281 99 0年第2期轻工机城高聚物炼塑过程中辐距内的流速与横压力分布一 一 - 梁暮HI （华南理工大学）揖要 分析了高景物材料在开炼机炼塑过程中的流更行为。在蔺化条件下导出物料于就筒间隙中流速分布方程。在此基础上，推导出横压力计算公式(1)应用开放式炼塑机（简称开炼机）塑炼和 混炼塑料和弹性体.是高聚物材料加工的重 要方式之一。物料在开炼机辗筒间隙中的流 形,直接关系到物料塑炼或混炼的效果和质 量。物料对棍筒的经向作用力（即横压力）的 大小和分布，那么影响着机台的功率消耗及辗 筒的工作寿命。因此.预测炼塑过程中棍距 内的流速分布和横压力分布，对指导炼塑工 艺参数的选择和设备设计，均具有实际意 义。已提出过一些琪测炼塑流速分布和横压 力分布的计算公式心。但这些公式大多含 有不易测定的参变量，不便于工程上的应用 和推广。本文拟从高聚物加工流变学的角度, 分析高聚物材料在开炼机炼塑过程中的流变 行为，并试图导出易于生产实际应用的辗距 流速分布和横压力分布的计算公式。一、物料炼皿动分析在炼塑过程中.开炼机耦筒的线速度较 低，一般为每1040 m/min,故物料通过 两辗筒之间的闾隙（即棍距）时速度较慢，从 而可把炼塑流动视为粘性流体流动由于高 聚物的粘性很大，故视通过棍距的物料流动 为层流流动。辗距通常较小，物料的重力与 惯性力远小于外表力，可忽略不计。鉴此，本文的分析基于下述假设过相距的物料为等温、稳定流动3 （2）靠近 耦筒外表上的物料层与辐筒外表无滑动。附图炼塑流动分新在开炼机炼塑流动中，高聚物材料的压 力分布与速度分布如附图所示。其中R是棍 筒的半径，W分别为后辗筒和前辗筒的 线速度（V】aVD, eK为根距Q考虑到高聚物 癖体的不可压缩性和流动的平面特性（二维 的），由附图所示的直角坐标系，炼31流动 的连续性方程可写为I祟十攀=0ax 6y根据Navier-Stokes流体动力学方程，物料 熔体在y方向的运动方程为，pv熠）+ V，（制1990年第2期轻工讥械29V, = (i + f) + 当 x = e/2 时，V = *定义两辑筒的速比为*f=VJV2（5）把边界条件代入式（4）,并由式（5）可 求出积分常数勺、a分别为*c=Vzl - f）/eCz = Vi（l + f）/e (7)6)把式（6 ）,式7 ）代入式4 ），得炼塑过程中 物料在辗筒间隙内y方向的速度分布为，e = eK + 2 R jRJy2)*(9)因为,酒-时）!次-4_率10)所以，yZ e必& +食11)代入式8 ）得，+W药（1 - f）V2x12)式” 2）描述了程距间物料流速与压力梯 度，炼塑过程参变量和坐标变量的关系。如 附图所示，在y = 0处，e = eK.假设设此处 物料的宽度为Bq那么流经该处的体积流率 Qk为Qk = B(1 + f)(13)301 9 90年第2期轻工机械(14)Bk此即为开炼机炼塑过程中相距内压力降分布 的表达式，与此类似，任意截面处压力降分 布的计算式可写成、1 ap _ K3y e3 L(11)和式15)代入式(12).那么可得到物料炼 塑流动速度分布的另一表达式*V产 (1 + f) + 6x J (eK(1+f浮专如附图所示，炼塑过程中y的变化范围 从0到aa是物料与根筒的初始接触点，它 是耦筒规格和炼塑料量的函数)。在此范围内 对式(15)进行积分，可得到开炼机炼塑过程 中的总横压力P为,(15)+罚7邛心)x(l + f)琴-音+ (1-f) Y2xeK+18)fidy把式(11)代入上式，积分后得(i + f)var16)P=2!(61 + 圣 + (J 假设 arc tg )/2e=一 QRB16 R( + h)根据质量守恒定律，易推知Qk = Q,而 Qk和B均可在实验或生产过程中测定。所 以，应用式(18)可方便地预测出相距内任意 指定位置上物料流速的大小及分布。对于指定的机台，在一定的操作条件下 (如一次投料量、辑筒线速度及速比，相距 及温度等,应用式(15)和(17),亦可方便地 确定出横压力的分布和总横压力的大小。座用不同的高察物加工理论和分析方 法，可导出形式各异的辘隙流动速度分布方 程和横国力计算公式。高聚物材料是典型融 粘弹性物质，在加工成型过程中会呈现出复 杂的流变行为国.因此.对炼塑理论模型 的改进与完善，有待于对高聚物流变性质及 炼塑过程机理认识的深化。3a+ 128-x/R(-+eK)* 房 re tg氽17)讨 论炼塑过程中物料流速分布方程(12)中包,不便于应用。假设把式寿文ttL13北京化工学院等合编 塑料机械设计，轻工业 出版社,北京，“能年C2J (英伦克，R. S 宋家璘等译聚合够沆变 学，国防工业出版社北京，1983年3梁基JH 化工装备技术，9 C113, 10(1988)C43 Sfe基照“塑料开发。2，5(1989)含有压力分布项(器)