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振動(dòng)立場下螺旋芯棒式管材機(jī)頭內(nèi)熔體流動(dòng)探討
信息來自:超高分子量聚乙烯54tz.cn 發(fā)布日期：2013-1-6 瀏覽次數(shù)：105
導(dǎo)讀： 超高分子量聚乙烯管材在建筑、市政建設(shè)、礦山工程、化工冶化、水利工程、油氣集輸?shù)阮I(lǐng)域有著廣泛和重要的應(yīng)用。隨著使用范圍的日益擴(kuò)大，人們對管材的質(zhì)量要求愈來愈高，既要具有良好物理力學(xué)性能，還要具有較長的使用壽命。在超高分子量聚乙烯管材的生產(chǎn)中，過去一半采用傳統(tǒng)的支架式機(jī)頭，隨著管材管徑的增大和產(chǎn)量的提高，傳統(tǒng)機(jī)頭已無法解決熔體
超高分子量聚乙烯管材在建筑、市政建設(shè)、礦山工程、化工冶化、水利工程、油氣集輸?shù)阮I(lǐng)域有著廣泛和重要的應(yīng)用。隨著使用范圍的日益擴(kuò)大，人們對管材的質(zhì)量要求愈來愈高，既要具有良好物理力學(xué)性能，還要具有較長的使用壽命。在超高分子量聚乙烯管材的生產(chǎn)中，過去一半采用傳統(tǒng)的支架式機(jī)頭，隨著管材管徑的增大和產(chǎn)量的提高，傳統(tǒng)機(jī)頭已無法解決熔體流動(dòng)不均和熔接痕等問題。對于高質(zhì)量大口徑超高分子量聚乙烯管材的生產(chǎn)，有一種螺旋芯棒式機(jī)頭可以達(dá)到相關(guān)要求。自從Procter首次報(bào)道分析熔體在螺旋芯棒擠出機(jī)頭內(nèi)流動(dòng)的簡化方法以來，許多學(xué)者采用不同方法分析和模擬了螺旋芯棒式機(jī)頭內(nèi)的熔體流動(dòng)。各種流動(dòng)過程也越來越接近真實(shí)情況。
在聚合物加工成型中，引入振動(dòng)力場地研究逐漸成為熱點(diǎn)之一。包括電磁動(dòng)態(tài)塑化擠出機(jī)與普通擠出機(jī)相比具有優(yōu)異的性能，振動(dòng)力場地引入具有降低能耗、降低熔體黏度、提高制品性能和混煉效果好等優(yōu)點(diǎn)。
因此，研究振動(dòng)力場作用下聚合物熔體在機(jī)頭內(nèi)的速度、壓力、剪切速率、黏度等流場分布規(guī)律以及熔體對振動(dòng)立場的響應(yīng)具有重要的意義。但是聚合物熔體內(nèi)部的流動(dòng)狀況，但是聚合物熔體內(nèi)部的流動(dòng)狀況很難用實(shí)驗(yàn)方法測得。使用一些程序軟件，可以對振動(dòng)立場的作用下螺旋芯棒式管材擠出機(jī)頭熔體流動(dòng)特性進(jìn)行數(shù)值模擬，為深入研究聚合物動(dòng)態(tài)成型機(jī)理、優(yōu)化聚合物振動(dòng)擠出成型工藝參數(shù)和振動(dòng)擠出成型機(jī)頭結(jié)構(gòu)參數(shù)提供理論基礎(chǔ)和依據(jù)。
振動(dòng)立場改變了聚合物熔體的流變行為，使熔體的流動(dòng)特性發(fā)生改變。由于在高分子熔體流動(dòng)過程中疊加振動(dòng)力場后，振動(dòng)對流場不斷生產(chǎn)的瞬時(shí)擠壓和釋放作用，有效地促進(jìn)了高分子解纏和取向，減小了分子鏈段之間的摩擦阻力。大分子鏈的解纏和取向降低了聚合物熔體流動(dòng)時(shí)的阻力，宏觀上表現(xiàn)為熔體黏度降低。熔體黏度的減小，使熔體通過機(jī)頭的阻力減小，使機(jī)頭的阻力減小，即機(jī)頭的壓力降低。熔體速度基本不變，分析其原因，是因?yàn)槿垠w速度平均值取的是Z=214mm界面的速度平均值，由施加的邊界條件可知，機(jī)頭入口體積流率是不變的，即一個(gè)振動(dòng)周期內(nèi)Z=214mm面內(nèi)平均體積流率也是不變的，故該截面上的速度平均值也是不變的，故該截面上的速度平均值也是不變的。
基于電腦軟件，包括建立數(shù)據(jù)模型分析，隨振動(dòng)立場的引入，流道內(nèi)熔體的剪切速率、黏度、剪切應(yīng)力、壓力和速度等呈周期性規(guī)律變化。另一方面，隨著振動(dòng)頻率或振幅的增加，流場的剪切速率平均值有一定程度的增加，而流場地剪切速率平均值、剪切應(yīng)力平均值和壓力平均值均有一定程度的下降。
在聚合物加工成型中，引入振動(dòng)力場地研究逐漸成為熱點(diǎn)之一。包括電磁動(dòng)態(tài)塑化擠出機(jī)與普通擠出機(jī)相比具有優(yōu)異的性能，振動(dòng)力場地引入具有降低能耗、降低熔體黏度、提高制品性能和混煉效果好等優(yōu)點(diǎn)。
因此，研究振動(dòng)力場作用下聚合物熔體在機(jī)頭內(nèi)的速度、壓力、剪切速率、黏度等流場分布規(guī)律以及熔體對振動(dòng)立場的響應(yīng)具有重要的意義。但是聚合物熔體內(nèi)部的流動(dòng)狀況，但是聚合物熔體內(nèi)部的流動(dòng)狀況很難用實(shí)驗(yàn)方法測得。使用一些程序軟件，可以對振動(dòng)立場的作用下螺旋芯棒式管材擠出機(jī)頭熔體流動(dòng)特性進(jìn)行數(shù)值模擬，為深入研究聚合物動(dòng)態(tài)成型機(jī)理、優(yōu)化聚合物振動(dòng)擠出成型工藝參數(shù)和振動(dòng)擠出成型機(jī)頭結(jié)構(gòu)參數(shù)提供理論基礎(chǔ)和依據(jù)。
振動(dòng)立場改變了聚合物熔體的流變行為，使熔體的流動(dòng)特性發(fā)生改變。由于在高分子熔體流動(dòng)過程中疊加振動(dòng)力場后，振動(dòng)對流場不斷生產(chǎn)的瞬時(shí)擠壓和釋放作用，有效地促進(jìn)了高分子解纏和取向，減小了分子鏈段之間的摩擦阻力。大分子鏈的解纏和取向降低了聚合物熔體流動(dòng)時(shí)的阻力，宏觀上表現(xiàn)為熔體黏度降低。熔體黏度的減小，使熔體通過機(jī)頭的阻力減小，使機(jī)頭的阻力減小，即機(jī)頭的壓力降低。熔體速度基本不變，分析其原因，是因?yàn)槿垠w速度平均值取的是Z=214mm界面的速度平均值，由施加的邊界條件可知，機(jī)頭入口體積流率是不變的，即一個(gè)振動(dòng)周期內(nèi)Z=214mm面內(nèi)平均體積流率也是不變的，故該截面上的速度平均值也是不變的，故該截面上的速度平均值也是不變的。
基于電腦軟件，包括建立數(shù)據(jù)模型分析，隨振動(dòng)立場的引入，流道內(nèi)熔體的剪切速率、黏度、剪切應(yīng)力、壓力和速度等呈周期性規(guī)律變化。另一方面，隨著振動(dòng)頻率或振幅的增加，流場的剪切速率平均值有一定程度的增加，而流場地剪切速率平均值、剪切應(yīng)力平均值和壓力平均值均有一定程度的下降。
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