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挤压 | 4分钟阅读
第一部分如何使用狭缝式粘度计确定粘度数据

使用连接到实验室挤出机的狭缝模头粘度计,可以在各种剪切速率和温度下生成有关熔体粘度的准确数据,这是加工中有用的质量控制工具。
#最佳做法 #模具

有关各种剪切速率的熔体粘度的数据可用于大多数挤出操作。这样的数据提供了有价值的质量控制工具。在螺杆和模具设计中以及在挤出过程的计算机模拟中都需要粘度数据。正确选择挤出机螺杆或挤出模头需要了解粘度与剪切速率的关系。此外,如果从毛细管流变仪或狭缝模头粘度计获得粘度数据,则可以定量和预测诸如熔体破裂的不稳定性。

本文介绍了如何使用连接到实验室挤出机的狭缝模头粘度计来获得各种剪切速率和温度下熔体粘度的准确数据。缝模粘度计提供了一种确定流变数据的廉价方法,特别是与毛细管流变仪相比。

狭缝模具具有一个矩形通道,该矩形通道的宽度为W 比高度大得多H (W>>H)。狭缝模具可以直接连接到实验室挤出机。可替代地,可以将齿轮泵放置在挤出机和狭缝模具之间。图1显示了本研究中使用的狭缝模具的示意图。

切缝模具壁上的剪切速率是流速的函数。表观剪切速率可以通过以下表达式确定:

(apparent wall shear rate) = (flow rate) × (6/H2W)

具有幂律指数的幂律流体的实际剪切速率n 是:

(actual wall shear rate) = (apparent wall shear rate) × (0.667+0.333/n)

壁上的剪应力可以根据测得的压力曲线的压力梯度来确定:

(shear stress) = 0.5H × (pressure gradient)

通过剪切应力和剪切速率,我们可以确定剪切粘度:

(shear viscosity) = (shear stress) ÷ (shear rate)

为了获得在一定剪切速率范围内的粘度数据,挤出机必须以各种螺杆速度运行。每个螺杆速度对应于一定的流量,并且 thus 达到一定的剪切速率为了确定流速,必须测量每种螺杆速度的挤出机输出。当使用齿轮泵时,可以使用齿轮泵的速度来确定流量和剪切速率。

收集数据& 计算粘度

如果有数据采集系统(DAS),则数据收集很容易。在这项研究中,数据是在1英寸上获得的。宾夕法尼亚州约克市格雷厄姆工程公司(GEC)实验室的单螺杆挤出机。带有纵模的挤出运行是Rauwendaal挤出工程公司与GEC合作举办的研讨会的一部分。数据采集 软件是Navigator XC300控制系统 由GEC使用。

DAS数据以CSV(逗号分隔值)格式导出到Excel。表1显示了实验室1的螺杆速度,流速和压力的数据,其中挤出机和模头温度为400F。在Excel中,可以通过多种方式处理数据。这样可以自动确定压力梯度,剪切应力,剪切速率和剪切粘度。

该聚合物是Kazanorgsintez制造的0.5 MI HDPE 273-83,Ta斯坦喀山,俄罗斯联邦共和国。挤出机以六种螺杆速度运行:5、10、20、40、60和78 rpm。在该挤出机上的最大螺杆速度为80rpm。这些螺杆速度对应于大约10秒的剪切速率范围-1 至150秒-1。挤出机在400 F(204.4 C)和440 F(226.7 C)的两个温度下运行。

在这一点上,我们有足够的信息来确定熔体粘度与剪切速率的关系。图2使用对数-对数图显示了在两个温度下粘度与剪切速率的关系。在对数对数图中,数据与直线非常吻合。这意味着可以使用幂律方程将粘度表示为剪切速率的函数。

图2显示了功率曲线方程。从这些方程式,我们可以确定两个温度下的一致性指数和幂律指数。幂律参数如表3所示。

从400 F到440 F,我们看到幂律指数的值有很小的变化(大约5%)。一致性指数从400 F到440 F显着下降(大约30%)。

现在,我们获得了在两个温度下粘度与剪切速率的关系数据。在这一点上,分析挤出机的一些性能特征是有用的。这将是本系列第2部分的重点。

关于作者: Dr. Chris Rauwendaal is a well-known author, lecturer, researcher, entrepreneur, and consultant in the field of extrusion. He holds numerous patents and has written more than 200 articles and seven books related to extrusion, mixing, injection molding, and statistical process control. A Fellow of the Society of Plastics Engineers (SPE), he is the developer of the CRD, VIP, and ASM mixing technologies that utilize strong elongational flow to improve mixing in extrusion and molding. Rauwendaal also developed the HHT (high-heat-transfer) extruder screw designed to improve cooling in foam tandem and other extrusion operations. In 1990 he founded and is still president of Rauwendaal Extrusion Engineering. Contact: (530) 269-1082; chris@rauwendaal.com; .

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