Click to edit Master title style,Click to edit Master text styles,Second level,Third level,Fourth level,Fifth level,11/7/2009,#,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,第四节 熔融(rngrng)理论,第一页，共34页。,熔融理论研究的对象(duxing)：压缩段、熔融区,Maddock,Street 1959和1961年,相迁移理论,Tadmor 1966年，在此基础上建立数学模型,主要研究的问题：,熔融过程；,用数学式表示固相分布规律定量计算熔融区,长度；,分析螺杆参数(cnsh)、工艺条件、物料性质对熔融过程,的影响。,第二页，共34页。,一、熔融(rngrng)过程,实验方法(fngf)：,顶出螺杆法,剖分机筒法,透明机筒法,静态观察法,剥料带，切片,观察，总结(zngji)规律。,第三页，共34页。,实验(shyn)结果,塑料的全部熔融过程是在螺杆熔化(rnghu)段内进行的；,整个熔化(rnghu)过程直接反映为固相宽度沿螺槽方向距离变化的规律；,固相宽度沿螺槽方向距离的变化规律，决定于螺杆参数、操作工艺条件和塑料的物理性能。,第四页，共34页。,特点(tdin)：（1）螺槽中：固液两相有明显的分界面,（2）固体（由未熔的冷、热粒子(lz)组成）,在热和压力下形成整体固体床；,液体(yt),熔膜,机筒内表面,螺槽的顶部,由于机筒加热、,摩擦生热，TT,m,熔池,熔膜达到一定厚度时，机筒与螺杆,相对运动，螺棱刮下熔膜，堆积成熔池,第五页，共34页。,（3）熔融(rngrng)区 设固相宽为X,槽宽为W。,熔融(rngrng)开始处，结束处，,设坐标系：,Z沿螺槽方向，,Y槽深方向，,X固体床宽度方向。,Xf(z)固相分布函数。,熔融(rngrng)区,固体,输送,熔体,输送,X,Z,液,固,A,A,A-A,X,W,第六页，共34页。,二、简化与假设条件建立物理(wl)模型,（1）将螺杆与料筒展开，令螺杆不动，,料筒平移。,方向 与螺杆转向相反；,速度大小 VbD n,(2)稳定挤出（稳定熔融）,物料前进速度不变,固液共存，有明显的分界面(jimin)，,x,不是t的函数。,第七页，共34页。,（3）固体是连续(linx)的均质体，矩形截面，固体床无限深（不变）。,（4）液体是牛顿流体，熔融(rngrng)仅在分界,面上进行（此处传热多，剪切热,多）各处不变。,（5）传热仅沿Y方向进行，其他面为,等温面。,第八页，共34页。,关于熔融(rngrng)模型的三点说明：,（1）物料(w lio)温度：热源,机筒传入(chun r),液相物料,剪切生热,只在Y方向有温差，X、Z为等温面。,分界面处的温度为T,m,顶面温度为T,b,，,底面温度为T,s,传热介质不同，温度分布规律不同。,第九页，共34页。,（2）固、液体(yt),液体的生成(shn chn)：固体床,V,sy,上升(shngshng)到分界面,熔融,熔膜厚度,V,bx,拖曳,形成熔池，,使X。,固体：Vsy上升到分界面,熔膜,但高度不变,愈来愈窄，X,（熔池把固体床挤窄）,第十页，共34页。,（3）运动(yndng)速度,螺杆不动，料筒平移,料筒平移速度VbD n,方向与螺杆转动反向,物料(w lio)沿螺槽前进Vsz,求机筒对物料(w lio)的速度Vj。,Vj Vb Vsz,V,b,V,bx,V,s z,V,j,X,Z,Y,机头,固,液,V,bz,V,s z,第十一页，共34页。,三、熔融(rngrng)过程的数学分析,方法(fngf)：取微元，dz段,研究(ynji)微元,质量平衡,热量平衡,建立,质量,热量,平衡方程式,1.,固体在dz段上的质量平衡,单位时间内,进入dz段上的固体量,流出dz段上的固体量,dz段上熔融的固体量,s,V,sz,d(HX)=,dz,（1）,第十二页，共34页。,s Vsz d(HX)=,dz,(1),H有两种情况(qngkung),等深螺槽 H为常数(chngsh),渐变(jinbin)螺槽 H=H1-AZ,A渐变度；,H,1,加料段槽深；,H,2,压缩段结束处槽深；,Z,2,压缩段展开长度。,s,固体床密度；,Vsz固体床沿螺槽Z的速度。,G稳定挤出时的质量生产率；,H,0,熔融区起点处螺槽深度；,W螺槽宽度。,未知,第十三页，共34页。,2.熔膜在dz段上的质量平衡单位(dnwi)时间单位(dnwi)长度上,固体(gt)沿Y加入,熔膜的物料量,熔膜加入(jir),熔池的物料量,熔化速率,（2）,Vsy,未知,第十四页，共34页。,3.分界面单位面积(min j)上的热量平衡,（热量只在Y方向(fngxing)传递）,单位时间(shjin)、单位面积上,由熔膜传入,分界面的热量,由分界面传入,固体床的热量,物料熔融,所吸收的热量,q,m,-q,s,=,s,V,sy,.1.,（3）,物料的熔融潜热。,第十五页，共34页。,（1）q,m,把X轴（Y的原点）放在分界面上(min shn),傅立叶定律：,Km-液体物料的导热系数。,求 用能量方程,y,q,m,q,s,0,X,第十六页，共34页。,（2）固、液体(yt),料筒平移速度VbD n,熔膜在dz段上的质量平衡单位(dnwi)时间单位(dnwi)长度上,渐变度 A,提高Tb有利于熔融，但有最佳值,（四）影响熔融过程(guchng)因素的讨论,简化能量方程（分析(fnx)不为0的项）,熔融(rngrng)开始处，结束处，,熔点(rngdin)热导率W/(mk)Zt,qm-qs=s Vsy.,H0熔融区起点处螺槽深度；,方向 与螺杆转向相反；,提高Tb有利于熔融，但有最佳值,物料(w lio)的热性能（比热、热导率、潜热、熔点）,相对运动，螺棱刮下熔膜，堆积成熔池,三、熔融(rngrng)过程的数学分析,流动(lidng)场中能量守恒方程,第十七页，共34页。,步骤(bzhu)：,简化能量方程；,对方程两边积分，代入边界条件，,得到温度(wnd)分布方程；,求 ，令y=0,可求得qm。,Y,q,m,q,s,第十八页，共34页。,简化能量方程（分析(fnx)不为0的项）,不为(b wi)0的项,方程(fngchng)化简为：,Km-液体物料的导热系数。,第十九页，共34页。,对方程两边(lingbin)积分，边界条件：,从方程(fngchng),求温度(wnd)分布式,得,可见，T与y成二次曲线关系。,求,结果为：,第二十页，共34页。,（2）q,s,可从能量(nngling)方程求得,解微分方程(wi fn fn chn)，边界条件：,温度(wnd),分布方程,第二十一页，共34页。,熔融(rngrng)区温度分布特点：,熔膜处,固体(gt)床处,Y=0,x,Y T,T,b,T,m,T,s,熔膜处T与y呈两次曲线(qxin)关系，,固体床处T与y呈指数关系。,第二十二页，共34页。,从上式求,将q,m,q,s,带入（3）,（3,),（3）、（1）、（2）联立，解出未知数,X=f(z)、Vsy、，确定(qudng)X、Y的关系。,第二十三页，共34页。,求出：,令,=,熔膜给热，,与qs有关(yugun),固体(gt)床吸热，,与qm有关,是度量(dling)熔融速率大小的物理量，大，熔得快，,由已知量组成，供热量，。,第二十四页，共34页。,等深螺槽：,渐变(jinbin)螺槽：,第二十五页，共34页。,（四）影响熔融过程(guchng)因素的讨论,操作条件,（1）输送量 G,等深螺槽,渐变螺槽,要提高产量G且熔融完全必须提高ZTL/D,渐变螺杆(lu n)有助于提高挤出机的塑化能力,第二十六页，共34页。,（四）影响熔融过程(guchng)因素的讨论,操作(cozu)条件,（2）螺杆转速 n,高阻力机头,低阻力机头,机头阻力ZT,提高机头压力(yl)，有助于物料熔融塑化,第二十七页，共34页。,（四）影响熔融过程(guchng)因素的讨论,操作条件,（3）机筒温度 Tb,提高Tb有利于熔融，但有最佳值,（4）物料温度 Ts,加料段升温，使物料预热,可除去(ch q)水分，有利于熔融,第二十八页，共34页。,（四）影响熔融过程因素(yn s)的讨论,物料(w lio)性质,物料(w lio)的热性能（比热、热导率、潜热、熔点）,流变性能（粘度）,密度,举例说明：,熔点(rngdin)热导率W/(mk)Zt,聚丙烯 170 0.220.43 长,聚乙烯 135 0.51 短,第二十九页，共34页。,（四）影响熔融(rngrng)过程因素的讨论,螺杆(lu n)参数的影响,（1）等深螺杆与渐变(jinbin)螺杆的比较,ZT（渐变(jinbin)）ZT（等深）,在熔融区，螺杆渐变(jinbin)对熔融有利,（等深）,（渐变）,第三十页，共34页。,（四）影响(yngxing)熔融过程因素的讨论,螺杆(lu n)参数的影响,（2）渐变度 A 的影响,渐变度 A,对熔融有利，,对输送不利。,只能(zh nn)适度,第三十一页，共34页。,精品(jn pn)课件！,第三十二页，共34页。,精品(jn pn)课件！,第三十三页，共34页。,（四）影响熔融过程(guchng)因素的讨论,不稳定挤出时固体(gt)床解体现象,（1）什么是固体床解体？,（2）解体原因,外因(wiyn)：,内因：,（3）解体后果,（4）防止解体,第三十四页，共34页。,