Течение в каналах фильеры

Фильеры обычно представляют собой короткие капилляры, у которых 1 < Ь/Ло < 5. Канал фильеры имеет плавный контур, что позволяет придать потоку на входе форму рюмки и свести до минимума искажения экструдата, обусловленные эластическим восстановлением. Используя фильеры определенной формы, можно получать волокна фигурного сечения. Из-за ВЭВ форма экструдата отличается от формы отверстия (см. разд. 13.7). Даже в прямых фильерных головках течение нельзя считать чисто вискозиметрическим, поскольку величина 1/Ьо мала эффект входа вносит преобладающий или по крайней мере существенный вклад в величину давления, необходимого для формования. Это иллюстрируется приведенным ниже примером. [c.480]

Разработка конструкций прядильных фильер привлекла внимание многих экспериментаторов. Для рационального нагрева расплава выше температуры плавления полипропилена целесообразно выбирать большие расстояния между отверстиями фильеры, чем при формовании волокна из расплавов полиамидов или полиэфиров. При течении полипропилена эластичность (расширение струи расплава после выхода из канала фильеры) проявляется [c.241]

Исследовали 18%-ные растворы полиакрилонитрила с молекулярным весом около 30 ООО. Для выяснения влияния длины канала фильеры были использованы стеклянные и металлические капилляры. Размер струи на выходе из капилляра определялся фотографически с помощью горизонтального микроскопа. Изменение величины относительного расширения струи раствора в зависимости от длины капилляра I и градиента скорости истечения раствора (в воздух) показано на рис. 2. Из рис. 2 видно, что при уменьшении относительной длины капилляра ПК (где Я — радиус капилляра) и увеличении градиента скорости течения раствора значительно возрастает величина расширения струи. Можно ожидать, что при истечении раствора в осадительную ванну картина изменится незначительно [c.151]

С учетом сказанного выше относительно ориентационных процессов, происходящих при течении через канал фильеры, можно представить сравнительную схему структурообразования на первых стадиях формования изотропных и анизотропных систем (рис. 6.4). Обращает на себя внимание различие в характере образующихся структур на стадии трехмерного упорядочения, где для гибких полимеров, если не принять особых мер, реализуются условия кристаллизации со складчатыми цепями [27], а для предельно жестких — либо замораживается жидкокристаллическая, либо образуется кристаллическая структура с вытянутыми цепями. [c.230]

При течении полимера в поле поперечного градиента скорости в нем возникают не только касательные (тангенциальные) напряжения сдвига, но и напряжения, нормальные к направлению вектора скорости [2 10 И 12 14 30]. Возникновение этих нормальных напряжений проявляется при формовании волокон в явлении расширения струи по выходе из канала фильеры. Эти явления часто нежелательны, так как приводят к снижению стабильности [c.61]

Расширение струй после выхода из канала фильеры. В момент вытекания струйки из капилляра, когда исчезает трение жидкости о стенки канала и происходит дезориентация макромолекул и их агрегатов, наступает выравнивание скоростей течения слоев расплава вдоль струйки и начинают действовать силы поверхностного натяжения. При этом наблюдается увеличение диаметра струйки в 1,5—2 раза по сравнению с диаметром капилляра. Зона расширения струйки распространяется на расстояние 5—10 мм от фильеры. [c.134]

После выхода из отверстия фильеры струйка расширяется. Это нормальный эффект, который вызывается динамической ориентацией в капилляре и аккумуляцией эластической энергии . Расширение уменьшается при приложении сильного отводящего усилия. Расширение жидкой струйки,, вероятно, складывается из двух частей вязко-эластических напряжений прядильного раствора (которые при течении через, канал отверстия фильеры могут в большей или меньщей мере релаксировать) и напряжений, вызываемых динамической ориентацией, которая полностью сохраняется во время всего течения через канал фильеры и поэтому не зависит от длины канала. Из эластической части расширения струйки можно рассчитать время релаксации прядильного раствора. Для медноаммиачного раствора целлюлозы при 30° С это время равно 0,115 сек. [c.272]

Процесс формования волокна можно разбить на четыре основные стадии течение расплава полимера с постоянной скоростью в каналах фильеры расширение струи после выхода из канала фильеры вытягивание струи расплава и образование твердой фазы движение образовавшегося твердого волокна, обработка полученной нити и прием ее на соответствующие приспособления. [c.120]

Б первой зоне наблюдаются так называемые входовые эффекты , определяющие расход дополнительной энергии на продавливание жидкости через канал фильеры и создающие в упруговязких системах медленно релаксирующие напряжения. Во второй зоне устанавливается профиль скоростей, отвечающий реологическим особенностям конкретной системы, и соответственно протекают процессы ориентации макромолекул и надмолекулярных образований вдоль направления течения жидкости, а также процессы постепенной частичной релаксации избыточного напряжения. При выходе из канала отверстия наблюдаются выходные эффекты, которые проявляются в частности, в сужении струи для ньютоновских жидкостей и в расширении ее для упруговязких систем. Наконец, в четвертой зоне протекают процессы деформации струи, связанные с [c.139]

ВХОДОВЫЕ ЭФФЕКТЫ ПРИ ТЕЧЕНИИ ЖИДКОСТИ ЧЕРЕЗ КАНАЛ ФИЛЬЕРЫ [c.140]

Для ньютоновских жидкостей с вязкостью выше 10 пз при диаметре отверстия 100 мкм длина начального участка составляет при обычных для формования волокон скоростях течения жидкостей несколько микрон. Имея в виду, что для производственных фильер длина канала фильеры значительно превышает диаметр отверстия, можно считать, что зона / занимает лишь небольшую часть общей длины канала и в основной части канала существует установившийся режим течения с параболическим распределением скоростей. [c.140]

Вообще согласно законам гидродинамики при выходе струи из отверстия должно происходить уменьшение ее поперечного сечения. Но это характерно только для ньютоновских жидкостей. Для неньютоновских жидкостей, обладающих упруговязкими свойствами, дело обстоит иначе. Входя в канал отверстия, такая жидкость из-за перестройки профиля скоростей накапливает упругую энергию, которая не успевает полностью рассеяться за короткий период течения в канале фильеры. [c.247]

Высокая вязкость и эластичность расплавов (р-ров) полимеров существенно осложняет их течение через отверстия фильеры. Входные эффекты м. б. причиной неравномерности течения вследствие турбулентности высокоэластической, приводящей обычно к скручиванию струй. Для снижения входных потерь и рассредоточения энергии входа каналы фильеры имеют конусный вход (под углом 20°). При течении прядильной жидкости через канал не достигается, по-видимому, установившийся режим течения, хотя в ряде работ показана линейная зависимость между падением давления и длиной капилляра начиная с бесконечно малой длины (остроконечный капилляр). [c.374]

По достижении Т5 течение становится невозможным. Поэтому, если полимер все же понуждается внепшей силой проходить через отверстие (канал, капилляр, фильеру и т. п.), то это происходит по механизму пристенного скольжения. Другими словами, достижение Та соответствует переходу от течения к скольжению, или срыву , когда из-за отделения полимера от стенки и падения гидравлического сопротивления канала скачкообразно возрастает объемный расход без заметного увеличения давления (нагрузки). Различные интересные следствия и возможные проявления этого эффекта, такие, как возникновение автоколебаний, различные входовые эффекты, характер распределения напряжений в потоке и др., детально описаны и обсуждены в работах [8 д—10 д]. [c.279]

Сдвиговое течение встречается в трубопроводах и отверстиях фильеры, а продольное наступает вдоль пути формования или там, где происходит изменение поперечного сечения канала. [c.159]

В случае тангенциального входа (рис. VI.35, а) пластицированный материал из экструдера 1 нагнетается через решетки 2 и расположенные между ними фильтрующие сетки и рассекается промежуточным дорном 3. Затем поток материала огибает фигурный дорн 6 головки. Чередующиеся расширения и сужения кольцевого канала по пути движения материала способствуют выравниванию давления материала и скорости его течения. Рукавная пленка выдавливается через кольцевую щель 9, образованную верхней частью дорна 6 и фильерой 10. Для замера температуры головки установлены термопары 8. Воздух для раздувания рукава пленки нагнетается через штуцер 4 по трубке 5, установленной в канале дорна. Регулирование кольцевого зазора осуществляется с помощью расположенных по окружности головки болтов 11. Для обогрева головки установлены ленточные электрические нагреватели 7. [c.280]

Для увеличения скорости отвода нити из осадительной ванны необходимо уменьшить величину расширения струи при выходе из фильеры или создать такие условия формования, при которых образование геля наступает после того, как струя будет так растянута, что ее диаметр окажется равным или меньше диаметра отверстия фильеры (такие условия создаются при сухом методе формования). С этой целью проведены опыты для определения влияния условий течения прядильного раствора и геометрических размеров канала, из которого раствор вытекает, на расширение струи после выхода ее из фильеры. [c.151]

Практически было подтверждено, что формование волокон происходит тем устойчивее, чем меньше фильерная вытяжка Ф и больше отношение а. Было также показано, что величина а возрастает с увеличением вязкости прядильной жидкости т), скорости ее движения в канале фильеры У1 и молекулярного веса полимера. Величина а зависит от отношения длины канала отверстия фильеры I к его диаметру 1 (т. е. от Ь = // 1). При малых величинах Ь (Ь < 1) или больших величинах течение жидкости становится неустойчивым, форма струйки — неправильной (см. рис. 6.1, г) и нормальное формование нарушается. В то же время было экспериментально подтверждено, что с ростом илi I (до известного предела) величина а уменьшается. Так например, при формовании капроновых волокон из расплава при 1 = 0,25—0,50 мм а = 2,0, а при с 1 =—, Ъмм а =1,2. Величина /о (см. рис. 6.1) для растворов до 1 мм, а для расплавов значительно больше. [c.156]

Для проведения более точных расчетов выполнено исследование течения в сопловом элементе с учетом вязкости. Оценки показывают, что в реальных случаях, когда длина сопла не более чем на порядок превосходит диаметр, для чернил влияние вязкости сводится к образованию более или менее тонких пограничных слоев. В центральной части канала давление и скорость распределены однородно по сечению. При этом у границ сопла скорость быстро меняется в пределах узкого пограничного слоя. Гидродинамика этого слоя описывается уравнением Прандтля. Ввиду сложности решения этого нелинейного уравнения можно ограничиться рассмотрением частных случаев. Для фильеры и невысокой частоты, как правило, выполняется условие o/< F ,, и члены, содержащие производные по времени в уравнении пограничного слоя пренебрежимы. Тогда имеет [c.15]

На режим течения сушественное влияние оказывают входовые эффекты. Как уже отмечалось выше, расплавы полимеров обладают вязко-эластическими свойствами. При входе в канал в расплаве возникают упруго-эластические деформации. Продолжительность нахождения расплава в капилляре составляет 10- —10 2 сек, а продолжительность релаксации значительно больше (0,1—5 сек), поэтому в процессе течения не успевают реализоваться возникшие при входе упруго-эластические напряжения. Эти напряжения оказывают влияние на некоторые процессы, протекающие при течении расплава по каналам фильер и после выхода расплава из фильеры. К ним относятся расширение (вспучивание) струи и дробление или нарушение равномерности расплава, приводящее к получению волокна с неравномерной поверхностью или спиралевидной формы. Интенсивность проявления этих процессов зависит от свойств расплавов, определяемых природой полимера и, в частности, упругой составляющей деформации и параметров процесса течения. [c.121]

Первая зона соответствует входу раствора (расплава) в отверстие фильеры, вторая зона — течению жидкости по каналу, третья зона — выходу из канала в прядильную шахту (ванну) и четвертая зона — области деформации образовавшейся струи (жидкой нити) под влиянием внешних сил, действующих на эту струю вплоть до начала резкого изменения реологических свойств раствора (расплава), т. е. до начала фиксации (отверждения) нити. [c.139]

Зона II (см. рис. 7.1) в реальных фильерах, где отношение длины канала к диаметру отверстия превышает единицу, составляет основную часть канала. Эта зона характеризуется установившимся профилем распределения скоростей течения, который зависит от типа жидкостей. Ньютоновские жидкости, подчиняющиеся закону [c.142]

Минимальная длина канала в реальных фильерах задается, естественно, не длиной участка, на котором происходит переход к стационарному течению о установившемся профилем распределения скоростей, а конструктивными соображениями, связанными с прочностью донышка фильеры. Оно должно выдержать перепад давлений между внутренней полостью фильеры и внешним давлением (суммарное атмосферное и гидростатическое давление столба жидкости осадительной ванны при формовании мокрым способом). [c.143]

На отсутствие стационарного течения в канале фильеры прямо указывает зависимость разбухания струи от длины канала. Результаты многочисленных экспериментальных исследований разбухания струй полимерных жидкостей обобщены во многих обзорах. Хотя на величину разбухания влияет ряд побочных факторов (поверхностное натяжение, гравитационные силы и т. д.), причиной разбухания является релаксация высокоэластической деформации, которая была накоплена жидкостью при течении через капилляр. Для капилляров большой длины, в которых развивается стационарное течение, величина разбухания не зависит от длины капилляра. Для коротких капилляров, какими являются каналы промышленных фильер, даже небольшие различия геометрических размеров каналов или условий течения (времени, скорости) приводят к значительным изменениям величины разбухания. При истечении из короткого отверстия фильеры причиной разбухания может быть не только релаксация сдвиговой высокоэластической деформации, но и релаксация остаточной входовой деформации одноосного растяжения. [c.260]

Появление нормальных напряжений при сдвиговом течении вязкоупругих жидкостей-простейший случай пелинйй-иого вязкоупругого поведения жидкостей. При низких скоростях сдвига нормальные нап >яжения пропорциональны поэтому их появление иаз. эффектом второго порядка . При высоких напряжениях и скоростях сдвэта нелинейность поведения проявляется сильнее нормальные напряжения растут с увеличением у слабее, чем у , а касательные напряжения перестают быть пропорциональными у, т. е. перестает соблюдаться закон Ньютона-Стокса. При изменении режима деформирования проявляются релаксац. св-ва вязкоупругих жидкостей. Так, струя, образующая полимерное волокно, после выхода из канала (фильеры) разбухает при выходе из формующей головки экструдера сложнопрофильные изделия претерпевают искажения формы. [c.247]

Целесообразно начать этот доклад с описания использованной нами установки для формования (рис. VH.l) II]. Небольшое количество раствора поступало к отверстиям фильеры и далее в осадительную ванну, иногда через воздушную прослойку между донышком фильеры и зеркалом ванны [2]. Объем используемого раствора 5—10 см диаметр отверстия фильеры 100 мкм. Филамент принимали на выходе из осадительной ванны на систему роликов, затем он проходил через промывочную ванну и вторую систему роликов и после пути в 1 м по воздуху его принимали на бобину. Волокна на бобине промывали холодной водой и сушили в вакууме при комнатной температуре. Полученные таким образом волокна называли свежесфор-мованными . Натяжение вдоль пути формования характеризовали кратностью вытяжки, т. е. отношением скорости самого быстрого ролика к линейной скорости течения раствора на выходе из канала фильеры. Кратность вытяжки обычно меняли в пределах от 0,5 до 2. [c.151]

Малые соотношения длины и диаметра каналов фильеры (Z/d = = 1—3) также оказывают значительное влияние на характф их течения. При протекании жидкости чвр.ез короткие капилляры большую роль играют входовые эффекты. Поэтому по длине канала фильеры не успевает устанооаиться стационарный профиль скоростей. [c.109]

На процесс течения в канале фильеры и входовые эффекты большое влияние оказывает профиль канала фильеры. Наиболее блатоприятные условия течения создаются, если канал имеет ко-ничесвий вход, достигающий /з его длины и более [10— 12]. При этом происходит постепенное выравнивание поля скоростей, умень- [c.110]

Нитеобразование. Схематично процесс формования нити можно разделить на четыре стадии (рис. 45). Первая стадия — течение расплава в капиллярном канале отверстия вторая — расширение струйки после выхода из канала фильеры третья — вытягивание струйки расплава и образование твердой нити четвертая — охлаждение нити и движение ее к приемному устройству. [c.132]

Частичная релаксация входовых напряжений при течении массы через канал фильеры проходит во времени и не заканчивается по. 1ностью даже при относительно большой длине капилляра. Предполагается, что расширение струи на выходе из фильеры связано с этими остаточными напряжениями. Снижение эффекта расширения струи за счет уве.пичения продолжительности пребывания массы в капилляре (т. е. за счет удлинения канала фильеры) не было бы рациональным, так как резкое возра-< тание давления, которое должно быть приложено для продавливания массы, не компенсируется выигрышем в диаметре вытекающей струи, тем более, что регулирование толщины нити легко достигается при формовании расплавов путем широкого варьирования фильерной в]>1тяжки (вытягивание еще не отвердевшей нити). При формовании растворов по мокрому методу эффект расширения струи выражен не очень резко. [c.143]

Входная часть канала фильеры для уменьшения тур-булизации потока обычно делается конической. Очевидно, что в канале конической формы также сосуществуют два вида течения, хотя можно полагать, что в этом случае возрастает вклад сдвигового течения, обусловленного трением жидкости о стенки канала. В цилиндрической части канала осуществляется сдвиговое течение и релаксация высокоэластической деформации, развившейся при втекании жидкости в канал. Этот релаксацион- [c.259]

При 9 > О (см. рис. 13.25) течение в конической части кольцевого канала отличается от течения в канале вискозиметра. Поэтому результаты оценки разбухания экструдата при экспериментах на капиллярном вискозиметре не коррелируют с экспериментальными значениями кр (г). Еще труднее предсказать радиус цилиндрической заготовки Нр (г), поскольку он зависит не только от особенностей течения расплава внутри экструзионной головки, но также от сил, действующих на заготовку (модуля упругости и, вероятно, продольной вязкости). Миллер [34] пытался найти корретяцию между величиной / /// , отношением конечного радиуса заготовки к радиусу выходящей из фильеры трубки и структурными и реологическими свойствами ряда образцов ПЭВП. Однако никакой корреляции ему установить не удалось. [c.579]

Геометрическая форма входного отверстия имеет особенно важное значение для коротких капилляров, к которым относятся фильеры. Формование волокон из расплавов обычно проводится на фильерах с коническим входным отверстием, обеспечивающим возможность применения более высоких градиентов скоростей. В одном из патентов формование полипропиленового волокна при высоких напряжениях сдвига рекомендуется проводить на фильерах с конусом, имеющим угол не менее 14°, высоту конуса 0,75 — 2,5 см и высоту цилиндрической части более 5 и менее 40% от суммарной высоты конической и цилиндрической частей фильеры. Такая форма фильеры дает возможность значительно увеличить напряжение сдвига без нарушения равномерности течения расплава. Так, например, при т=2,7 10 дин/см и подаче расплава со скоростью 1,7 мин формование полипропиленового волокна на фильерах, имеющих высоту конической части 1,25 см, конусность 14°, длину цилиндрической части 0,31 см и диаметр отверстия 0,05 см, протекает устойчиво. Для аналогичных фильер с цилиндрическим каналом нарушение равномерности потока расплава наблюдается при скорости подачи 0,6 г мин и т= 1,5-106 dunj M . При удлинении канала или уменьшении диаметра нарушение процесса формования происходит при более низких скоростях подачи или напряжениях сдвига. [c.124]

Для установившегося ламинарного течения через капилляр характерно распределение скоростей но параболе (ньютоновские жидкости) или но искаженной параболе (для жидкостей, подчиняющихся степенному закону течения). Подробнее вопрос о форме кривой распределения скоростей будет рассмотрен в следующем разделе. Важно отметить то обстоятельство, что переход от медленного течения раствора (расплава) перед входом в капал отверстия фильеры к стационарному потоку в канале связан с преобразованием профиля скоростей. Скорость раствора при переходе из нреддонной части фильеры в канал отверстия изменяется в несколько десятков и сотен раз. При этом происходит изменение напряжения сдвига и градиентов скорости не только в радиальном направлении (подобно тому, как они изменяются в установившемся потоке), но и вдоль оси отверстия фильеры. [c.140]

Справочник химика 21

Химия и химическая технология