乙烯等)，由于流速分布曲線呈柱塞形，液體在入口區(qū)域和管子中流動(dòng)時(shí)的剪切作用是引起不穩(wěn)定流動(dòng)的主要原因。l非牛頓性較弱的聚合物(聚酯和低密度聚乙烯等)，流速分布曲線是近拋物線型，因而入口端容易產(chǎn)生旋渦流動(dòng)，流動(dòng)歷史的差異是這類聚合物產(chǎn)生不穩(wěn)定流動(dòng)的主要原因。2.3.2 聚合物流體流動(dòng)過程的彈性行為聚合物流體流動(dòng)過程的彈性行為 引起不穩(wěn)定流動(dòng)的剪切應(yīng)力和剪切速率分別稱為臨界切應(yīng)力和臨界剪切速率。部分聚合物的臨界剪切應(yīng)力和臨界剪切速率2.3.2 聚合物流體流動(dòng)過程的彈性行為聚合物流體流動(dòng)過程的彈性行為影響因素影響因素：分子量與臨界剪切應(yīng)力分子量與臨界剪切應(yīng)力2.3.2 聚合物流體流動(dòng)過程的彈性行為聚合物流體流動(dòng)過程的彈性行為 因此，對聚合物進(jìn)行注射成型時(shí)，可用的溫度因此，對聚合物進(jìn)行注射成型時(shí)，可用的溫度下限不是下限不是流動(dòng)溫度流動(dòng)溫度，而是產(chǎn)生，而是產(chǎn)生不穩(wěn)定流動(dòng)的溫度不穩(wěn)定