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超高分子量聚乙烯擠出壓力波動與熔體擠出畸變的關(guān)系
信息來自:超高分子量聚乙烯54tz.cn 發(fā)布日期：2013-6-21 瀏覽次數(shù)：105
導讀： 正常擠出工藝中維持擠出所需的壓力始終是穩(wěn)定的。但高速擠出時，由于流場邊界條件突變或流動應力集中效應造成流動紊亂，擠出壓力會異常波動。波動的頻率不等，振幅可達幾兆帕。既可能是口模內(nèi)壓力波動，也可能是口模入口壓力波動。研究表明，擠出壓力出現(xiàn)異常波動與擠出物畸變聯(lián)系緊密。不同聚合物熔體發(fā)生擠出壓力波動的形式和強度不同，因此被視為
正常擠出工藝中維持擠出所需的壓力始終是穩(wěn)定的。但高速擠出時，由于流場邊界條件突變或流動應力集中效應造成流動紊亂，擠出壓力會異常波動。波動的頻率不等，振幅可達幾兆帕。既可能是口模內(nèi)壓力波動，也可能是口模入口壓力波動。研究表明，擠出壓力出現(xiàn)異常波動與擠出物畸變聯(lián)系緊密。不同聚合物熔體發(fā)生擠出壓力波動的形式和強度不同，因此被視為辨認聚合物熔體擠出流變行為的一種特征指紋。
采用恒速型毛細管流變儀測試擠出熔體時，壓力傳感器測得的總壓力△P包含三部分：入口壓力△Pent，機內(nèi)壓力（即模具內(nèi)壓力）△Pcap和出口壓力△Pexit�！鱌exit較小，主要研究入口壓力和機內(nèi)壓力。
△Pcap是指作用在機體兩端的壓差，該壓力用于建立機體內(nèi)黏彈性流動。由于在機體內(nèi)熔體/管壁邊界附近的剪切應力和剪切速率最大，因此△Pcap主要消耗在機體內(nèi)壁附近，用于克服內(nèi)、外摩擦力和引起分子鏈構(gòu)象變化。
△Pent具有最重要的流變學意義，是建立入口區(qū)穩(wěn)定流暢的必要條件，它是黏彈性流體流經(jīng)截面形狀或尺寸急劇變化的流道時經(jīng)歷強拉伸流和剪切流，以至于儲存和損耗部分能量的結(jié)果。試驗表明全部入口壓力損失中95%用于彈性儲能，5%用于黏性損耗，因此△Pent可作為熔體彈性的一種度量。
對于一個穩(wěn)定擠出流動而言，要求△Pent和△Pcap都是穩(wěn)定的。一旦某種因素引起壓力波動，擠出流動將失穩(wěn)，進而引發(fā)擠出物畸變。壓力波動有兩種情形：△Pent和△Pcap波動。通過測試量△Pent和△Pcap隨擠出速率的發(fā)展變化，可以探究壓力波動的緣由及其與擠出畸變的關(guān)系。
根據(jù)超高分子量聚乙烯熔體擠出速率發(fā)展情況。壓力波動時，對應的擠出物出現(xiàn)黏—滑畸變，但并未影響擠出壓力的穩(wěn)定性。值得注意的是高速擠出時熔體/管壁的邊界附近的剪切形變大，流動應力集中效應顯著。當剪切應力大于熔體/管壁間的最大靜摩擦力時，熔體沿管壁脫附，發(fā)生大規(guī)�；瑒�，邊界狀態(tài)突變，由黏界面變?yōu)榛缑妫瑝毫E降而流量突增。
擠出壓力主要分布在口模內(nèi)及口模入口區(qū)2部分。對于不同聚合物熔體，擠出壓力的分布和容易發(fā)生流動應力集中的區(qū)域和位置不同。為了比較不同熔體擠出壓力的分布，考察流動應力集中效應，定義一個新物理量δ，δ等于入口壓力占總壓力的比值。
考察δ值隨擠出速率的變化可見，超高分子量聚乙烯熔體的δ值幾乎不隨擠出速率而變，但超高分子量聚乙烯板材用擠出方式則δ值隨擠出速率增大而增大，低速率下δ很小，高速率下δ可增大的超過10%。這表明隨擠出速率增大，線性聚合物熔體的流動應力集中點的位置逐漸從口模內(nèi)壁向口模入口區(qū)遷移。，
采用恒速型毛細管流變儀測試擠出熔體時，壓力傳感器測得的總壓力△P包含三部分：入口壓力△Pent，機內(nèi)壓力（即模具內(nèi)壓力）△Pcap和出口壓力△Pexit�！鱌exit較小，主要研究入口壓力和機內(nèi)壓力。
△Pcap是指作用在機體兩端的壓差，該壓力用于建立機體內(nèi)黏彈性流動。由于在機體內(nèi)熔體/管壁邊界附近的剪切應力和剪切速率最大，因此△Pcap主要消耗在機體內(nèi)壁附近，用于克服內(nèi)、外摩擦力和引起分子鏈構(gòu)象變化。
△Pent具有最重要的流變學意義，是建立入口區(qū)穩(wěn)定流暢的必要條件，它是黏彈性流體流經(jīng)截面形狀或尺寸急劇變化的流道時經(jīng)歷強拉伸流和剪切流，以至于儲存和損耗部分能量的結(jié)果。試驗表明全部入口壓力損失中95%用于彈性儲能，5%用于黏性損耗，因此△Pent可作為熔體彈性的一種度量。
對于一個穩(wěn)定擠出流動而言，要求△Pent和△Pcap都是穩(wěn)定的。一旦某種因素引起壓力波動，擠出流動將失穩(wěn)，進而引發(fā)擠出物畸變。壓力波動有兩種情形：△Pent和△Pcap波動。通過測試量△Pent和△Pcap隨擠出速率的發(fā)展變化，可以探究壓力波動的緣由及其與擠出畸變的關(guān)系。
根據(jù)超高分子量聚乙烯熔體擠出速率發(fā)展情況。壓力波動時，對應的擠出物出現(xiàn)黏—滑畸變，但并未影響擠出壓力的穩(wěn)定性。值得注意的是高速擠出時熔體/管壁的邊界附近的剪切形變大，流動應力集中效應顯著。當剪切應力大于熔體/管壁間的最大靜摩擦力時，熔體沿管壁脫附，發(fā)生大規(guī)�；瑒�，邊界狀態(tài)突變，由黏界面變?yōu)榛缑妫瑝毫E降而流量突增。
擠出壓力主要分布在口模內(nèi)及口模入口區(qū)2部分。對于不同聚合物熔體，擠出壓力的分布和容易發(fā)生流動應力集中的區(qū)域和位置不同。為了比較不同熔體擠出壓力的分布，考察流動應力集中效應，定義一個新物理量δ，δ等于入口壓力占總壓力的比值。
考察δ值隨擠出速率的變化可見，超高分子量聚乙烯熔體的δ值幾乎不隨擠出速率而變，但超高分子量聚乙烯板材用擠出方式則δ值隨擠出速率增大而增大，低速率下δ很小，高速率下δ可增大的超過10%。這表明隨擠出速率增大，線性聚合物熔體的流動應力集中點的位置逐漸從口模內(nèi)壁向口模入口區(qū)遷移。，
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