2014samt年會-分會場報(bào)告于

微通道中聚合物熔體粘性耗散效應(yīng)的實(shí)驗(yàn)研于同敏1,武永強(qiáng)1,貝海鑫1,1.大連理工大學(xué)模塑制品教育部工程，遼寧，大連表明，隨微通道直徑與長徑比的增加，熔體流動時(shí)的粘性耗散效應(yīng)增強(qiáng)；而隨通道熔ExperimentalstudyonViscousDissipationEffectsofPolymerMeltsinMicro-scaleTongminYu1,YongqiangWu1,HaixinBei1,Minjie1.EngineeringResearchCenterofPlasticMoldingProductsofMinistryofEducation,DalianUniversityofTechnology,Dalian116023,ChinaForviscousdissipationeffectofthepolymermeltsflowinmicroscalechannels.Thetemper-（POM）twopolymermeltsattheoutletofthecircularandrectangularmicro-channelswithdif-ferentdiametersandaspectratiosweremeasuredatdifferentinlettemperaturesandshearratesusingviscousdissipationmeasurementdevicemadebytwo-cylindercapillaryrheometermicro-scalediesandtheiraccessories.Theresultsshowthattheviscousdissipationeffectofthepolymermeltsflowisenhancedwiththeincreaseofdiametersandaspectratiosofmicro-channels；whiletheviscousdissipationisweakenedbytheriseofinletmeltstemperature;Andatthesameequivalentdiametertheviscousdissipationeffectofthepolymermeltsflowthroughtherectangularmicro-channelissignificantlystrongerthanthecircular.前聚合熔體壓力動通道流動，粘性熔體團(tuán)中無規(guī)纏結(jié)卷曲的長鏈分子因受移或擠壓碰撞以及彈性松弛與重新纏結(jié)卷曲等結(jié)構(gòu)形態(tài)的隨 化或分子鏈構(gòu)象的動態(tài)尺 變化及其分子鏈之間或分子鏈與通道壁面

特性的影響，粘性耗散作用不可忽略，并YU等[14]通過對PMMA材料在微通道中流動強(qiáng)。DaisukeKawashima等[15]通過對流PMMA和POM兩種聚合物材料在不同剪切速實(shí)實(shí)驗(yàn)設(shè)備與儀器RonsandRH-7微尺度口模及其附件等組成的測量裝置和Kistler6193B微型溫度傳感器及其系統(tǒng)，測量裝置原理如Fig.1所示。流變儀的左右料筒采用同一加熱器對物Φm.0～4004～10s350μm和500μm1620。矩形截面口模尺320μm×300μm500μm×400μm；1632。測量原理及方法生的部分機(jī)械能將被轉(zhuǎn)換為熱能，從而引起熔算其溫度差便可獲知熔體流經(jīng)微通道時(shí)，由粘出口端面保持一可調(diào)間隙（Fig.1），保證流

模出口和熔體溫度之差，即是流經(jīng)不同尺通道時(shí)由粘性耗散作用引起的溫度升實(shí)驗(yàn)測量及結(jié)果分析微通道直徑不同時(shí)的熔體溫升對PMMA材料在口模熔體溫度分別220℃、240260℃，POM材料的口模熔體溫度分別為190℃、205℃和220℃條350μm500μm，長徑比均16的圓形截面口模時(shí)，測得的口模出口熔體溫升結(jié)果，如Fig.2和Fig.3所示。增大。如PMMA材料，在通道熔體溫度220℃，剪切速3000s-1時(shí)，通道直徑由350μm500μm，其出口熔體溫升值從4.6℃增加到.3.73。PM4.℃增加到5.0。道截面上形成明顯的柱塞流動區(qū)和剪切流動ig.4切摩擦熱量使其粘性耗散效應(yīng)十分明顯。而隨50μm35μm溫度不同時(shí)的微通道出口熔體溫升由Fig.2和Fig.3所示的實(shí)驗(yàn)測量結(jié)果曲如在剪切速率為3000s-1，通道熔體溫度220240260℃時(shí)，PMMA熔350μm溫升值則由4.6℃下降到3.1℃和2.9℃，下降幅度為32.6%和37%；而當(dāng)微通道直徑為500同樣剪切速率下，POM熔體在熔體溫度分別為190℃、205℃和220℃時(shí)，流經(jīng)直徑350μm5.2℃、4.44.015.4%和23.1%；而微通道直徑為500μm時(shí)，其出口熔體溫升值分別為6.7℃、6.0℃和5.6℃，溫10.4%16.4%。可見通道力減小，同樣壓力用，熔體流動時(shí)的剪切微通道長徑比不同時(shí)的出口熔體溫升350μm，長徑1620500μm，長徑比溫升測量結(jié)果如Fig.1.5和Fig.1.6所示。兩種材料的出口熔體溫升值均隨通道長徑比的增加而升高。如當(dāng)剪切速率為3000s-1，長徑比由16增加到20PMA熔體流經(jīng)直徑35μm4.6℃增加到5.5℃，增幅達(dá)19.6%；而同樣測試條件下，POM熔體的微通道出口熔體溫升值，則由4.0℃增加到4.4℃，增幅10%；對500μm16增大升值6.3℃增加到7.3℃，增幅15.9%。同樣條件下，POM熔體的微通道出口熔體溫升5.6℃增加到6.4℃，增幅為14.3%。這是

通道截面形狀不同時(shí)的出口熔體溫升350μm500μm的圓320μm×300μm500μm×400μm16和POM兩種聚合物熔體流經(jīng)不同尺寸的矩形Fig7350μm的矩形截面微通道的出口熔體溫5.3500μm的矩形7.2℃，35.8%POM材料流經(jīng)相同當(dāng)量直4.66.439.1%。與圓形截面PMMA350μm的4.6℃；而5.2℃；矩形通道的出口熔體溫升比圓13%；POM350μm的4.0℃，4.6℃；矩形通道比圓形增PMMA熔體流經(jīng)微通道的出口熔6.3℃，而流經(jīng)相同當(dāng)量直徑矩形截7.2℃，比圓14.3%；同樣，POM熔體流經(jīng)500μm的圓形和當(dāng)量直徑相同的矩形截面微通道的出口熔體溫升分別為5.6℃和6.4條件下，PMMA材料的出口熔體溫升值高于量大小不同；PMMA材料的分子結(jié)構(gòu)是由POM分子是由（-CH2-O-)粘度?。慌cPOM材料相比，PMMA的分子鏈時(shí),PMMA材料的相對分子質(zhì)量（50～100萬）比POM的分子量（2～11萬）大很多，纏結(jié)作用強(qiáng)，流動。因此，在同等剪切速率下，PMMA熔體所消耗的機(jī)械能及其轉(zhuǎn)化PMMA材料的微通道出口熔體溫升高于POM結(jié)果與討論P(yáng)MMAPOM兩種材料，在不同剪PMMAPOM兩種聚合物熔體流經(jīng)PMMA熔體的溫升增幅高于POM熔體。

于圓形；而在矩形截面微通道中，POM熔體的出口熔體溫升增幅大于PMMA熔體。的粘性耗散效應(yīng)與其材料分子鏈結(jié)構(gòu)和分子參考文獻(xiàn)[1].于同敏,貝海鑫.微注塑充模流動中的粘性耗散效應(yīng)[J].高分子材料科學(xué)與工YuTM,BeiHX.Viscousdissipationef-fectsinMicro-InjectionMoldingFillingFlow[J].PolymerMaterialsScienceandEngineering,2012,28(12):164-168.[2].KandlikarSG.Heattransferandfluidflowinmini-channelsandMicro-channels[M].[3].賀建坤,孫立,,等.粘性耗散對微管HeJK,SunL,LiangSQ,etal.Experi-mentalinvestigationontheinfluenceofviscousdissipationonliquidtemperatureriseinmicro-tube[J].JournalofExperi-mentsinFluidMechanics,2008,22(4):53-[4].HassanH,RegnierN,PujosC,etal.Effectofviscousdissipationonthetemperatureofthepolymerduringinjectionmolding[5].,于同敏,,等.微尺度聚合物熔體粘性耗散效應(yīng)對流變行為的影響[J].機(jī)械工程學(xué)報(bào),2010,46(14):47-52.XuB,YuTM,WangMJ,etal.Impactofviscousdissipationeffectsonmicro-scalepolymermeltsrheologicalbehavior[J].JournalofMechanicalEngineering,2010,[6].IUDICESD，NONINOC，S．Effectsofviscousdissipationandtem-peraturedependentviscosityinthermallyandsimultaneouslydevelolaminarflowsinMicro-channels[J].InternationJournalofHeatandFluidFlow[7].貝海鑫.微注塑充模流動中粘性耗散的研BeiHX.ViscousDissipationoftheFillingProcessinMicroInjectionMolding[D].Liaoning,DLUT,2010.[8].KOOJ,KLEINSTREUERC.Viscoussipationeffectsinmicro-tubesandmi-cro-channels[J].Int.J.HeatMassTrans-[9].AYNESD，WEBBBW．Theeffectofviscousdissipationinthermallyful-ly-developedelectro-osmoticheattransferinmicro-channels[J]．InternationJournalof [10].管寧,,.微管中液體流動的粘性耗散效應(yīng)研究[J].自然科學(xué)進(jìn)展,2008,18(11):1298-1303.GuanN,LiuZG,LiangSQ.Effectofviscousdissipationonliquidflowinmi-cro-tubes[J].ProgressinNaturalScience,2008,18(11):1298-1303.[11].布文峰，，趙耀華．微管內(nèi)部流動粘性耗散的實(shí)驗(yàn)研究與數(shù)值模擬[J].,2008,40(1):BuWF,LiuZG,ZhaoYH.Experimentalstudyandnumericalsimulationofviscousdissipationeffectforflowinmicro-tube[J].JournalofHarbinInstituteofTechnology,2008,40(1):160-163.[12].ShokouhmandH,SoleimaniM.Theeffectofviscousdissipationontemperaturepro-fileofapower-lawfluidflowoveramov-ingsurfacewitharbitrary tion/suction[J].EnergyConversionandManagement,2011,52(1):171-179.[13].MORINIGL.Viscousheatinginliquidflowsinmicro-channels[J].Int.J.HeatMassTransfer,2005,48(17):3637-3647.[14].YuTM,WeiYX,XuB,etal.Researchonviscousdissipationofmeltinfilling

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