第四节 熔融理论.ppt

第一页，共三十二页，2022年，8月28日 熔融理论研究的对象： 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、工艺条件、物料性质对熔融过程 的影响。 第二页，共三十二页，2022年，8月28日 一、熔融过程 实验方法： 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，总结规律。 第三页，共三十二页，2022年，8月28日 实验结果 塑料的全部熔融过程是在螺杆熔化段内进行的； 整个熔化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，共三十二页，2022年，8月28日 特点：（1）螺槽中：固液两相有明显的分界面 （2）固体（由未熔的冷、热粒子组成） 在热和压力下形成整体——固体床； 液体 熔膜 机筒内表面 螺槽的顶部 由于机筒加热、 摩擦生热，T→Tm 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，共三十二页，2022年，8月28日 （3）熔融区 设固相宽为X,槽宽为W。 熔融开始处， 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。 X＝f(z)——固相分布函数。 熔融区 固体 输送 熔体 输送 X Z 液 固 A A A--A X W 第六页，共三十二页，2022年，8月28日 二、简化与假设条件——建立物理模型 （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 —— Vb＝πD 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， x,δ不是t的函数。 第七页，共三十二页，2022年，8月28日 （3）固体是连续的均质体，矩形截面， 固体床无限深（ρ不变）。 （4）液体是牛顿流体，熔融仅在分界 面上进行（此处传热多，剪切热 多）各处δ不变。 （5）传热仅沿Y方向进行，其他面为 等温面。 第八页，共三十二页，2022年，8月28日 关于熔融模型的三点说明： （1）物料温度：热源 机筒传入 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Tm,顶面温度为Tb， 底面温度为Ts, 传热介质不同，温度分布规律不同。 第九页，共三十二页，2022年，8月28日 （2）固、液体 液体的生成：固体床 Vsy 上升到分界面 熔融 熔膜厚度δ Vbx 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，共三十二页，2022年，8月28日 （3）运动速度 螺杆不动，料筒平移 料筒平移速度Vb＝πD n 方向与螺杆转动反向 物料沿螺槽前进Vsz, 求机筒对物料的速度Vj。 Vj＝ Vb－ Vsz Vb Vbx Vs z Vj X Z Y 机头 固 液 Vbz Vs z 第十一页，共三十二页，2022年，8月28日 三、熔融过程的数学分析 方法：取微元，dz段 研究微元 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 －ρs Vsz d(HX)=ωdz ——（1） 第十二页，共三十二页，2022年，8月28日 －ρs Vsz d(HX)=ωdz —(1) H有两种情况 等深螺槽 H为常数 渐变螺槽 H=H1-AZ A——渐变度； H1——加料段槽深； H2——压缩段结束处槽深； Z2——压缩段展开长度。 ρs——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； H0——熔融区起点处螺槽深度； W——螺槽宽度。 ω未知 第十三页，共三十二页，2022年，8月28日 2.熔膜在dz段上的质量平衡