双层聚合物共挤出过程的数值模拟

以HDPE/LDPE共挤出型材为例,用有限元方法对非牛顿流体在共挤出流道内的等温流动进行了二维数值模拟。分析了模具流道收敛角、入口体积流量以及模具结构形状对流道内压力场、速度场以及界面偏移的影响。结果表明:当流道收敛角在0°<α<90°区间变化时,角度的大小对熔体界面影响不大;但当流道收敛角为90°时,共挤出区开始段出现流动死角。流道入口平流区可以使流道内的压力场均匀,有降低流道压力降的作用。HDPE/LDPE两种聚合物熔体共挤出时,其入口流率比对界面位置的影响很大。     

聚合物熔体复合挤出胀大过程的数值模拟及可恢复弹性形变分析

建立了两种聚合物熔体流经矩形流道共挤出的三维数值计算模型,采用有限元方法数值模拟了共挤出成型过程及胀大过程,得到了速度场、压力场、应力场,并利用数值计算方法得到了共挤出流动过程的可恢复弹性形变场,分析了挤出胀大率以及可恢复弹性形变的变化过程。结果表明,在共挤出流动的胀大段,共挤出界面的形状和位置发生了改变;经矩形流道共挤出得到的挤出胀大末端截面形状为不对称的鼓形;在共挤出界面附近可恢复弹性形变值存在极值,运用数值方法计算可恢复弹性形变可以对流动过程中可能存在的缺陷进行预测。     

基于三维有限元模拟的聚合物复合型材共挤出过程分析

建立了两种聚合物熔体在圆柱形流道中共挤出流动的三维数值计算模型,采用有限元方法数值模拟了复合棒材(LDPE/PS)的共挤出成形过程,并对共挤出界面的形状、入口与出口的速度、流动过程的压力降以及入口流量对界面的影响等进行了分析。结果表明,在对接棒材的共挤出过程中,当入口流量相同时,共挤出界面偏向低黏度熔体一侧;入口流量较小的变化即引起共挤出界面的形状与位置较大的变动,在对接棒材的成形过程中为获得稳定的流动,须严格控制入口流量的变化。最后将数值计算得到的界面与实验结果进行了对比,表明数值计算的结果与实验结果是一致的。     

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。     

振动力场对聚合物挤出胀大的影响

为了改善聚合物材料的挤出胀大现象,将振动力场引入聚合物的挤出过程.采用动态毛细管流变仪对不同振动参数下的挤出胀大进行研究,建立了相应的物理模型和数学模型,并借鉴前人的工作成果,运用数学推导得到了挤出胀大与振动参数间关系的解析式.研究表明:随着振动频率和振幅的增加,挤出胀大呈非线性减少,并最后趋于稳定.     

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。     

聚合物T型材挤出成型过程有限元模拟

本文采用聚合物加工理论和有限元方法,建立了聚合物异型材挤出模拟的有限元模型,模拟了聚合物T型材挤出成型过程,获得了聚合物熔体在模具内的速度场、温度场、压力场和应力场分布,分析了模拟结果对成型过程的影响,预测了成型过程中可能出现的缺陷,给出了模具和工艺设计的合理化建议。模拟结果揭示了聚合物T型材挤出成型过程的一般规律,对于模具和工艺设计具有直接的指导作用;所建立的数学方法和获得的模拟结果对于聚合物异型材挤出具有通用的指导意义。     

聚合物共混体系挤出胀大行为的定量分析

首次提出了指数型乘积函数来分析共混体系胀大比与组分胀大比的关系.这种考虑是把不相容共混物中一组分看作另一组分的"填料"形成"复合材料",利用已建立的填充复合材料胀大比是基体胀大比"浓度转换因子"倍数关系建立的.与一些非相容共混体系黏度表现为负偏差不同,其挤出胀大很容易表现为正偏差.模型很好地拟合了文献报道的这些共混物挤...     

聚合物挤出胀大的一个定量模型及应用

基于毛细管内缠结-卷曲分子统计力学的高分子口模胀大理论(适合长毛细管),考虑入口效应和出口胀大演变过程建立了适合长、短毛细管的聚合物挤出胀大统一模型;能分析胀大比受粘弹参数、材料结构、流场特征、入口效应、操作条件和出口介质条件等的影响。模型很好分析了几种塑料、溶液、填充复合材料及橡胶的挤出胀大比数据;首次定量表达了胀大演化的过程,说明模型有一定的合理性。     

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。     

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。     

气辅共挤出流道中聚合物流动过程的数值分析

建立了气辅条件下两种聚合物在矩形流道中共挤出流动的三维非等温数值分析模型。用粘弹性流体模型(PTT模型)描述熔融聚合物的特性,Arrhenius方程表示流动对温度的依赖性,并且考虑聚合物相对于流道壁面的滑移以及不相容聚合物熔体间滑移的边界条件。用有限元方法数值模拟了聚合物成型过程,将计算结果与普通共挤出成型流动进行了对比分析。结果表明,气垫层的加入,将使聚合物熔体的压力降减低20%～40%;使流道出口处的速度场分布均匀,速度场的最大值下降约50%;气垫区聚合物的自由流动还将对共挤出界面的形状和位置有一定的影响。     

三叶形喷丝孔干法纺丝挤出膨胀过程的模拟

建立三叶形喷丝孔的三维挤出膨胀模型,对聚酰胺酸(PAA)/二甲基乙酰胺(DMAC)体系纺丝液的挤出膨胀过程做了模拟分析。研究结果表明,纺丝液从三叶形口模挤出后呈非均匀膨胀,单叶的长轴和短轴膨胀比不同;提高牵伸比后丝条明显细化,但截面异形度变化不大;改善喷丝孔壁面条件可以使纺丝液挤出时的速度趋于平均并能有效减小膨胀比,挤出物的截面形状也更加接近喷丝孔。     

橡胶轮胎部件挤出过程数值模拟分析

以某轮胎部件胶料的挤出过程为研究对象,采用Phan-Thien-Tanner(PTT)本构方程对挤出过程进行三维等温数值模拟。分析了胶料在挤出机内的流动情况,并考察分析壁面滑移系数、流量和牵引速率对出口速率分布和挤出胀大的影响。结果表明,在自由挤出的条件下,壁面滑移程度对胶料离开口模时的速率分布影响较大,主要表现为对挤出胀大的影响,而流量的变化对挤出胀大的影响较小;当施加牵引时,随着牵引速率的增加,挤出胀大比减小,当牵引速率超过一定范围后会导致挤出物的形状发生畸变。     

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。     

铝合金端盖件压铸工艺的数值模拟

运用铸造模拟软件Procast对一模四腔的A356铝合金压铸零件进行数值模拟,分析铸件的充型凝固过程,预测缺陷。结果显示：在压射速度为2．5m／s,浇注温度为650℃,模具温度为240℃的条件下四腔同时充填,充型平稳,排气良好,得到充型完整、无缩松缩孔、气孔倾向小的铸件。