微尺度通道中聚合物熔体的黏性耗散效应

以双料筒毛细管流变仪和自行研制的黏性耗散测量装置为实验平台,通过对聚甲醛(POM)和聚苯乙烯(PS)两种聚合物熔体在不同剪切速率下,流经长径比相同的直径/当量直径分别为350 μm和500 μm的圆形及矩形截面微通道出口熔体温升的测量,研究了微尺度通道中聚合物熔体流动时的黏性耗散效应及其对熔体流变行为的影响。结果表明,两种截面微通道中的熔体黏性耗散效应均随剪切速率和微道直径/当量直径的增大而明显增强,其中矩形截面微通道中熔体的黏性耗散作用尤为强烈;且在相同实验条件下,结晶性的POM熔体因黏性耗散效应引起的微通道出口熔体温升值,高于非晶性的PS熔体。     

矩形截面微模具通道中熔体的黏性耗散效应

基于对微注塑成型过程中聚合物熔体充模流动时黏性耗散效应的理论分析,以聚丙烯(PP)和高密度聚乙烯(HDPE)两种聚合物材料,在不同工艺参数作用下流经不同当量直径和长径比矩形截面微模具通道时,由黏性耗散效应引起的微通道中熔体温度变化进行了试验测量和数值模拟。结果显示,微通道出口熔体温度的试验测量和数值模拟值与理论计算值非常吻合,且其平均误差小于1℃。同时研究发现,增大微模具通道当量直径和长径比时,熔体流动时的黏性耗散热量增多,通道出口熔体温度升高;而当微通道几何尺寸一定时,其黏性耗散热量随注射速度和注射压力的升高而增加,随熔体温度和模具温度的升高而降低;但同样试验条件下,对剪切作用敏感性强的PP材料的黏性耗散热量明显高于对剪切敏感性弱的HDPE材料。     

矩形截面微模具通道中熔体的黏性耗散效应

基于对微注塑成型过程中聚合物熔体充模流动时黏性耗散效应的理论分析，以聚丙烯（PP）和高密度聚乙烯（HDPE）两种聚合物材料，在不同工艺参数作用下流经不同当量直径和长径比矩形截面微模具通道时，由黏性耗散效应引起的微通道中熔体温度变化进行了试验测量和数值模拟。结果显示，微通道出口熔体温度的试验测量和数值模拟值与理论计算值非常吻合，且其平均误差小于1℃。同时研究发现，增大微模具通道当量直径和长径比时，熔体流动时的黏性耗散热量增多，通道出口熔体温度升高；而当微通道几何尺寸一定时，其黏性耗散热量随注射速度和注射压力的升高而增加，随熔体温度和模具温度的升高而降低；但同样试验条件下，对剪切作用敏感性强的PP材料的黏性耗散热量明显高于对剪切敏感性弱的HDPE材料。     

ABS 在不同入口角圆锥短口模挤出中的流变性能研究

利用毛细管流变仪研究了(丙烯腈/丁二烯/苯乙烯)共聚物(ABS)在不同入口角圆锥短口模挤出中的流变性能,讨论了ABS熔体在长径比为10的不同角度圆锥口模挤出中的流变行为,并测试其非牛顿指数n与稠度系数K。结果表明,ABS的表观粘度随剪切速率的增大而减小,并且在相同的剪切速率下,表观粘度随入口角的增大而增大,但长径比一定时,入口角大时的剪切应力要比入口角小时的剪切应力大;ABS熔体的非牛顿指数n随入口角的增大而减小,而稠度系数K随入口角的增大而增大。     

矩形微通道中PS熔体的流变特性

使用双料筒毛细管流变仪测试PS熔体在温度为220、240、260℃和剪切速率为500-2万s-1的条件下流经截面为320μm×300μm、500μm×400μm、1000μm×785μm,长径比不同的矩形口模时的黏度.实验结果表明:在同一温度和剪切速率条件下,熔体黏度随口模截面尺寸减小而减小;随口模长径比增大而增大.将...     

微流道中聚合物熔体的弹性特性研究

采用双机筒毛细管流变仪,以直径1.5 mm的口模作为宏观流道、直径0.5 mm的口模作为微观流道、直径1.0 mm的口模作为临界参考,通过毛细管入口压力降和聚合物熔体应力松弛时间研究了微尺度下聚甲基丙烯酸甲脂（PMMA）、聚苯乙烯（PS）、高密度聚乙烯（PE-HD）及聚丙烯（PP）4种聚合物熔体的弹性特性,并讨论了在口模直径为0.5 mm条件下温度对入口压力降和应力松弛时间的影响。结果表明,微流道中4种聚合物熔体的入口压力降与应力松弛时间与宏观流道相比均有增大的趋势,且流道尺寸越小,增大趋势越明显;随着剪切速率的增大,4种聚合物熔体的入口压力降增大,但在高剪切速率下,增大趋势变缓;微流道中,随着温度的提高,4种聚合物熔体的入口压力降降低,应力松弛时间变短。     

超声波对微流道中聚合物流动性能的影响研究

为了研究超声波作用下的聚合物材料流动性能及其影响因素,利用自主开发的聚合物超声波辅助挤出测试系统,进行了超声波作用下聚合物熔体在微流道管壁的剪切力、剪切速率和表观黏度的测试,并在与传统稳态挤出相比较基础上,分析了超声波对微流道中聚合物熔体流动性能的影响。实验结果表明,引入超声振动后,微流道的入口压力降有明显降低,并且随着熔体剪切速率的增加而增大;超声振动作用下聚合物熔体剪切速率存在临界值,当剪切速率小于临界值时,超声下聚合物黏度小于传统稳态挤出聚合物黏度,反之,超声聚合物黏度大于传统挤出聚合物黏度。     

微注塑成型充模流动中的对流换热行为

微注塑成型中,由于尺度效应,使聚合物熔体与微模具型腔壁面间的对流换热行为与常规注塑成型不同,其对流传热系数亦发生了明显变化。通过采用微型注塑机、温度传感器和微模具等组成的对流换热实验装置,对PP、POM和ABS聚合物熔体,以不同的注射速度填充厚度尺寸为0.510、0.420、0.325 mm,表面粗糙度分别为Ra0.062、0.393、0.695 μm微型腔时的模具温度分布进行测量,获得了模具的热通量,进而求得熔体与型腔壁面间的对流传热系数。结果表明,微尺度下实验聚合物熔体与型腔壁面间的对流传热系数,均随注射速度和型腔表面粗糙度值的增加以及型腔厚度尺寸的减小而明显增大;但聚合物材料性能不同时,其对流传热系数差别也较大。     

回收料制备人造草丝熔体的流变性能研究

采用聚合物动态流变测试仪研究了含回收料的人造草丝熔体的流变性能,探讨了回收料用量、温度、口模长径比对熔体表观黏度和挤出胀大比的影响。结果表明,人造草丝熔体属于假塑性熔体,其表观黏度随剪切速率和回收料用量的增加而降低。在剪切速率500s-1时,回收料用量越低,熔体的表观黏度降低越明显;剪切速率1800s-1时,熔体的表观黏度变化平缓且较为接近。对于100%回收料草丝熔体,其表观黏度随温度的升高和口模长径比的减小而降低;挤出胀大比则随温度的升高和口模长径比的增大而降低。     

微尺度下H形分布流道充模工艺参数对流动不平衡的影响分析

为探究微尺度下的工艺参数对聚合物熔体充填不平衡的影响,考虑模具温度、熔体温度、注射速率以及微流道尺寸,采用聚甲醛(POM),对H形对称分布的半圆形截面微流道系统进行了充模流动数值模拟实验,分析了浇口处对称点间的温差数据.结果表明,微注塑过程中流道系统内存在温度不对称,随着剪切速率的增加,对称点间的温度差也逐渐增加;而熔...     

一种新型聚合物熔体动态密度测量方法的研究

介绍一种聚合物熔体在不同温度及压力状态下熔体密度的测量方法,该方法基于聚合物熔体PVT相互关系原理,将测量微距离的读数百分表安装在改进结构的熔体流动速率试验机上,可以测量出任意熔融温度及压力下的聚合物熔体密度。通过对测量结果进行理论分析发现,聚合物熔体密度测量值符合聚合物自由体积理论,即聚合物熔体密度随温度升高而减小,随压力增大而增大。     

ABS熔体挤出流变性质的研究

考察了毛细管挤出过程中温度和流动速率对ABS树脂熔体流变行为的影响。结果表明 ,当剪切速率大于 10 3s 1后 ,熔体的剪切流动不服从幂律 ;而剪切粘度对温度的依赖性符合Arrhenius方程 ;入口压力降和入口拉伸应力均随着剪切应力的增加而呈非线性函数形式增大     

短玻纤增强聚丙烯材料流变性能

利用双料筒毛细管流变仪,测得不同玻纤含量的短玻纤增强聚丙烯材料在不同剪切速率下不同长径比口模的压力降。对比Bagley校正法及零口模校正法得到的入口压力降之间的差别,研究玻纤含量、剪切速率对入口压力降、非牛顿指数及表观剪切黏度等流变参数的影响。结果表明:与Bagley校正法相比,零口模校正法更加可靠;短玻纤增强聚丙烯材料属于假塑性流体,存在剪切变稀行为;随玻纤含量增高,所测得的入口压力降增大,计算得到的熔体的表观剪切黏度也增大,熔体的非牛顿指数降低。     

高挤出速率下LDPE熔体流动特性的研究

应用Ｒｏｓａｎｄ毛细管流变仪,于高挤出速率下考察了低密度聚乙烯熔体的流动特性。发现：熔体的剪切流动大体上服从幂定律;入口压力降剪切速率或剪切应力的增加而呈非线性函数形式增大;熔体的剪切粘度对温度的依赖性符合Ａｒｒｈｅｎｉｕｓ关系,其温粘性随着剪切强度的增加而有所减弱,此外,当前切速率大于４００ｓ＾－１时可观察到流动曲线的“平台”现象。     

HDPE微注射成型过程非等温动态结晶模拟

采用布拉本德实验仪模拟微注射成型过程，研究结晶型聚合物微注射成型过程的剪切诱导结晶。结果表明，其他工艺参数不变时，当班伯里转子转速从40r／min增加到80r／min，试样的结晶度从74．43％增大到84．36％，结晶度随着剪切速率的增加而增大，剪切速率促进剪切诱导结晶的形成；当熔体初始温度从145℃升至185℃时，试样结晶度从74．96%增大到79．43％，结晶度随着熔体初始温度的上升而增大；当剪切时间从10min增加到20min时，试样结晶度从77．48％增大到80．17％，结晶度随着剪切时间的增加而增大，剪切作用可以促进结晶。比较动态与静态DSC的实验结果，动态结晶度（79．43％）高于静态结晶度（77．48％）。在同样的热历史影响下，剪切等外力场作用会促进HDPE的结晶过程。将上述结晶过程的研究结果应用于微注射成型生产实际，可从结晶度的角度来优化微注射成型熔体温度、注射压力和注射速率等工艺参数，提高成型零件的质量。     

微注射成型工艺的实验研究

设计了微注射模具的变温系统,加工了通道宽度分别为500μm和100μm的哑铃形微型腔。在此基础上,基于Taguchi实验设计方法进行了成型工艺实验。结合微尺度下熔体充模流动理论及微尺度效应,研究了工艺参数及其交互作用对微结构塑件成型质量的影响规律。实验结果表明,随着微结构塑件特征尺寸的减小,注射压力和模具温度对填充率的影响明显增强;熔体温度对填充率的影响程度有所增加;注射行程对填充率的影响程度有所降低;保压压力和保压时间对填充率的影响相对不明显。     

挤出吹塑型坯的膨胀

本文系统地分析了挤出吹塑型坯的膨胀。介绍了两种测量型坯膨胀的方法,分析了机头结构(平直机头,发散机头与收敛机头)、树脂的流变性能与分子量分布及挤出条件(熔体温度、流动速率及剪切速率)对膨胀的影响。本文认为,聚合物熔体的离模膨胀主要由其分子的取向效应引起。     

聚合物熔体在任意长径比圆锥口模的挤出胀大唯象研究

深入讨论了聚合物熔体在不同长径比、不同角度圆锥口模的挤出胀大现象及机理。对口模长径比较小的挤出胀大,由于熔体入口拉伸弹性变形来不及松弛,产生较大的挤出胀大;对长径比较大的口模,熔体在平直流道内停留时间较长,入口弹性形变逐渐松弛,这时主要是流动剪切应变引起的弹性变形,产生较弱的挤出胀大,比长径比小的挤出胀大来得小,并且聚合物熔体的挤出胀大随着长径比的增大而趋向一恒定值。结果还表明:聚合物熔体在圆锥口模的挤出胀大受到挤出口模入口角影响。当L/D较小时,挤出胀大与口模入口角有关;当L/D较大时,口模入口角对挤出胀大影响较小。     

聚合物熔体动态黏弹特性微尺度效应实验研究

针对聚合物熔体在微流道内，因拉伸/压缩作用导致的黏弹特性受物理尺度影响的问题，通过动态剪切流动实验系统研究了四种聚合物材料的黏弹特性，以及黏弹特性随物理尺度的变化规律。结果表明，在角频率1~100 rad/s的范围内，聚酰胺、聚氨酯、聚乳酸均表现出耗能模量大于储能模量的黏性占优特征，聚丙烯在高频区时表现出弹性占优特征。储能模量与耗能模量均随着物理特征尺度的减小而降低。物理特征尺度从1000 μm减小到250 μm的变化过程中，聚氨酯、聚酰胺和聚丙烯三种熔体的弹性效应对微尺度变化的敏感性比黏性效应强烈，储能模量变化率与耗能模量变化率的差值分别为5.8%、4.2%和2.6%。聚乳酸熔体的黏性效应对微尺度变化的敏感性与弹性效应基本一致，其储能模量变化率与耗能模量变化率的差值为-0.3%。材料分子链特征的差异导致储能模量与耗能模量随物理特征尺度减小的变化率不同。熔体黏弹特性对微尺度变化敏感性的强弱依次为聚氨酯、聚酰胺、聚丙烯和聚乳酸，其黏弹性特征参量的变化率分别为28.6%、22.6%、20.6%和19.45%。     

微流道中聚合物熔体的流变特性及其数值模拟

在构建表征微尺度下熔体流变特性的勃度模型基础上,通过分析ABS熔体在不同注射温度、不同截面尺寸微流道中的压力分布,对微注射成型过程中聚合物熔体豁度变化对填充过程的影响规律进行了研究。数值模拟结果表明,在微流道中熔体的微尺度豁度小于传统勃度,且随微流道截面特征尺寸的减小而成比例减小;熔体速度分布随微流道截面特征尺寸减小而趋于均匀。