微层共挤出过程层叠单元流道三维流场分析

采用Cross-WLF本构方程,建立了层叠单元流道短纤维填充聚合物注塑成型充填阶段三维黏弹数值模型,运用有限元法,对聚合物熔体在层叠单元流道中注塑流动过程进行数值模拟。研究了层叠单元流道中聚合物熔体的流动过程、剪切场分布以及微层剪切流场对短纤维填料的取向作用。结果表明:分流道结构的微小差异会引起聚合物熔体流动波前的不一致,但最终趋于平稳流动状态;聚合物熔体进入扭转、展宽、变薄的区域时,由于流道结构和尺寸突变,剪切速率急剧增大,影响了流动的稳定性;层叠单元流道的结构设计有利于聚合物熔体中短纤维的取向。     

超声辅助挤出对尼龙6性能的影响

在尼龙(PA)6的熔融挤出过程中引入超声振动外场,通过X射线衍射、高压毛细管流变性能、熔体流动速率测定、特性黏度测定和力学性能测试等手段研究超声振动对PA6性能的影响。结果表明,引入超声外场后,PA6的结晶度提高,热力学稳定的α晶型所占比例提高;特性黏度和粘均分子量降低,熔体黏度降低;力学性能基本保持不变。     

振动力场下螺旋芯棒式管材机头内熔体流动的数值模拟

为了研究振动力场作用下螺旋芯棒式管材机头内熔体的流动特性,考虑非定常流动,使用Polyflow软件首次对熔体的流场进行了全三维非牛顿等温数值模拟。研究表明,随着振动力场的引入,流道内熔体的剪切速率、黏度、剪切应力、压力和速度等呈周期性规律变化。另一方面,随着振动频率或振幅的增加,流场的剪切速率平均值增加,而流场的黏度平均值、剪切应力平均值和压力平均值下降。     

玻纤增强PA66复合材料挤出流动性能的研究

采用毛细管流变仪,研究了30%玻纤(GF)增强尼龙(PA)66复合材料在270～300℃下的挤出流动性能。结果表明,剪切速率、温度对GF增强PA66复合材料熔体的流动性能均有影响。复合材料熔体的表观黏度随剪切速率的增加而降低,其对温度的依赖性符合Arrhenius方程。在实验结果的基础上,进一步对熔体流动的本构方程进行修正,建立了剪切速率、温度和黏度之间的关系模型。计算了模型中表征材料挤出流动性能的物性参数。     

振动力场下聚合物熔体流变行为的响应与分析 Ⅰ.毛细管压力降和熔体表观粘度

在自行设计的恒速型毛细管动态流变装置上 ,对聚合物熔体进行动态挤出实验。借助已建立的振动力场下聚合物熔体流变行为的表征公式 ,分别计算振动力场下聚合物熔体在毛细管壁处的剪切应力、剪切速率和表观粘度。与稳态挤出时相比 ,引入振动力场后 ,发现毛细管压力降、表观粘度均显著降低 ,且随着振动频率和振幅的改变呈非线性变化趋势 ,作者对此进行了深入分析。     

振动力场下聚合物熔体流变行为的响应与分析——I．毛细管压力降和熔体表观粘度

在自行设计的恒速型毛细管动态流变装置上，对聚合物熔体进行动态挤出实验。借助已建立的振动力场下聚合物熔体流变行为的表征公式，分别计算振动力场下聚合物熔体在毛细管壁处的剪切应力、剪切速率和表观粘度。与稳态挤出时相比，引入振动力场后，发现毛细管压力降、表观粘度均显著降低，且随着振动频率和振幅的改变呈非线性变化趋势，作者对此进行了深入分析。     

壁面滑移条件下聚合物微共挤成型机理探究

基于壁面滑移条件，建立了微小流道内聚合物黏弹三维共挤出流动模型，并运用有限元方法对流动模型进行了模拟计算。为探究壁面滑移条件下聚合物熔体工艺条件和物性参数对成型的影响，分别设置芯、壳层熔体不同的流率比和黏度比，通过分析流道内外的熔体速度分布及层间界面形貌，探究了无滑移和完全滑移两种壁面条件下，熔体流率和黏度对聚合物微共挤成型层间界面的影响规律。结果表明，无滑移壁面条件下，熔体层间界面不稳定，口模内和口模外界面均发生偏移，且在口模出口处发生突变，熔体离开口后存在胀大和变形现象，其胀大和变形程度随着熔体入口流率比和黏度比的变化而变化；完全滑移壁面条件下，口模内熔体层间界面发生偏移，但口模外界面稳定，不存在挤出胀大和变形，且不受熔体入口流率比和黏度比的影响，这对实现聚合物微复合制品的精密成型具有重要意义。     

动态挤出对聚合物不稳定流动行为的影响

与稳态挤出相比,在振动力场作用下毛细管动态挤出聚合物熔体时,发生不稳定流动的临界流率得到提高。研究结果表明,振动条件下挤出聚合物能有效地改善挤出时的不稳定流动现象,从而提高挤出时产量和质量,为聚合物的成型加工带来巨大的益处。     

动态挤出对聚合物不稳定流动力为的影响

与稳态挤出相比,在振动场作用下毛细管动态挤出聚合物熔体时,发生不稳定流动的临界流率得到提高。研究结果表明,振动条件下挤出聚合物能有效地改善挤出时的不流动现象,从而提高挤出时产量和质量,为聚合物的成型国呀带来巨大在的益处。     

动态充模过程熔体表观黏度的实时测量与研究

修正了脉动压力诱导注射成型充模过程浇口流道中熔体壁面表观剪切黏度的数学模型,并介绍了建立在此基础上的通过实时测量并记录螺杆位置变化以及浇口流道两端熔体压力变化来表征脉动压力诱导注射成型充模过程熔体实时表观剪切黏度的方法,通过实验研究发现,脉动压力的引入对熔体的实时表观剪切黏度产生了深刻的影响,且降低了充模过程单振动周期内壁面熔体的平均表观剪切黏度及受到的平均剪切应力。在此过程中,还提出了特定振动参数下熔体剪切应力与剪切速率之间相位角的计算方法。     

超声振动对PS熔体流变及黏弹行为的影响

采用Bagley入口校正等理论计算方法与实验结果相结合，讨论了超声振动对PS熔体流变及黏弹行为的影响。在口模入口处施加超声振动，降低了聚合物熔体的非牛顿性，改变其黏弹行为，使其在毛细管口模中流动时弹性形变及储能减小，形变松弛加快，黏度降低，从而使挤出加工中流动阻力变小，挤出效率得到提高。     

聚合物新型塑化模型构建及装置的研制

对波致塑化和高剪切微磨塑化的基本原理进行了探讨，将超声波、振动和高剪切微磨引入到聚合物的塑化过程中，构建了新型熔融塑化模型，并根据塑化原理设计了多功能流变性能测试装置。对聚合物流变性能的测试结果表明：一定频率的超声波对聚烯烃的结晶起着积极的作用，聚合物的塑化效果良好。     

Improving rheological property of polymer melt via low frequency melt vibration

A pulse pressure was superimposed on the melt flow in extrusion, called vibration extrusion. A die (L/D = 17.5) was attached to this device to study the rheological properties of an amorphous polymer (ABS) and semicrystalline polymer (PP, HDPE), prepared in the vibration field, and the conventional extrusion were studied for comparison. Results show that the melt vibration technique is an effective processing tool for improving the polymer melt flow behavior for both crystalline and amorphous polymers. The enhanced melt rheological property is also explained in terms of shear thinning criteria. Increasing with vibration frequency, extruded at constant vibration pressure amplitude, the viscosity decreases sharply, and so does when increasing vibration pressure amplitude at a constant vibrational frequency. The effect of vibrational field on melt rheological behavior depends greatly on the melt temperature, and the great decrease in viscosity is obtained at low temperature. © 2006 Wiley Periodicals, Inc. J Appl Polym Sci 102: 5292–5296, 2006     

正弦脉动力场对聚合物/刚性粒子体系毛细管挤出压力的影响

介绍了在毛细管动态流变仪上对聚合物/刚性粒子体系正弦脉动力场下流变特性进行研究的方法。通过对PP/CaCO3体系在振动力场下的流变特性进行实验研究,揭示了聚合物/刚性粒子体系流变性能对振动频率和振幅的依赖关系,以及不同温度下振动力场对挤出压力的影响。     

Wall Slip of Linear Polymer Melts During Ultrasonic‐assisted Micro‐injection Molding

The wall slip of linear polymer melts under ultrasonic vibration is investigated by correcting the slip mechanism, and melt flow behaviors in ultrasonic‐assisted micro‐injection molding (UμIM) method are discussed. Based on the effect mechanism of ultrasonic vibration on the melt, theoretical models of the critical shear stresses for the onset of weak and strong wall slip during UμIM are established, and the change in rheological properties due to the onset of wall slip under ultrasonic vibration is experimental investigated by a built measurement system. The results show that the onset of weak and strong wall slip of the melt in micro cavity are promoted by ultrasonic vibration, which agree with the built theoretical models, and the melt filling capability in micro cavity is enhanced by reducing apparent viscosity and releasing shear stress of the polymer melt, which improves the molding quality of micro polymer parts via UμIM method. POLYM. ENG. SCI., 59:E7–E13, 2019. © 2018 Society of Plastics Engineers     

Rheological equation for polymer melt under the action of vibration

Abstract

The entire extrusion process of a polymer melt within a capillary was analyzed thoroughly when a sinusoidal vibration of small amplitude was superimposed in parallel on the flow direction of the polymer melt. On the basis of rheological measurement, an equation for a polymer melt under parallel vibration, i.e. the apparent viscosity, was obtained. Calculation of the apparent viscosity was established by making use of novel experimental equipment. After collecting and analyzing the instantaneous data of capillary entry pressure, capillary volume flux and their phase difference in a superimposed vibration, the apparent viscosity of low-density polyethylene (LDPE) within a capillary was calculated. Meanwhile, the relationship of shear stress vs. shear rate for a LDPE melt with and without imposed vibration was presented.     

LLDPE在振动剪切复合场中挤出成型的流变行为

利用振动剪切挤出装置研究了线性低密度聚乙烯(LLDPE)在振动与旋转剪切复合力场中挤出成型时的流变行为。结果表明:LLDPE熔体在复合力场中的表观黏度受振动频率、振幅、剪切速率等影响很大。在复合力场中存在使黏度降低最大的振动频率和剪切速率的最佳搭配。     

聚合物动态挤出流变行为研究

本文论述聚合物材料毛细管动态流变行为的测量原理,介绍了自行研制成功的用于合物熔体挤出的毛细管动态流变仪。在该仪器上对ＬＤＰＥ进行了实验研究,发现熔体的粘度与振动源的频率、振幅呈非线性关系。在振动必场作用下ＬＤＰＥ熔体的粘度减小,随振动频率的变化有一最小值。这对矣合物动态塑化挤出工艺过程控制具有十分重要意义。     

HDPE在振动场中挤出成型时的流变行为

利用自行研制的新型液压振动挤出装置研究了高密度聚乙烯（HDPE）在振动场中挤出成型时的流变行为。研究表明,HDPE熔体在振动场中的表观粘度与振动频率、振幅、口模温度和挤出机螺杆转速均有关,随着振动频率的增加,表观粘度先降至最低值,然后回升到一定程度后基本保持不变,但始终低于未施加振动时的表观粘度;振幅越大,振动场对表观粘度的影响就越大;口模温度超过熔点时,振动场对表观粘度的影响有所增大;螺杆转速越大,振动场对表观粘度的影响就越小。