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1、挤出模头设计,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,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
2、-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 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,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 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
3、感性也有很大的差异,3剪切速率对黏度的影响,(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) 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，,PVC-U模塑料组分对黏度的影响,其它截面形状的流道,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
4、即入口压力损失pE 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小于12是有利的,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。 离模膨胀用膨胀比口来表示： 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
5、。 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。,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）膨胀比随熔体剪切速率的增大而增大。 2）在剪切速率恒定的情况下，膨胀比随模头长径比(LDA)的增加而减小，在L/DA超过某一数值时，趋于一定值。 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
6、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 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。 界面不稳定现象与囊包现
7、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,第五章 挤出模头设计,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,2）要让型材坯料均匀地挤出
8、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,挤出模头设计的基本要求,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
9、备造成过度的磨损，甚至损坏 影响背压的因素-,4）流道的变化应尽量平缓 流道壁面曲线应呈流线型，不能有突变。引起料流方向改变的扩张或收缩角的半角的角度，一般要求不大于12。 流道变化的过程，应尽可能做到均匀，或只是让熔体料流平缓地加速；要避免出现料流减速的现象。这样做的目的都是为了减轻熔体料流中的高分子链段可能产生的弹性变形的程度，使得弹性效应所引起的离模膨胀等不利影响减至最低，而让熔体破裂等现象产生的可能性趋于零,挤出模头设计的基本要求,挤出模头设计的基本要求,5）要让型材坯料在离开模头之前有足够的纯剪切流动过程 目的是让料流在纯剪切流动的过程中尽可能充分地实现弹性松弛，使得在模头流道的前段
10、熔体弹性效应对出口型坯的影响减至最小程度。 即模头流道出口前都要有一段足够长的平直段（或称成型段）。但是，平直段长度也绝不是越长越好。平直段长，会增大背压，增加功耗；,6）流道壁表面需要十分光滑 流道壁表面对于聚合物熔体在流道中的挤出流动状态会产生很大的影响，所以要求流道壁表面不但要平整光滑，而且要求粗糙度一致。不能有缺陷，更不能有死角和毛刺，以至出现挂料现象,挤出模头设计的基本要求,挤出模头的基本结构,要实现挤出模头流道的基本要求 方便加工制造,挤出模头的稳流段常由多孔板和机颈前半段组成，也有将机颈前半段和后半段分别设计成机颈和机颈过渡板两块模板。也可以不使用多孔板，而将机颈前半段流道设计成
11、长圆柱形流道，起稳流作用。 挤出模头的分流段从机颈的后半段开始，包括分流锥、分流支架板和收缩板。收缩板可以不单独分割成一块模板，而与预成型板一起组成一块模板（图5-1）。对于开式型材和半开式型材的挤出模头，没有分流锥也没有分流支架板（图5-3）。 挤出模头的成型段涉及的模板有：模腔板（又称预成型板）、口模板（又称成型板）和型芯（又称模芯，开式型材没有模芯）。对于较简单的异型材模头，也有将预成型板与口模板合为一块模板的做法。,影响挤出模头结构设计的主要因素,1 异型材的截面形状 挤出模头流道的复杂程度，主要是由于异型材截面的复杂情况决定的。 异型材截面上功能块和空腔数目越多，截面形状就越复杂，挤
12、出模头的流道也会更加复杂。异型材截面面积的均匀分布，有利于模头中料流的均匀分流，容易实现均匀挤出。,PVC-U模塑料熔体的性能，是由其复杂的配方体系所决定的。模塑料配方不但决定着塑料熔体的黏度，而且也影响着塑料熔体的弹性效应，因此是影响挤出模头结构设计的重要因素。 挤出模塑料配方对挤出模头设计的影响，还可能是这样的情况：对于一个已经实现均匀出料的挤出模头，这时若模塑料的成分出现波动，就会改变模塑料的黏弹性状况，破坏原先流道保证的均匀出料的平衡状态。因此，挤出模头的结构设计需要对模塑料成分的波动有更好的适应性，能让均匀出料的平衡状态在型材挤出过程中保持稳定。,2 挤出模塑料的配方,挤出机机型和规
13、格不同，机筒和螺杆的结构等方面都存在有差异。这些差异会影响被塑化的模塑料的结构形态，及其所表现出来的熔体黏弹性性能,3 挤出机的性能,塑料异型材挤出的速度是挤出模具（包括模头和定型模）设计的一个十分重要的参数。对于模头来说，随着挤出速度的提高，熔体剪切速率，将提高，体积流量Q将增加，模头压力降p将增大。剪切速率 的提高也将改变熔体的黏弹性状况，很明显，分流引起的拉伸流动会强烈；熔体入口效应、离模膨胀等弹性现象也都会增强，超过一定界限（临界剪切速率Y。）还将会出现熔体破裂现象。因此，在较低挤出速度下已获得平衡（料坯均匀挤出，截面形状正确）的挤出模头，提高挤出速度后，将可能失去平衡，出现出料不均现
14、象和型坯形状的畸变,4 型材挤出的速度,制造工艺强烈地影响着挤出模头的结构设计，满足同一种异型材挤出成型的流道基本要求，可以设计出很多种可行的挤出模头结构形式。模板厚度的选择、分流的结构设计和各分流道的流量调节方式等都可以有所不同，许多考虑都是为了能够适应不同的加工制造工艺的要求,5 挤出模头的制造工艺,挤出模头结构设计,1 异型材在挤出生产线上的坐标位置 在异型材挤出模头的设计中，首先要考虑的是异型材在挤出生产线上的坐标位置 挤出模头安装后，其中心线应该是挤出机的挤出系统中心线的延长线。因此，确定了挤出型坯（即异型材）在挤出模头上的坐标，也就确定了异型材在挤出生产线上的坐标位置,问题？ 异型
15、材的挤出中心?,异型材的挤出中心,异型材的挤出中心即挤出系统中心线与挤出中的异型材截面的交点 选择异型材横截面的重心作为挤出中心 选择异型材横截面外形的中心作为挤出中心 选择异型材横截面的主要型腔的中心，作为挤出中心,异型材挤出的方位,异型材挤出方位的选择主要取决于型材牵引夹持的需要和定型模型腔的型板分块加工的有关要求 异型材牵引几乎都是采用履带式牵引装置，牵引力是通过两根履带的橡胶块夹持型材来传递的。 为便于稳定地夹紧型材，又不至于让夹紧力造成形状还没有完全稳定的异型材有大的变形，要求异型材在挤出生产线上的上下两个面最好能为平行面。 这就决定了大部分塑料门窗主型材在挤出生产线上都是以可视面为
16、上下面，而且，为方便型坯进入定型模，常让面积较小的一个可视面在下边,对于推拉窗框型材可以有两种方法来夹持 型材的夹持方法不同，定型模型腔的型板分块方式会有改变。这对型腔板的加工、水气路的布置和定型模的操作影响很大，直接影响到挤出模具的制造成本和作业稳定性，所以是挤出模具设计时首先要考虑的问题。,口模截面图设计,口模截面图（简称为口模图形）是挤出模头流道出口的截面形状（图5-7），是由挤出模头的型芯（包括型芯镶件）和口模板（亦称成型板）两种零件构成的。口模图形确定了型芯（包括内筋）的外形和口模板的内腔尺寸，是挤出模头上最关键的尺寸。正确的口模图形是挤出模头设计的基本要求之一。,型材主体口模图形的设计,在口模出口处，如果型坯各部分的平均速度相等，若不考虑自重的影响，那么均匀挤出的型坯还要受到三方面的作用：熔体离模膨胀；型坯牵伸收缩；型坯冷却收缩 对于平缝口模中熔体的流动可以看作是一维流动,离模膨胀比,内筋口模图形的设计,内筋是指中空型材主体内部起分腔作用的分隔筋，与型材主体内部的功能块，如凸
