挤出胀大效应

第六章 聚合物的流变性能

一、概念：

牛顿流体与非牛顿流体、假塑性流体、宾汉流体、表观粘度、粘流活化能、韦森堡效应（包轴效应）、巴拉斯效应（挤出物胀大现象）、不稳定流动、第一法向应力差

二、知识点：

聚合物流变学：为高分子成型加工奠定理论基础，绝大数高分子成型加工都是熔融态加工的，如挤出，注射，吹塑等。

高分子熔融时；外力作用发生粘性流动，形变随时间发展，不可塑的粘性流动。同时表现出可逆的弹性形变。弹性形变及其后的松驰影响制品的外观，尺寸稳定性。

聚合物的流动并不是高分子链之间的简单滑移，而是运动单元依次跃迁的结果。

6.1牛顿流体和非牛顿流体

1、牛顿流体：

剪切形变dydx，剪切应力AF，切变速率)s( )()(1-dydvdtdxdyddydxdtddtdr速度精度

牛顿流动定律：  牛顿流体：水、甘油、高分子稀溶液。

粘度η：反映液体流动阻力，单位Pa·S

2、非牛顿流体：

①宾汉流体：需要最小切应力。如油漆、沥青。

②假塑性流体：切力变稀，大多数聚合物熔体。

③膨胀性流体：切力变稠，胶乳、悬浮体系等。

非牛顿流体定义表现粘度ηa

表现粘度随时间变化：

①触变体：η随t而增加而减小；内部物理结构的破坏；胶冻，油漆、有炭黑的橡胶。

②触凝体：η随t而增加而增大；某种结构的形成。（饱和聚酯少见）

3、聚合物的粘性流动：

幂律方程：τ＝Kγn n=1牛顿流体流体 n<1假塑性流体 n>1 膨胀性流体

普适流动曲线（图9-7）①实际聚合物熔体分三个区域：第一牛顿区：零切粘度；假塑性区：随γ增大而减小；第二牛顿区：极限粘度。缠结理论解释：缠结破坏、形成的过程。

塑料工业上：熔解指数：标准化熔解指数代中测定，一定温度，一定负荷（2160g），从标准毛细管中流出，单位时间(10min)，流出的聚合物质量（克数）；PE：190℃，2160g的熔解指数MI190／2160。MI越大，流动性越好。注射级MI大，挤出MI小，吹塑之间。

影响挤出效应的因素

1. 温度：温度能够影响塑料的柔软程度，从而影响挤出效应。在挤出时，塑料需要在挤出头中塑形，因此必须处于熔融状态。过低的温度会导致塑料无法充分流动，而过高的温度会使材料变质或退火。

2. 压力和速度：塑料被挤压出来需要足够的压力和速度。当挤出机开始运转并产生压力时，塑料被推入挤出头并向外挤出。增加挤出速度会导致挤出效应的变化。

3. 挤出头形状：挤出头的形状能够影响塑料的流动性。挤出头的设计必须使得材料的流动尽可能均匀，从而消除挤出效应。不同的挤出头形状适用于不同的材料种类和挤出过程。

4. 材料特性：不同种类的塑料具有不同的挤出效应参数，因此挤出效应与材料的物理特性紧密相关。例如，一些材料的热稳定性较差，而在挤出过程中可能会发生分解或气泡，这需要额外考虑。

5. 机器配置：机器的配置包括挤出头上的喷嘴大小、上料量和挤出机功率。这些配置参数未能匹配实际挤出需求，可能导致挤出效应的不良影响。

聚合物气辅共挤中熔体体积流率对挤出胀大的影响

黄益宾;余忠;熊爱华;柳和生

【摘 要】传统挤出或共挤成型中流率是影响挤出胀大的关键因素之一.针对两种不同聚丙烯熔体,使用自制的气辅共挤实验装置和一矩形截面气辅共挤口模,实验研究了双层气辅共挤成型中熔体入口流率值及其比值对气辅共挤出胀大的影响.研究表明:随着入口体积流率及流率比的增加,气辅共挤出制品出现的胀大现象并随之增大,其挤出胀大率远小于传统共挤.气辅共挤制品的层厚可通过改变两相熔体的流率比来调整.气辅共挤实验中产生挤出胀大的主要原因在于气垫层厚度减小及未松弛熔体的回复作用,因而合理的气垫层厚度及气辅流道长度设计对控制挤出胀大有重要意义.

【期刊名称】《上饶师范学院学报》

【年(卷),期】2016(036)003

【总页数】6页(P49-54)

【关键词】聚合物;体积流率;气辅共挤;挤出胀大;流率比

【作 者】黄益宾;余忠;熊爱华;柳和生

【作者单位】上饶师范学院江西省塑料制备成型重点实验室,江西上饶334001;上饶师范学院江西省塑料制备成型重点实验室,江西上饶334001;江西农业大学,江西南昌330031;东华理工大学,江西南昌330031;上饶师范学院江西省塑料制备成型重点实验室,江西上饶334001

【正文语种】中 文 【中图分类】TQ320.66

聚合物挤出成型中由口模挤出的熔体截面积大于口模出口截面积的现象被称为挤出胀大或离模膨胀。挤出胀大现象是由聚合物粘弹特性及剪切挤出机理引起的，不仅影响挤出制品质量，而且使得挤出口模设计困难。共挤成型中同样存在挤出胀大现象，且由于涉及多相聚合物熔体而更加复杂。气体辅助共挤成型是一种新型挤出成型工艺，该工艺通过气体控制系统和气辅共挤口模，在口模壁面和共挤聚合物熔体之间形成稳定气垫层［1］，使得口模内多相熔体近似呈柱塞状流动。数值研究表明，气辅共挤流道内各处熔体的速度一致，口模出口处剪切速率和剪切应力近似为零，从而能有效防止“鲨鱼皮”现象，消除共挤出胀大［2－4］。传统挤出中流率是影响挤出胀大的关键因素之一，流率增加往往引起挤出胀大增大。已有的气辅双层共挤成型实验研究中，两相熔体入口流率均设为较小的恒定值且保持流率比为1［5，6］，而在入口流率绝对值及流率比值增大的情况下，气辅共挤出的胀大现象会有何变化却尚未可知。本文使用一矩形截面双层气辅共挤口模，通过设置两相聚丙烯（PP）熔体不同的入口体积流率值，实验研究了聚合物双层气辅共挤成型中两相熔体的流率绝对值及流率比值对气辅共挤出胀大的影响。

1 / 13 名词解释

1. 非牛顿流体：流体流动时，剪切粘度与剪切速率的关系不是线性关系（或不满足牛顿电脑功率）的流体。

2. 假塑性流体：高聚物熔体流动时，剪切粘度随剪切速率增加而降低的流体

3. 胀塑性流体：剪切粘度随剪切速率增加而增大的流体。

4. 宾汉流体:流体所受的剪切应力超过临界剪切应力后,才能变形流动的流体

5. 表现剪切粘度：流动曲线上某一点τ与γ的比值，即

6. 熔融指数：在一定的温度和负荷下，聚合物熔体每10min通过规定的标准口模的质量，单位g/10min

7. 韦森堡效应：杆在聚合物熔体中旋转时，熔体沿杆上爬的现象

8. 挤出胀大：高分子熔体从口模挤出时，挤出物的直径比毛细管口模直径大的现象

9. 不稳定流动和熔体破裂：高分子熔体从口模挤出时，超过某一临界剪切速率，分别出现波浪形、鲨鱼皮形、竹节形、螺旋形畸变，最后导致无规则的挤出物断裂。

10. 冷冻皮层：熔体进入冷模后，贴近模壁的熔体很快凝固，速度锐减，形成冷冻皮层

11. 可恢复变形：先对流变仪中的液体施以一定的外力，使其形变，然后在一定时间内维持该形变保持恒定，而后撤去外力，使形变自然恢复，有一部分形变得到恢复

12. 第2光滑挤出区：在剪切速率继续增大时，熔体在模壁附近会出现

13. 凝固层：熔体进入冷模后，贴近模壁的熔体很快凝固，速度锐减，形成凝固层。

14. 松弛时间：指物体受力变形，外力解除后材料恢复正常状态所需的时间。

15. 螺杆特性曲线： 其中, Δp为沿螺杆轴向全长总压力降.

a) α为正流系数, β为反流系数, γ为漏流系数.

16. α β γ为与螺杆几何尺寸有关的量,由Q对Δp作图可得到螺杆的挤出特性曲线.

17. 入口校正：在毛细管入口处的压力降并不反映真实的压力降。如没有入口效应，实际作用于长L管的切应力比有入口效应的要小，所以要扣除这部分入口效应引起的压力降，这过程称为入口校正