3.4 模擬結果分析
3.4.1 流變參數之影響
此節將討論 Giesekus 模型中之流變參數 α 對進料區塊內流動之影響，
α 代表流體之第二正向應力差(second normal stress difference)性質，本論文 改變上下層流體 α 值以藉此了解第二正向應力差對於共押出製程問題之關 係。
圖 3-18 為第二正向應力差造成之二次流動(secondary flow)發展圖，前 端因下層流體流量較高，將流體界面往上推擠，過了流體匯流區界面達平 穩狀態後，二次流動之現象則更為明顯並產生迴流區域，但流道長度增加 二次流動速度並不會隨之增加，且二次流動速度僅有押出方向(X 軸)速度 之 1%左右，如圖 3-19 可看到 Y 方向速度分佈隨流道長度增加並無多大變 化，但隨著流道長度增加二次流動造成之界面彎曲程度亦越大。
當塑料流體流變參數α値越高，表示此塑料會表現出更大的第二正向 應力，因此α値較高的流體在應力釋放後，會有較高的第二正向應力(τyy)，
使得進料區塊中之雙層流體界面因α値差異而呈現突起的狀況。此節將針 對上下層高分子塑料流體之α比來探討對於界面包覆現象之影響。
3-18 沿流動方向之二次流動發展圖
Fslip＝4.5×106(power law) QI/QII＝13.2,
η
I/η
II＝2.5Z X Y
1L
3L
5L
第三章 結果與討論
(c) 5L (b) 3L (a) 1L
圖 3-19 不同流道長度之 Y 方向速度分佈圖
第三章 結果與討論
(1) 改變上下層流體 α 值
圖 3-20 及圖 3-23 為改變上下層 α 比之界面包覆度增加圖，因上下層 高分子流體之黏度比相同，故界面包覆之變化僅隨 α 比不同而改變，由圖 中可看出在矩形流道前端之界面包覆度不會因 α 比不同而產生大變化，此 乃因此處為進料區塊匯流處，流體於此處匯流產生一流體界面，而因流量 差異極大使得流體界面產生往上偏移，其影響遠大於第二正向應力差產生 之二次流動，而其流體界面於壁面之接觸線位置如圖 3-21 及圖 3-24 所 示。由圖中亦可觀察出過了進料區塊匯流處後，α 參數對於界面包覆增加 之影響，當上下層流體之 α 值差異越大，因二次流動之效應越顯著，進而 使得界面包覆程度增加。圖 3-22 及圖 3-25 為出口截面之 Y 方向速度分佈 圖，可看出當 α 值差異越大，二次流動效應越顯著，且其迴流速度越大，
其中迴流速度定義為靠近壁面之 Y 方向速度分量，當迴流速度越大界面包 覆之趨向亦越大。表 3-8 為上述模擬結果整理，可明顯看出流體 α 值差異 越大，其出口界面包覆度及迴流速度都隨之上升。
表3-8 不同 α 比設定之分析比較
Numerical Results (QI/QII＝13.2, ηI/ηII＝2.5, Fslip＝4.5×106) α Ratio
(αII/αI) Outlet Encapsulation (%) Recirculation Velocity (m/s)
1/1 15.4 -4.71×10-5
1/2 28.7 -1.6×10-4
1/3 36.6 -2.35×10-4
2/3 33.8 -2.02×10-4
-1.51×10-4 3/3 28.6
第三章 結果與討論
Degree of Encapsulation (%)
Flow Distance (x/L) αII/ αI = 1/1
Flow Distance (x/L) αII/ αI = 1/1
第三章 結果與討論
(c) αII/αI＝1/3 (b) αII/αI＝1/2 (a) αII/αI＝1/1
第三章 結果與討論
Degree of Encapsulation (%)
Flow Distance (x/L) αII/ αI = 1/3
Flow Distance (x/L) αII/ αI = 1/3
第三章 結果與討論
(c) αII/αI＝3/3 (b) αII/αI＝2/3 (a) αII/αI＝1/3
第三章 結果與討論
(2) 固定上下層流體 α 比
Giesekus 黏彈模型中之 α 參數代表流體第二正向應力差之性質，α 值 越大流體所表現出之二次流動效應越大，由前述研究可知上下層流體 α 值 差異越大使得進料區塊內之二次流動現象越顯著，此小節將固定上下層流 體α 比以探討 α 值對於界面彎曲包覆及二次流動之影響。
圖 3-26 為固定上下層塑料流體之 α 比値並藉由改變 α 值探討其對包覆 現象之影響，可看出即使上下流體之 α 值沒有差異，但 α 值越大仍使得界 面包覆程度上升，其流體於壁面接觸線位置如圖 3-27 所示。因 α 在 Giesekus 黏彈模型中代表第二正向應力差之性質，為流體第二正向應力差 或係數(second normal stress difference or coefficient)對第一正向應力差或係 數(first normal stress difference or coefficient)之比，因此即使上下流體 α 值 相等，高 α 值仍會造成較強烈的二次流動現象，造成較高的界面包覆現 象。圖 3-28 為進料區塊出口截面(7.9L)處之 Y 方向速度分佈圖，可明顯看 出當流體 α 値越高其二次流動效應越大，迴流速度亦越大，其所表現出之 二次流動行為亦符合前述流體界面之彎曲包覆結果。表 3-9 為上述模擬結 果整理。
表3-9 固定 α 比設定之分析比較
Numerical Results (QI/QII＝13.2, ηI/ηII＝2.5, Fslip＝4.5×106) α Ratio
(αII/αI) Outlet Encapsulation (%) Recirculation Velocity (m/s)
1/1 15.4 -4.71×10-5
2/2 22.2 -1×10-4
-1.51×10-4 3/3 28.6
第三章 結果與討論
Degree of Encapsulation (%)
Flow Distance (x/L) αII/ αI = 1/1
Flow Distance (x/L) αII/ α
第三章 結果與討論
圖 3-28 固定 α 比之 Y 方向速度分佈圖 (c) αII/αI＝3/3
(b) αII/αI＝2/2 (a) αII/αI＝1/1
第三章 結果與討論
(αII/αI) Outlet Encapsulation (%) Recirculation Velocity (m/s)
1/3 36.6 -2.35×10-4
第三章 結果與討論
Degree of Encapsulation (%)
Flow Distance (x/L) αII/ αI = 1/3
Interface Position (y/L)
Flow Distance (x/L) αII/ αI = 1/3
第三章 結果與討論
圖3-31 上下層流體 α 值互換之 Y 方向速度分佈圖 (a) αII/αI＝1/3
(b) αII/αI＝3/1
(c) αII/αI＝1/2
(d) αII/αI＝2/1
第三章 結果與討論
(e) αII/αI＝2/3
(f) αII/αI＝3/2
圖3-31 上下層流體 α 值互換之 Y 方向速度分佈圖
圖 3-32 改變上下層流體 α 值之二次流動示意圖
第三章 結果與討論
由此節之研究可清楚看出第二正向應力差對於雙層共押出流體界面之 影響，亦證實White及Debbaut[13, 45]所提出之第二正向應力差可能造成界面 包覆增加之論點。當Giesekus黏彈模型中之流變參數α越大，流體之第二正 向應力差性質越明顯，且若上下層流體之α值相差越大，則此現象越更加 明顯。因此在進行高分子共押出時，需對於塑料之流變特性有相當的了 解，以避免界面不均勻性之問題產生。
第三章 結果與討論