气体辅助对聚合物异型材多层共挤成型的影响

在等温理论模型得到实验验证的基础上,运用有限元方法对i形多层共挤口模进行了三维非等温粘弹数值模拟研究,对比分析了传统共挤和气辅共挤成型时口模内的流场和口模外离模膨胀及界面形状的异同。研究结果表明,熔体流率的变化对传统共挤和气辅共挤成型过程中壳层和芯层的离模膨胀现象均有较大影响,但对异型材整体离模膨胀现象影响不明显;气辅共挤不仅能有效减小甚至消除传统共挤过程中的离模膨胀现象,而且具有显著的节能效果;共挤口模出口处剪切速率和二次流动最大值处即为制品变形最严重处。     

聚合物多层气辅共挤精密成型机制的数值分析

基于传统共挤成型技术,提出一种先进的气辅多层共挤精密成型技术。研究表明,气辅共挤成型技术不仅可实现挤出制品尺寸的精确自动控制,而且还起到明显的节能降耗的效果。通过建立的稳态有限元数值算法,对传统共挤成型和气辅共挤成型的成型过程和离模膨胀过程进行了系统的对比分析研究,并探讨了气辅共挤成型消除整体离模膨胀的机制。结果表明,多层共挤成型芯壳层熔体的离模膨胀是由黏弹性熔体的二次流动引起,主要取决于芯壳层熔体二次流动的方向与强度。熔体二次流动的方向与第二法向应力差的正负号有关,而熔体二次流动的强度则与第二法向应力差大小成正比。气辅共挤成型的气辅口模段可通过气垫膜层的壁面完全滑移作用,有效减小或消除芯壳层熔体的第一和第二法向应力差,使其二次流动消失,从而达到消除口模整体离模膨胀的目的。因此,气辅多层共挤精密成型技术能精确地控制共挤成型的复合产品最终外形和尺寸与挤出口模的形状和尺寸完全相同。此外,研究结果还表明气辅共挤成型的挤出压力相对传统共挤成型可降低约30%以上。     

非等温气辅共挤出胀大的三维粘弹数值模拟

采用PTT本构方程和Arrhenius黏度对温度依赖方程,运用有限元方法,对低密聚乙烯(LDPE)/高密聚乙烯(HDPE)熔体的共挤过程进行了三维非等温粘弹数值模拟,对比分析了两熔体在传统和气辅共挤过程中的速度场、剪切速率分布和层间界面形貌。研究表明,气辅共挤成型在口模出口处不存在二次流动,且在挤出方向流速均匀,剪切速率分布均匀且数值比传统共挤小得多,说明气辅共挤能有效消除传统共挤过程中的挤出胀大和界面偏移现象。     

气体辅助工艺对曲线型异型材共挤成型的影响

基于流变学基本方程和PTT本构方程,建立了三维粘弹曲线型塑料异型材包覆共挤成型数值模型,运用有限元方法对数值模型进行了模拟计算,分析研究了气体辅助工艺对曲线型异型材共挤成型过程中挤出胀大、扭曲变形及口模内流场分布的影响。研究结果表明,传统共挤成型时,共挤制品的挤出胀大及变形、口模内熔体速度场、压力场、剪切速率及应力场等的分布均随着壳层熔体黏度的变化而变化,而气辅共挤成型时,共挤制品的挤出胀大和变形现象以及口模内熔体流场的分布均与芯壳层熔体的物性无关,能实现制品截面形状和尺寸与口模截面形状和尺寸保持一致的精密共挤。     

L型异型材气辅共挤胀大的三维等温数值模拟EI北大核心CSCD

应用有限元分析方法,采用Giesekus本构方程,对L型双层共挤模型进行了三维粘弹等温共挤出数值模拟,分析了2种不同进料方案下传统共挤和气辅共挤口模出口面的速度场、剪切速率场以及挤出胀大和变形情况。研究表明,异型材传统共挤的挤出胀大和变形受进料方案的影响,而气辅共挤则不受其影响。异型材传统共挤在口模出口面速度的非均匀分布是导致挤出胀大和变形的主要原因;气辅共挤口模出口面速度分布均匀,无胀大和变形,说明气辅共挤能消除异型材传统共挤中的挤出胀大和变形。     

聚合物气辅共挤成型中气垫层的建立及其稳定性分析

采用自行研制的气辅共挤成型实验系统和矩形截面气辅双层共挤口模,实验研究了气辅共挤过程中气体压力、气体温度以及气阀的开启顺序对气垫层稳定性的影响,得到了建立稳定气辅共挤气垫层的基本工艺准则。结果表明,气体压力和温度是影响气垫层稳定性的关键因素,要形成稳定气垫层,气体的压力和温度应尽量与聚合物熔体接近,气体和熔体的压力差不应超过0.1MPa,温度差不应超过10℃,先开启气阀时,要严格控制气体压力。     

气辅共挤出界面位置对挤出胀大的影响

基于聚合物流变学理论,运用有限元方法,建立了半圆形共挤口模成型的理论模型,并对理论模型进行了数值模拟,研究了口模入口端熔体层间界面位置及熔体入口流率对共挤出胀大和熔体层间界面位置的影响。研究表明,气辅共挤过程中,当两熔体流率相等时,使得两熔体入口面积近似相等的r值(共挤口模入口处界面位置)能将熔体的离模膨胀率降为零值,同时保证熔体层间界面位置稳定;当两熔体流率不等时,熔体离模膨胀率随着自身流率的增大而增大,随着另一熔体流率的增大而减小,界面位置则向流率较低的一侧偏移。     

气体压力对气辅共挤成型界面的影响

将气体简化为广义牛顿流体,并作为单独一层,针对矩形气辅共挤口模,建立了三维粘弹有限元模型,对理论模型进行了数值计算,研究了气体压力对气辅共挤成型界面形貌的影响及形成稳定气垫层所需最小气体压力与气垫层厚度和熔体流率的关系。研究表明,当稳定气垫层形成后,随着气压力或气垫层厚度的增大,共挤制品挤出胀大率减小,粘性包围程度增大;形成稳定气垫层所需的最小气体压力随气垫层厚度的增大而减小,随着熔体流率的增大而增大。     

聚合物气辅共挤成型界面的有限元模拟和分析

基于流变学基本方程和Phan Thien-Tanner(PTT)本构方程,建立了矩形截面双层型材口模气辅共挤出和传统共挤出的三维非等温粘弹有限元模型,使用粘弹应力分离法(EVSS)、非协调流线迎风法(SU)等有限元方法数值模拟了两种聚合物熔体在口模内的流动过程,得到了气辅共挤和传统共挤层间界面的三维形貌图和剪切应力分布,对比分析了两种共挤界面的粘性包覆和剪切应力分布情况,研究结果表明,气辅共挤可使粘性包围程度减小60%以上,界面剪切应力峰值减小30%以上,气辅共挤将能有效改善共挤制品层厚分布均匀性及界面稳定性。     

L型异型材气辅共挤胀大及变形的数值模拟和实验验证

以L型双层共挤异型材为研究对象,采用Phan-Thien and Tanner(PTT)本构方程对该模型进行了三维等温数值模拟,并使用聚丙烯(PP)对该模型进行了实验研究,对比分析了数值模拟结果与实验结果。研究表明,气体以及重力的影响将使气辅共挤异型材制品截面积偏小;数值模拟和实验结果均表明气辅技术能有效减小异型材共挤过程中的挤出胀大和变形,提高共挤异型材制品的质量以及简化异型材共挤口模的设计。     

聚合物气辅共挤成型中挤出胀大的数值模拟

以一矩形截面共挤型材为例,采用Giesekus本构方程和Navier滑移模型建立数值模型,使用EVSS、SU等有限元方法对气辅共挤和传统共挤时两种聚合物熔体在口模内外的等温粘弹流动做了三维数值模拟,得到了气辅共挤和传统共挤时的挤出胀大率、速度场、应力场及剪切速率分布。对模拟结果进行了分析和对比,结果表明,气辅共挤能消除挤出胀大和模外熔体偏转流动现象;气辅共挤时两相熔体的速度场均匀一致,熔体流动稳定,呈柱塞状挤出;熔体表面的切向和法向应力为零,因而可有效提高挤出速率,并防止制品表面"鲨鱼皮"现象的出现。     

聚合物在等温圆管口模中流动的数值模拟

以挤出圆管为研究对象,采用PTT粘弹本构模型和通用的有限元POLYFLOW软件,对塑料熔体在不同挤出口模内的二维粘弹性等温流动进行了数值模拟。通过数值模拟得出了CPU时间、压力和离模膨胀比等结果。研究表明,过渡段的设计会对挤出压力产生明显的影响,但对离模膨胀比没有影响,用三次插值多项式表征的流线型口模具有较小的挤出压力。     

复合共挤成型中挤出胀大的三维粘弹数值模拟

采用Phan-Thien and Tanner(PTT)本构方程,建立了矩形截面共挤口模内外两种聚合物熔体流动的三维粘弹数值模型,有限元模拟了聚丙烯/聚苯乙烯(PP/PS)共挤过程中的挤出胀大现象,并用实验验证了模拟结果。研究表明:当入口体积流量相同时,两熔体挤出口模后会朝向黏度较高的PS熔体一侧偏转,型材截面呈非对称畸变。两熔体在垂直挤出方向上的速度分布导致了挤出胀大过程中熔体的偏转流动,而口模出口处的剪切速率分布基本决定了共挤型材截面的形状。实验结果与模拟结果基本相符,模拟所得挤出胀大率比实际值大8.6%。等温假设是影响共挤出胀大数值模拟准确度的主要因素。     

聚合物气辅共挤成型中气体入口位置对层间界面的影响

基于流变学基本方程和Phan Thien-Tanner(PTT)本构方程,针对不同气体入口位置,建立了矩形截面双层型材气辅共挤出的三维非等温粘弹有限元模型;使用粘弹应力分离法(EVSS)和非协调流线迎风法(SU)等有限元方法,对共挤界面进行了数值模拟,分析了气体入口位置对界面粘性包覆及剪切应力的影响规律。结果表明,随着气体入口位置与口模入口面之间距离的增加,界面粘性包覆程度和气体入口处界面上的剪切应力峰值均增大,而共挤界面上最大剪切应力值均在口模入口面上,其大小与气体入口位置几乎无关。先汇料后进气的气辅口模结构不利于共挤制品界面质量控制。     

消息报道

反应注塑—拉挤成型 Case Western Reserve的研究人员认为,反应注塑—拉挤成型工艺克服了传统拉挤成型中的一些缺点。在拉挤成型模前引入反应注塑(RIM)混合装置,并用聚合物组分浸渍纤维,可获得更快的线速度,纤维亦可     

连续玻璃纤维/聚丙烯热塑性复合材料拉挤成型中的工艺参数

采用复合纱拉挤方法制备连续玻璃纤维/聚丙烯(GF/PP)热塑性复合材料,研究了复合纱拉挤成型过程中模具温度及拉挤速度对GF/PP复合材料截面中心温度的影响。以傅里叶定律为理论基础,分析了拉挤过程中模腔内的瞬态传热过程;建立了工艺参数矩阵,通过有限元数值计算,预测了不同模具温度、拉挤速度下GF/PP复合材料截面中心的温度变化,优选了工艺参数组合。通过实验制备不同温度、不同拉挤速度的GF/PP复合材料,并进行弯曲模量测试及截面形貌观察。结果表明:在GF/PP复合纱拉挤过程中,拉挤速度不宜超过350 mm/min,模具熔融区温度设定应高于180℃;GF/PP复合材料在150℃-230℃-50℃成型温度、100 mm/min拉挤速度的工艺参数设定下获得最优的制品力学性能;在设定拉挤参数时,拉挤速度相较于熔融区温度更重要。      

塑料微管气辅挤出中内气垫层气体的影响

塑料微管尺寸极小,挤出时熔体离开口模时仍为熔融态,内气垫层气体离开口模后仍在微管腔内流动,会对微管成型产生影响。为此,建立了考虑塑料微管腔内气体流动的双气垫层气辅挤出模型,重点分析内气垫层气体离开口模后的流动对微管成型的影响。通过对管壁内外双层气垫层作用下微管挤出成型过程的有限元数值模拟和实验研究,得到了微管型貌、速度、压力降和第一法向应力差等分布。分析表明,当气体离开口模后,由于外气垫层气体离开口模后进入空气中瞬间减压,而内气垫层气体离开口模后进入微管腔内,仍有一定压力,致使微管管壁内侧气压较外侧气压更大,从而导致微管直径逐渐增大;熔体在口模出口处及出口模后,均有第一法向应力差的产生,分析表明,这与微管形貌、壁厚、流速及压力降等的变化存在较大的关联。考虑了微管腔内气体流动的几何模型更符合实验中当气体压力较大时微管壁面出现凹凸波纹现象,口模出口处微管管壁迅速变薄及口模外部微管管壁逐渐变薄的现象。     

高聚物熔体锥形收敛流场分布的影响因素数值分析

在入口收敛流基本方程基础上,通过建立锥形入口结构和有限元网格模型,运用数值仿真方法,采用Cross本构方程和壁面无滑移模型,速度采用二次插值、压力采用线性插值和黏度牛顿迭代的有限元计算方法,对影响广义等温流动熔体在口模入口和出口区域的压力、速度和剪切速率分布的熔体材料、工艺参数和口模形状等因素进行了数值分析。研究结果表明,压力分布与熔体黏度、流动指数、松弛时间、入口流率和流道压缩比等有直接关系,而法向速度和剪切速率仅受入口流率的影响较大。通过对多个因素量化分析表明,压力分布随着熔体黏度、入口流率和流道压缩比的增大而增大,而随着流动指数和松弛时间的增大而减小,法向速度和剪切速率随着入口流率增大而增大;这些影响因素使得口模出口处压力、法向速度和剪切速率均不为零,从而引发离模膨胀等问题。     

细长复杂截面定向器拉挤成型模具设计

目的模具是拉挤成型的关键性部件,模具的工况直接影响着产品的性能。为提高定向器比强度,提高成型效率并节约成本,设计一种定向器拉挤成型模具。方法根据定向器结构特点和技术要求,将模具设计为组合装配式,并对模具材料进行了优化选择。结果模具被构造为模架、预成型模、成型模等。结论拉挤成型组合式模具具有足够长的使用寿命,耐腐蚀,可保证定向器力学强度并提高尺寸精度,且模具拆装方便,易于清理。     

线缆包覆气辅挤出成型的黏弹性数值模拟

运用Polyflow对气辅电线包覆挤出过程进行数值模拟。首先分别从传统挤出和气辅挤出的角度探究电线包覆过程中芯线的拖动速度、熔体入口流率对挤出胀大的影响,然后对比分析不同入口流率气辅挤出与传统挤出在电线包覆中压力场、速度场及剪切应力场的变化。结果表明,电线包覆挤出胀大与芯线拖动速度成反比,与熔体入口流率成正比,气辅挤出不能消除线缆包覆挤出中的体积胀大;相对于传统挤出,气辅挤出可减小能量消耗,减小口模对熔体的剪切作用,提高包覆质量。