单螺杆振动塑化挤出机中聚合物熔体流动过程动态特性研究

摘要

任何聚合物材料必须经过成型加工才能体现出各种优良性能，因此都要涉及到对熔体流动过程特性的研究，前人对挤出中熔体流动过程动态特性的研究或多或少存在一些不足。到目前为止，对完全真实模拟聚合物螺杆振动塑化挤出机成型加工情况下的熔体流动过程动态特性的研究还不够深入或不够完善。因此，展开对聚合物熔体流动过程动态特性的研究，对高分子材料动态加工中熔体本构方程的发展建立、动态成型加工设备的优化设计、以及获得性能良好的制品，实现高产、优质、低耗，具有重要的科学价值和现实意义。 本文在合理的假设前提下，采用幂律流体模型，对单螺杆振动塑化挤出机计量段熔体输送行为进行了详细的理论分析研究，建立了幂律流体动态挤出方程，得到了基于可测量参数的熔体动态流量、剪切应力、剪切速率和表观粘度的表征公式，给出了求解幂律流体非牛顿指数n和稠度K的数学公式和数学方法。在建立的动态流率和流动指数的表征公式基础上，对振动力场作用下单螺杆挤出机毛细管模头中熔体的流动过程进行了理论分析研究，并与螺杆中熔体挤出流动过程的研究结果进行了比较，分析表明熔体在螺槽和毛细管模头中的熔体流动过程的动态特性对振动力场的响应规律趋于一致。 本文还进行了以测量得到表征公式中的参数为目的的实验研究。通过在聚合物动态流变综合测试仪上做实验并测得动态挤出压力、平均流量、振动频率、螺杆轴向振幅等动态参数。最后对实验结果进行分析研究，计算得到了实验条件下，所用材料的动态挤出方程中的流动指数n和稠度K。对结果的分析研究表明：振动作用下，流量将产生周期性脉动，其脉动幅值系数εq是压力脉动幅值系数εp和螺杆速度幅值系数εv的非线性之和；振动能使剪切速率增大，能有效降低聚合物熔体的粘度；振动能降低挤出压力，在产量一定的情况下，振动的引入能实现低压挤出。

目录

文摘

英文文摘

论文说明：物理量名词及符号表

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第一章绪论

1.1前言

1.2挤出机螺杆计量段聚合物熔体输送过程的研究概述

1.2.1稳态下挤出机熔体输送过程的研究

1.2.2振动力场作用下挤出机熔体输送过程的研究

1.3聚合物熔体流动过程特性的研究概述

1.3.1聚合物熔体流动过程稳态特性的研究

1.3.2聚合物熔体流动过程动态特性的研究

1.3.3聚合物熔体流动过程特性的实验研究方法

1.4本论文研究的目的和意义

1.5本论文的主要研究内容

1.6本章小结

第二章振动塑化单螺杆挤出机中熔体输送分析

2.1螺杆计量段熔体流动方程的建立

2.1.1物理模型的建立

2.1.2数学模型的建立

2.2聚合物熔体动态流率的解析分析

2.2.1熔体动态流率的初步解析

2.2.2熔体速度分布出现极值位置的详细解析

2.2.3基于可测量参数的动态流率的完全解析

2.2.4关于对动态和稳态压力平均值的讨论

2.3熔体动态剪切速率和表观粘度的解析分析

2.3.1螺槽宽度方向剪切速率的求解

2.3.2熔体输送方向剪切速率的求解

2.3.3两个方向总剪切速率的求解

2.3.4熔体表观粘度的求解

2.4本章小结

第三章毛细管模头内熔体流动过程动态特性研究

3.1熔体在毛细管模头内动态流动模型的建立

3.1.1物理模型的建立

3.1.2数学模型的建立

3.2毛细管中熔体动态剪切应力、剪切速率和表观粘度求解

3.2.1熔体在毛细管模头内动态剪切应力的解析

3.2.2熔体在毛细管模头内动态剪切速率的求解

3.3.3熔体在毛细管模头内动态表观粘度的计算

3.3本章小结

第四章实验研究

4.1实验目的和实验内容

4.1.1实验目的

4.1.2实验内容

4.2实验设备及实验现场图

4.2.1单螺杆挤出装置

4.2.2信号检测装置

4.2.3数据采集系统及其他测量仪表

4.3实验材料

4.4实验方法和步骤

4.4.1实验中改变的工艺参数

4.4.2实验步骤

4.5实验数据中振动位移信号和压力信号的处理

4.6本章小结

第五章结果分析与讨论

5.1基本参数计算及分析

5.1.1压力与流量相位差的近似计算

5.1.2非牛顿指数n和稠度K的求解

5.2流量脉动、压力脉动及螺杆速度脉动系数相互关系分析

5.3振动力场对产量-机头压力关系的影响

5.4振动力场对剪切速率和表观粘度的影响

5.5本章小结

结 论

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文

致谢