磨料浆体射流切割中添加剂的性能及试验研究.pdf

维普资讯 2005年第 7期 磨料磨具通讯 ·10 · 磨料浆体射流切割中添加剂的性能及试验研究 刘小健 俞 涛 摘要：结合高聚物添加荆的特性，讨论其在磨 高的极限情况下，粘度是常数，这两种极端情况被 料射流切割中的作用。研究了使用高聚物添加荆 称为第一牛顿区和第二牛顿区。在这两个区域之 后的切割效果、特点 。首次分析了磨料浆体射流中 间，聚合物溶液表现出非牛顿流体的特征，其表观 比能耗的变化趋势，并进行 了相关试验结果的机 粘度随着剪切速率的增大而降低。本试验采用聚 理分析 。 丙烯酰胺配制的磨料浆体射流属于非牛顿流体范 畴。 】 前言 从聚丙烯酰胺溶液的流变曲线可知，其表观 磨料水射流技术 自20世纪 80年代出现 以 粘度与剪切速率的关系符合幂律规律，表达式为： 来，一直是水射流技术研究和发展的重要方向。 ／1．．=r／(，，))，一 。，(0n1) 常规磨料水射流是依靠水射流中携带的磨料颗粒 式中， 为表观粘度； (，，)为粘度系数；n为幂 的冲击和研磨作用，来加强射流对靶物破碎切割 律指数； 为剪切速率。不同浓度质量的聚丙烯 能力，其中磨料颗粒在射流中运动速度的大小是 酰胺溶液的流变曲线如图 1所示，图 1中P 为聚 决定射流切割能力的关键 对于后混合磨料水射 丙烯酰胺的质量密度，实验温度为25℃。 流 ，磨料和高速水在混合腔 内混合后通过聚集管 1 — (或导向喷嘴)重新聚集，速度和能量损失相当大 ， ：1 ‘ 流动是紊乱的，喷出的射流是扩散的。而对于前 兰1 混合磨料射流来说 ，因磨料 比重较大，当速度较低 l 时，容易在管道中发生沉降，甚至堵塞 因此，近 i,／s。 图 l 聚丙烯酰胺溶液的流变 曲线 年来在国际上出现了磨料浆体射流，即在水中加 入高聚物添加剂，采用一定的工艺方法配制成磨 由图 1可以看出，聚丙烯酰胺溶液的表观粘 料浆体 ，利用其独有的特性来减小射流的扩散 ，增 度随着剪切速率的增加而下降。这是因为随着剪 加射流的集束性和出口速度，提高射流切割能力 切速率的增加，聚合物分子问的网状结构被破坏 和切割效率。磨料浆体射流是 目前射流技术研究 (或部分破坏)，导致分子之间的吸引力和柔性分 和应用的重要发展方向和 内容之一。 子之间的相互缠结的能力减小 ，故在相同的剪切 在磨料浆体射流切割中，常用的高聚物添加 速率下，溶液的质量浓度越高，其分子网状结构破 剞有甲基纤维素和聚丙烯酰胺。本文主要讨论聚 坏的越严重，表观粘度下降的幅度就越大。另外 ， 丙烯酰胺在射流切割过程 中的应用及其机理分 聚丙烯酰胺溶液表观粘度随着溶液的质量浓度的 析。 增大而增加，这是因为聚丙烯酰胺的质量浓度