挤出模头设计讲解
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➢ 界面不稳定现象与囊 包现象无直接的关系， 因为在相同材料的合 流共挤出中也会发生 分界面不稳定现象
➢ 两层熔流汇合后，流道在二维方向上的变动 （扩张或收缩）会在分界面上产生正应力，这 对分界面有正负两方面的影响。
➢扩张型流道对不稳定有较强的加剧作用，而收 缩型流道对流动有稳定作用。有经验指出，分 流筋的流出角约8°，对界面稳定最有利
➢在挤出模头设计中，让模头的工作点不落到可 能产生壁滑移的流动区域是十分必要的。
➢拐角处熔体流动就容易出现引起熔体破裂的黏 滑效应或材料滞留现象
5 多层流动
➢ 在多股聚合物熔体汇 合形成的多层流动中， 会出现两种现象：囊 包和界面不稳定
➢ 囊包现象是指，当两 股熔体并行流动时， 低黏度的熔体总是试 图包围高黏度的熔体。
➢剪切速率对聚合物熔体黏度的影响十分强烈， 高剪切速率下的黏度值可能会比低剪切速率下 的黏度值小几个数量级，而不同种类的聚合物 对剪切速率的敏感性也有很大的差异
PVC-U模塑料组分对黏度的影响
➢ (1) PVC树脂本身结构的影响 ：分子量M是影 响聚合物流变性能的最主要因素。聚合物熔体 的黏度随分子量Mw的增加而增大
➢2）要让型材坯料均匀地挤出
➢在模头出口处，料流截面上各部分的平均流 速相等。否则，在同样的牵引速度下，离开 模头后的型坯各部分的形状就会产生不一样 的变化——“稳”
➢薄壁型材——截面形状复杂——壁厚也并不 完全相等——异型材的各种功能块结构大多 数不是规范的几何形状。
➢要想获得均匀的流速分布，必须对各部分流 道中的流动阻力进行调整
塑料熔体的粘性流动
➢低分子流动
➢聚合物熔体黏性流动及其黏度的数学模型
影响黏性流动的因素
➢1 温度对黏度的影响 ➢聚合物熔体的流动黏度受温度的影响十分显著，
一般黏度随着温度的升高而降低。 ➢因为当温度升高时聚合物分子的链段活动能力
增加，熔体的“自由体积”也会扩大，所以聚 合物熔体的流动性增大，黏度降低。 ➢不同的聚合物在不同的温度段，不同的剪切速 率和剪切应力范围内，其黏度受温度影响的敏 感程度是不同的
➢(2) PVC-U模塑料配方的影响 ： （ PVC-U模塑料需
要稳定剂以防止热降解；需要改性剂以改善抗冲击性能；需要
润滑剂和其他加工助剂，以增加流动性、降低加工温度等）这 些添加剂的存在对模塑料的流动性能产生了复 杂的影响。其中以润滑剂的影响最为显著，
聚合物的粘弹性现象——1）入口效应
➢入口效应(Entry Effect)是指聚合物熔体在通过 截面急剧变化的入口区时，会产生特别大的压 力降即入口压力损失△pE
挤出模头设计的基本要求
➢3）需要产生适当的背压
➢挤出机螺杆与螺筒之间的模塑料，只有 在一定的压力下才能实现塑化的要求，该 压力称为背压。
➢背压的大小主要是由模塑料料流通过
模头流道时产生的压力降(△p)所决定的。
背压过低会导致模塑料塑化不良，不能 保证制品的物理性能；而背压高将消耗 更多的动力，过高还可能对设备造成过 度的磨损，甚至损坏
离膜膨胀又称出口膨胀现象。 原因：受剪切而被迫舒展的高分子链出孔时突然 自由，高弹形变立即得以恢复。
解决：补偿，估计会膨胀多少，然后扣除。如要 做椭圆，采用近长方形模具
➢聚合物离模膨胀有以下特点。
➢1）膨胀比β随熔体剪切速率ý的增大而增大。
➢2）在剪切速率ý恒定的情况下，膨胀比β随 模头长径比(L／DA)的增加而减小，在L/DA 超过某一数值时，β趋于一定值。
➢ 离模膨胀用膨胀比口来表示：
➢ ①由于入口效应等原因造成熔体流动收敛，对高分子 链产生拉伸作用，形成可恢复的弹性形变，在挤出模 头中来不及松弛，离开口模后才得以恢复，从而引起 离模膨胀，故又称此为记忆效应，好像是高分子记忆 着入口前的形状。
➢ ②聚合物熔体在模头内剪切流动亦伴随有弹性形变， 由于剪切应力和法向应力差也会使分子链的构象发生 改变，导致弹性形变。在熔体离开口模后，弹性形变 回复，造成离模膨胀。
➢入口效应被总结为聚合物熔体中弹性的能量储 存，即在流道收缩面大分子沿流线敛集方向， 取向拉伸，以弹性变形能的形式消耗能量。
➢在PVC-U挤出模头的实践中，一般认为保持入 口半角α小于12°是有利的
源自文库
2 离膜膨胀
➢ 聚合物熔体挤出物的尺寸和截面形状与挤出口模不同， 有明显的胀大，这一现象被称为巴拉斯( Barus)效应， 又称为离模膨胀(Die Swell)或出口膨胀。
挤出模头设计的基本要求
➢1）要有正确的出口截面形状 ➢从模头挤出的异型材型坯的截面形状——不 是产品的最终截面形状——近似 ➢型坯挤出模头后受牵引经过气隙进入定型模 中，其至少还将受到3种不能忽略的作用：离 模膨胀、拉伸变形和冷却收缩，这些作用将 会改变型坯截面的形状和尺寸
挤出模头设计的基本要求
➢实际挤出过程中，一种聚合物在正常的加工范 围内，增加压力对黏度的影响和降低温度对黏 度的影响具有等效性
➢换算因子
3剪切速率对黏度的影响
PVC和绝大部分塑料熔体都是假塑性流体，熔体 的黏度（表观黏度）都是随着剪切速率的增大 而降低的，即“剪切变稀”。这种“剪切变稀” 现象主要是由于聚合物熔体流动时，剪切力使 高分子发生取向、伸展（缠结点解开）、变形 或分散等，从而使流动阻力减少造成的
➢塑料表观黏度的影响PV C-U挤出模塑料的熔体 黏度，可以减小挤出模头的阻力，降低挤出加 工过程的能耗。
➢温度少许的波动就可能导致熔体黏度很大的变 化，这对挤出模头的稳定作业是很不利的。
➢对PVC-U模塑料来说，因为PVC是热敏性树脂， 在考虑加工温度时，还需要特别考虑由热量引 起的热降解问题
➢压力对黏度的影响
➢3）膨胀总是在速度梯度最大的方向上最大， 也就是在截面尺寸最小的方向上最大
3熔体破裂
➢聚合物熔体在挤出 过程中，挤出速度 有一个极限值。大 于此极限值时，随 着速度不断增大， 可观察到挤出物光 滑的表面逐步出现 无光、粗糙、结节 以至扭曲等现象这 些现象统称熔体破 裂现象
4 壁滑移
➢在聚合物熔体流动中熔体黏附于流道的壁面， 对于硬质PVC在超过某一临界剪切应力时，这 些熔体会沿模壁滑移
➢ 两层熔流汇合后，流道在二维方向上的变动 （扩张或收缩）会在分界面上产生正应力，这 对分界面有正负两方面的影响。
➢扩张型流道对不稳定有较强的加剧作用，而收 缩型流道对流动有稳定作用。有经验指出，分 流筋的流出角约8°，对界面稳定最有利
➢在挤出模头设计中，让模头的工作点不落到可 能产生壁滑移的流动区域是十分必要的。
➢拐角处熔体流动就容易出现引起熔体破裂的黏 滑效应或材料滞留现象
5 多层流动
➢ 在多股聚合物熔体汇 合形成的多层流动中， 会出现两种现象：囊 包和界面不稳定
➢ 囊包现象是指，当两 股熔体并行流动时， 低黏度的熔体总是试 图包围高黏度的熔体。
➢剪切速率对聚合物熔体黏度的影响十分强烈， 高剪切速率下的黏度值可能会比低剪切速率下 的黏度值小几个数量级，而不同种类的聚合物 对剪切速率的敏感性也有很大的差异
PVC-U模塑料组分对黏度的影响
➢ (1) PVC树脂本身结构的影响 ：分子量M是影 响聚合物流变性能的最主要因素。聚合物熔体 的黏度随分子量Mw的增加而增大
➢2）要让型材坯料均匀地挤出
➢在模头出口处，料流截面上各部分的平均流 速相等。否则，在同样的牵引速度下，离开 模头后的型坯各部分的形状就会产生不一样 的变化——“稳”
➢薄壁型材——截面形状复杂——壁厚也并不 完全相等——异型材的各种功能块结构大多 数不是规范的几何形状。
➢要想获得均匀的流速分布，必须对各部分流 道中的流动阻力进行调整
塑料熔体的粘性流动
➢低分子流动
➢聚合物熔体黏性流动及其黏度的数学模型
影响黏性流动的因素
➢1 温度对黏度的影响 ➢聚合物熔体的流动黏度受温度的影响十分显著，
一般黏度随着温度的升高而降低。 ➢因为当温度升高时聚合物分子的链段活动能力
增加，熔体的“自由体积”也会扩大，所以聚 合物熔体的流动性增大，黏度降低。 ➢不同的聚合物在不同的温度段，不同的剪切速 率和剪切应力范围内，其黏度受温度影响的敏 感程度是不同的
➢(2) PVC-U模塑料配方的影响 ： （ PVC-U模塑料需
要稳定剂以防止热降解；需要改性剂以改善抗冲击性能；需要
润滑剂和其他加工助剂，以增加流动性、降低加工温度等）这 些添加剂的存在对模塑料的流动性能产生了复 杂的影响。其中以润滑剂的影响最为显著，
聚合物的粘弹性现象——1）入口效应
➢入口效应(Entry Effect)是指聚合物熔体在通过 截面急剧变化的入口区时，会产生特别大的压 力降即入口压力损失△pE
挤出模头设计的基本要求
➢3）需要产生适当的背压
➢挤出机螺杆与螺筒之间的模塑料，只有 在一定的压力下才能实现塑化的要求，该 压力称为背压。
➢背压的大小主要是由模塑料料流通过
模头流道时产生的压力降(△p)所决定的。
背压过低会导致模塑料塑化不良，不能 保证制品的物理性能；而背压高将消耗 更多的动力，过高还可能对设备造成过 度的磨损，甚至损坏
离膜膨胀又称出口膨胀现象。 原因：受剪切而被迫舒展的高分子链出孔时突然 自由，高弹形变立即得以恢复。
解决：补偿，估计会膨胀多少，然后扣除。如要 做椭圆，采用近长方形模具
➢聚合物离模膨胀有以下特点。
➢1）膨胀比β随熔体剪切速率ý的增大而增大。
➢2）在剪切速率ý恒定的情况下，膨胀比β随 模头长径比(L／DA)的增加而减小，在L/DA 超过某一数值时，β趋于一定值。
➢ 离模膨胀用膨胀比口来表示：
➢ ①由于入口效应等原因造成熔体流动收敛，对高分子 链产生拉伸作用，形成可恢复的弹性形变，在挤出模 头中来不及松弛，离开口模后才得以恢复，从而引起 离模膨胀，故又称此为记忆效应，好像是高分子记忆 着入口前的形状。
➢ ②聚合物熔体在模头内剪切流动亦伴随有弹性形变， 由于剪切应力和法向应力差也会使分子链的构象发生 改变，导致弹性形变。在熔体离开口模后，弹性形变 回复，造成离模膨胀。
➢入口效应被总结为聚合物熔体中弹性的能量储 存，即在流道收缩面大分子沿流线敛集方向， 取向拉伸，以弹性变形能的形式消耗能量。
➢在PVC-U挤出模头的实践中，一般认为保持入 口半角α小于12°是有利的
源自文库
2 离膜膨胀
➢ 聚合物熔体挤出物的尺寸和截面形状与挤出口模不同， 有明显的胀大，这一现象被称为巴拉斯( Barus)效应， 又称为离模膨胀(Die Swell)或出口膨胀。
挤出模头设计的基本要求
➢1）要有正确的出口截面形状 ➢从模头挤出的异型材型坯的截面形状——不 是产品的最终截面形状——近似 ➢型坯挤出模头后受牵引经过气隙进入定型模 中，其至少还将受到3种不能忽略的作用：离 模膨胀、拉伸变形和冷却收缩，这些作用将 会改变型坯截面的形状和尺寸
挤出模头设计的基本要求
➢实际挤出过程中，一种聚合物在正常的加工范 围内，增加压力对黏度的影响和降低温度对黏 度的影响具有等效性
➢换算因子
3剪切速率对黏度的影响
PVC和绝大部分塑料熔体都是假塑性流体，熔体 的黏度（表观黏度）都是随着剪切速率的增大 而降低的，即“剪切变稀”。这种“剪切变稀” 现象主要是由于聚合物熔体流动时，剪切力使 高分子发生取向、伸展（缠结点解开）、变形 或分散等，从而使流动阻力减少造成的
➢塑料表观黏度的影响PV C-U挤出模塑料的熔体 黏度，可以减小挤出模头的阻力，降低挤出加 工过程的能耗。
➢温度少许的波动就可能导致熔体黏度很大的变 化，这对挤出模头的稳定作业是很不利的。
➢对PVC-U模塑料来说，因为PVC是热敏性树脂， 在考虑加工温度时，还需要特别考虑由热量引 起的热降解问题
➢压力对黏度的影响
➢3）膨胀总是在速度梯度最大的方向上最大， 也就是在截面尺寸最小的方向上最大
3熔体破裂
➢聚合物熔体在挤出 过程中，挤出速度 有一个极限值。大 于此极限值时，随 着速度不断增大， 可观察到挤出物光 滑的表面逐步出现 无光、粗糙、结节 以至扭曲等现象这 些现象统称熔体破 裂现象
4 壁滑移
➢在聚合物熔体流动中熔体黏附于流道的壁面， 对于硬质PVC在超过某一临界剪切应力时，这 些熔体会沿模壁滑移